Характеристики оборудования, достоинства и недостатки пайки паяльниками

   МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

   Государственное образовательное  учреждение высшего  профессионального  образования 

   “Московский государственный  университет приборостроения  и информатики” 

   Факультет (филиал)____ФЗДО______специальность (направление)__150202_______  

             Кафедра «Информационное обеспечение технологии соединения материалов»  

   Дисциплина «Технология и оборудование пайки» 

   Реферат на темы:

     «ТИПИЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ ПАЯНЫХ ШВОВ И МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ»

   «ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ, ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ПАЙКИ ПАЯЛЬНИКАМИ» 

   _________________________________________________________________ 

   _________________________________________________________________ 

   Студент_____________________________________________Ю.А. Влодавская

                                                              подпись, дата                             инициалы и фамилия  

   Группа____ТИ-3____________________ шифр____150202_________  
 

   Проект (работа) защищен(а) на оценку____________________ 

     Руководитель проекта (работы)_______________________________В.И. Привезенцев

                                                                                    подпись, дата                             инициалы и фамилия

МОСКВА 2011 г. 
 

Содержание

Введение

1 Типичные дефект паяных швов и методы их устранения.

1.1 Дефекты паяных соединений

1.2 Методы и способы контроля качества паяных соединений

2 Характеристики оборудования, достоинства и недостатки пайки паяльниками

2.1 Типы паяльников

2.2 Припои и флюсы

2.3 Технология пайки паяльником

Список использованной литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     Контроль  качества продукции является важнейшей  операцией и должен проводиться  со стадии проектирования изделия. С  целью унификации паяных сборочных  единиц, установления норм и требований к паяным изделиям разработан стандарт ГОСТ 19249-73 «Соединения паяные. Основные типы и параметры». Стандарт определяет конструктивные параметры паяного соединения, его условные обозначения, содержит классификацию основных типов соединений. В приложении к стандарту даны величины сборочных зазоров. Стандарт является основанием для унификации конструкторской и технологической документации еще на стадии создания паяного изделия. С этой стадии начинается и контроль качества пайки. В производстве высокий уровень качества продукции должен обеспечиваться начиная от заготовки и кончая контролем готовых изделий. При этом переход к массовому производству продукции не должен вести к снижению качества. Еще на стадии разработки изделия ОТК должен принимать участие в создании изделия. Технологическая документация на пайку, согласованная с заказчиком, должна отражать критерии неразрушающих и разрушающих методов контроля. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Типичные дефекты паяных швов и методы их устранения. Дефекты паяных соединений

1.1 Причины возникновения дефектов и меры их предупреждения

     Качество  паяных изделий определяется их прочностью, степенью работоспособности, надежностью, коррозионной стойкостью, способностью выполнять специальные функции (теплопроводность, электропроводность, коммутационные характеристики и т.п.). Обеспечение этих характеристик достигается оптимальными решениями в процессе производства паяного изделия. Дефекты, возникающие при изготовлении паяных изделий, можно разделить на дефекты заготовки и сборки, дефекты паяных соединений и паяных изделий.

     К наиболее типичным дефектам паяных соединений относятся поры, раковины, шлаковые и флюсовые включения, непропаи, трещины. Эти дефекты классифицируют на две группы: связанные с заполнением расплавом припоя зазора между соединенными пайкой деталями и возникающие в процессе охлаждения изделия с температуры пайки. Дефекты первой группы связаны главным образом с особенностями заполнения капиллярных зазоров в процессе пайки. Дефекты второй группы обусловлены уменьшением растворимости газов в металлах при переходе их из жидкого состояния в твердое и усадочными явлениями. К ним также относится пористость кристаллизационного и диффузионного происхождения. Кроме пор к дефектам сплошности относятся трещины, которые могут возникать в металле шва, в зоне спаев или в паяемом металле. Большую группу дефектов составляют шлаковые и флюсовые включения.

     Причиной  образования непропаев, которые  берут начало у границы раздела с паяемым металлом, может явиться неправильное конструирование паяного соединения (наличие «глухих», не имеющих выхода полостей), блокирование жидким припоем газа при наличии неравномерного нагрева или неравномерного зазора, местное отсутствие смачивания жидким припоем поверхности паяемого металла. Причиной появления блокированных остатков газа в швах может быть неравномерность движения фронта жидкости при затекании припоя в зазор. Фронт дробится на участки ускоренного и замедленного продвижения, в результате чего могут отсекаться малые объемы газа. Таким же образом может происходить захват флюса и шлаков в шве.

     В процессе охлаждения соединения из-за уменьшения растворимости газов  происходит их выделение и образование  рассеянной газовой пористости. Опыт высокотемпературной пайки алюминиевых сплавов с предварительной дегазацией припоев и флюсов показывает, что пористость металла шва при этом резко уменьшается.

     Другой  весьма распространенной причиной образования  рассеянной пористости является возникновение так называемой усадочной пористости. Это явление характерно для случая затвердевания сплава с широким интервалом кристаллизации. При малых зазорах усадочные междендритные пустоты, как правило, тянутся в виде цепочки в центральной части шва. При больших зазорах усадочные поры располагаются в шве более равномерно в междендритных пространствах.

     Причиной  образования пор в паяных швах может быть эффект сфероидизации.

     В этом случае пористость в зоне шва  возникает в результате нескомпенсированной  диффузии атомов припоя и паяемого металла. Такого рода пористость возникает в системах припой - паяемый металл, у которых имеется заметное различие в коэффициентах диффузии.

     Трещины в паяных швах могут возникать  под действием напряжений и деформаций металла изделия в процессе охлаждения. Принято различать холодные и горячие трещины. Холодные трещины образуются при температурах до 200 °С. Горячими называются трещины, образующиеся при температуре выше 200 °С. Эти трещины обычно имеют кристаллизационное или полигонизационное происхождение. Если в процессе кристаллизации скорость охлаждения высока и возникающие напряжения велики, а деформационная способность металла шва мала, то появляются кристаллизационные трещины. Полигонизационные трещины возникают уже при температурах ниже температуры солидуса после затвердевания сплава по так называемым полигонизационным границам, образующимся при выстраивании дислокации в металле в ряды и образовании сетки дислокаций под действием внутренних напряжений. Холодные трещины возникают чаще всего в зоне спаев, особенно в случае образования прослойки хрупких интерметаллидов. Трещины в паяемом металле могут появиться и в результате воздействия жидких припоев, вызывающих адсорбционное понижение прочности.

     Неметаллические включения типа флюсовых или шлаковых возникают при недостаточно тщательной подготовке поверхности изделия к пайке или при нарушении ее режима. При слишком длительном нагреве под пайку флюс реагирует с паяемым металлом с образованием твердых остатков, которые плохо вытесняются из зазора припоем. Шлаковые включения могут образоваться также из-за взаимодействия припоев и флюсов с кислородом воздуха или пламенем горелки.

     Правильное  конструирование паяного соединения (отсутствие замкнутых полостей, равномерность  зазора), точность сборки под пайку, дозированное количество припоя и флюсующих сред, равномерность нагрева - условия бездефектности паяного соединения. Наиболее часто встречающиеся дефекты паяных соединений, причины их возникновения и меры предотвращения приведены в таблице 1.

     Методы  контроля паяных изделий, браковочные  признаки и нормы определяются назначением  изделия и обусловлены техническими требованиями на их производство.

Таблица 1 Дефекты паяных соединений, причины их возникновения и меры предупреждения

1.2 Методы и способы контроля качества паяных соединений

     Для оценки качества паяных изделий применяется  контроль без разрушения и с разрушением. Применение разрушающих методов  контроля паяного изделия оговаривается  техническими условиями на изделие.

     Технический осмотр изделия невооруженным глазом или с применением лупы в сочетании с измерениями позволяет проверить качество поверхности, заполнение зазоров припоем, полноту галтелей, наличие трещин и других наружных дефектов. В соответствии с требованиями технических условий паяные изделия подвергают другим методам неразрушающего контроля.

     Радиационный  контроль. Область применения методов радиационной дефектоскопии определяется ГОСТ 20426-75.

     Радиографический  контроль применяют для определения внутренних дефектов в ответственных паяных изделиях, трещин в шве или паяемом металле, локального отсутствия припоя, пор и инородных включений. Для радиографического метода контроля характерен разрыв во времени между просвечиванием объекта и анализом изображения по рентгеновской пленке, что является недостатком метода.

     Радиоскопический метод позволяет наблюдать изображение контролируемого участка одновременно с просвечиванием.

Применяют радиоскопические установки ПТУ-38, ПТУ-39, МТР-1, МТР-2, РИ-10Т и др.

     Радиометрический  метод позволяет производить автоматическую обработку результатов контроля.

     Акустический  контроль. К акустическому относится контроль ультразвуком, основанный на способности ультразвуковых колебаний отражаться от поверхности внутренних неоднородностей материала. Этим методом выявляют трещины, поры, раковины, шлаковые включения, незаполнение шва припоем.

В МГТУ им. Н. Э. Баумана разработан прибор для ультразвукового контроля косостыковых паяных соединений по двум схемам: зеркально-теневой - для контроля поверхности разделки и эхо-импульсный - для контроля углов  разделки. Контроль ведется наклонным искателем с углом призмы (β = 50° дефектоскопами УДМ-1М, УДМ-3, ДУК-66, портативным транзисторным ДУК-66П, специализированными ДУК-11 ИМ, ДУК-1 ЗИМ и др.

     Дефекты паяных соединений в двух- и трехслойных  конструкциях выявляются акустико-топографическим методом. Он эффективен для контроля дефектов, залегающих на глубине не более 3 ... 5 мм. Преимущество метода - высокая производительность, наглядность результатов, возможноть контроля большого ассортимента слоистых материалов.

     Ультразвуковой  контроль используется применительно к решетчатым металлоконструкциям типа опор линий электропередачи (ЛЭП), пролетным, строительным балкам. Конструкции этого типа воспринимают статическую или повторно-статическую нагрузку. Ультразвуковой контроль нахлесточных соединений подобных металлоконструкций может быть выполнен эхо-методом прямыми раздельно совмещенными преобразователями на частоту 2,5 ... 5 МПа .

Для оценки в тонкостенных кристаллах полупроводников (например, кремния) величины остаточных внутренних напряжений применяется ультразвуковой спектральный метод и соответствующая аппаратура. При этом используется серийный анализатор спектра СКЧ-59 и приставка к нему, состоящая из стандартных электронных блоков, используемых в ультразвуковой дефектоскопии [. Магнитный контроль. Контроль намагничиванием изделий из ферромагнитных материалов основан на резком изменении параметров магнитного поля в дефектных местах (трещины, непропаи, раковины, поры).

     Магнитопорошковый метод связан с образованием в местах дефектов при намагничивании потоков рассеяния. Частицы порошка, наносимые на изделие после намагничивания, оседают в местах дефектов. Магнитопорошковым методом выявляются дефекты с раскрытием 1 ... 2,5 мкм, глубиной 25 мкм, длиной до 2,5 мм.

Магнитографический метод обеспечивает запись на магнитную ленту магнитных полей рассеяния. Лента накладывается на контролируемую поверхность изделия. Информация о результатах контроля считывается с помощью магнитографического дефектоскопа: возникающий на экране электрический сигнал пропорционален величине остаточного магнитного потока полей рассеяния дефектов, записанных на ленте.

     Различают четыре основных метода капиллярной  дефектоскопии: люминесцентный, люминесцентно-цветной, люминесцентно-гидравлический и смачивание керосином.

     Люминесцентный  метод контроля отличается повышенной контрастностью пенетранта в результате введения в него люминесцирующих в ультрафиолетовом свете веществ.  

      Люминесцентный  гидравлический метод  контроля основан на использовании капиллярных свойств жидкостей, светящихся под действием ультрафиолетового излучения. При контроле используются люминесцентные жидкости: шубекол, ЛЖ-1, ЛЖ-2, ЛЖ-4, ЛЖ-5 и др.

     Смачивание  керосином. Одну сторону изделия обмазывают мелом, а противоположную сторону обильно смачивают керосином. В местах негерметичности на поверхности меловой обмазки появляются бурые пятна.

При керосино-пневматическом методе со стороны смачивания керосином  дополнительно подается избыточное давление воздуха 0,3 ... 0,4 МПа.

     Керосино-вакуумный метод основан на создании со стороны меловой обмазки разрежения с помощью переносных вакуумных камер. Приложение вибрации к контролируемому изделию повышает проникание керосина через неплотности. Этот метод отличается повышенной разрешающей способностью и производительностью.

     Контроль  течеисканием - контроль герметичности паяных изделий - осуществляют давлением жидкости или газа. Течь в дефектных местах обнаруживается течеисканием.

     Чувствительность  метода определяется наименьшим количеством  пробного вещества (жидкости или газа), надежно регистрируемого при контроле. При масс-спектрометрическом методе контроля в качестве пробных веществ применяют гелий; при галогенном методе контроля - фреон и другие газы. При выборе метода контроля течеисканием необходимо исходить из того, что чувствительность метода должна в 2 - 3 раза превышать заданную степень герметичности. За чувствительность метода контроля течеисканием принимается устойчиво регистрируемая наименьшая утечка контрольного вещества. Контрольным веществом называется смесь пробного вещества с наполнителем (например, гелиево-азотная смесь при масс-спектрометрическом методе контроля).  

      Газоаналитический метод течеискания основан на изменении электрического сопротивления нагретой проволоки в присутствии пробного газа в сравнении с такой же проволокой, нагретой в среде воздуха. На этом принципе разработаны катарометрические течеи-скатели, действие которых основано на изменении теплопроводности среды при проникновении пробного вещества через течь. Отечественной промышленностью выпускаются переносные катарометрические течеискатели ТП 7101 ИТП7101М.

     Пузырьковый метод контроля основан на регистрации появления пузырьков пробного вещества в дефектных местах контролируемого изделия. Различают пневматический, пневмо-гидравлический и вакуумный пузырьковые методы. При пневматическом способе сторона контролируемого изделия, противоположная подаче давления воздуха, обмазывается пено-образующим веществом. В качестве простейшего пенообразующего вещества служит раствор мыла в воде. Режимы контроля пузырьковым методом определяются техническими условиями на контролируемое изделие. Пузырьковый метод контроля может производиться путем подачи газа в контролируемое изделие с последующим погружением его в жидкость. Дефектные места определяются по появлению пузырьков газа. Вакуумный пузырьковый метод применяют для контроля изделий при одностороннем к ним подходе. В этом случае на поверхность дефектного места наносят пенообразуюшее вещество, после чего на него устанавливается переносная вакуумная камера со смотровым окошком, допускающим осмотр места контроля.

При создании необходимого разрежения имеющиеся  неплотности обнаруживаются по появлению  пузырьков.

     Химический  метод основан на химическом воздействии аммиака NH3 на фенолфталеин или азотнокислую ртуть, изменяющих свою окраску под действием аммиака. В качестве контрольного газа при этом методе применяют 1 %-ную смесь аммиака с воздухом или 3 %-ную смесь аммиака с азотом. Индикаторную ленту приготавливают непосредственно перед контролем, пропитывая фенолфталеином или азотнокислой ртутью фильтровальную бумагу или белую ткань. Избыточное давление газа в процессе контроля берется 0,1 ... 0,15 МПа. При контроле химическим методом необходимо соблюдать правила техники безопасности и производственной санитарии, предусмотренные при работе с вредными химическими веществами.

     Манометрический метод основан на регистрации изменения испытательного давления контрольного или пробного вещества, которым заполняется контролируемое изделие. Испытательное давление и время выдержки определяются техническими условиями на изделие.

     Галогенный  метод контроля основан на изменении эмиссии ионов нагретой металлической поверхностью при попадании на нее пробного вещества, содержащего галогены. Метод отличается высокой чувствительностью и применяется для контроля герметичности ответственных паяных изделий.

     Масс-спектрометрический метод контроля основан на принципе разделения по массам ионов газов, проходящих через неплотности контролируемого изделия с помощью масс-спектрометров. Этот метод отличается высокой чувствительностью и применяется для контроля герметичности ответственных изделий. В качестве пробного газа используют водород, гелий, аргон и другие газы (наибольшее применение нашел гелий). В качестве контрольных газов применяют чистый гелий, смеси его с воздухом или азотом при концентрации гелия 10 ... 90 %. Для контроля герметичности нашли распространение гелиевые течеискатели со встроенным в них масс-спектрометром. При контроле герметичности течеискате-лем необходимо обеспечить такое заполнение изделия контрольным газом, при котором обеспечивается равномерная концентрация гелия во всем объеме изделия. Избыточное давление контрольного газа устанавливается в соответствии с техническими условиями. Проверку герметичности проводят путем перемещения щупа гелиевого течеискателя по контролируемой поверхности.

     Радиационный  метод контроля герметичности основан на фиксировании излучения, испускаемого радиоактивными жидкостями или газами, которыми заполняется контролируемое изделие. Применяются на практике и стандартизированы радиационные методы контроля герметичности тепловыделяющих элементов ядерных реакторов.

     Разрушающие методы. При разрушающих методах контроля паяных изделий испытанию до разрушения подвергают: непосредственно изделие, образцы, вырезанные из взятого от партии изделия, или образцы, вырезанные из «свидетеля», т.е. паявшегося по той же технологии изделия, предназначенного для проведения испытаний. Для выявления механических свойств паяных соединений проводят испытания паяных образцов при различных способах нагружения: растяжении, сжатии, изгибе, кручении и др. Вид и требования разрушающих методов контроля определяются техническими условиями на паяное изделие. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 Характеристики оборудования, достоинства и недостатки пайки паяльниками

2.1 Типы паяльников

     Паяльник служит для переноса тепла от первичного источника нагрева к паяемому изделию. Во избежание быстрого остывания при соприкосновении с холодным изделием паяльник изготовляют из металлов, обладающих высокой теплоемкостью.

     Для того чтобы разогреть место пайки, не допуская разогрева всего изделия, аккумулированное в паяльнике тепло должно возможно быстро передаваться паяемому шву; поэтому металл, идущий на изготовление паяльника, должен обладать высокой теплопроводностью. Кроме того, металл паяльника должен хорошо облуживаться припоем и по возможности меньше окисляться при нагреве в воздухе.

     Металлом, наибо лее близко удовлетворяющим всем перечисленным свойствам, является чистая медь; в настоящее время практически все паяльники изготовляют из меди. Желательно для этой цели брать более чистую медь марки M1, но можно применять и медь марки М3.

     В зависимости от формы и расположения паяемого шва, а также от общей конфигурации изделия паяльники выбираются самой различной формы, но все их можно разделить на две группы: молотковые и торцовые. Вес паяльника колеблется от сотен граммов до нескольких килограммов.

     Нагрев паяльников осуществляется обычно в горнах, обогреваемых газом, жидким топливом и т. д. Для нагрева следует применять мягкое пламя без копоти. Чтобы избежать необходимости периодического подогрева, иногда применяют паяльники с непрерывным бензиновым или газовым подогревом. Эти паяльники удобны в работе, но более сложны в изготовлении. Для паяния сравнительно мелких деталей наиболее удобными и широко распространенными являются паяльники с электрическим обогревом. 
 

2.2 Припои и флюсы

     Паяльники применяются почти исключительно для пайки легкоплавкими припоями и, в первую очередь, свинцовооловянными (типа ПОС-30 и ПОС-40). В качестве флюса при этом применяется водный раствор хлористого цинка (иногда с добавкой хлористого аммония) или канифоль. Очень удобно при паянии ручными паяльниками пользоваться припоем в виде тянутых прутков или проволоки. Иногда для этой цели применяется трубчатый припой, заполненный флюсом.

2.3 Технология пайки паяльником

     Метод пайки паяльниками довольно прост и не нуждается в подробном описании. Перед пайкой прежде всего нужно соответствующим образом подготовить паяльник. Для этого рабочий конец паяльника обычно затачивается под углом 30—40° и зачищается от следов окалины; зачищенный паяльник нагревается до 250—300°, затем рабочий конец паяльника погружается во флюс и тщательно залуживается припоем, после чего паяльник готов к работе.

     Подготовленное к пайке соединение зачищается от пыли, грязи и окислов, покрывается хлористым цинком или каким-либо другим флюсом и разогревается паяльником до нужной температуры; одновременно с этим на паяемый шов наносится припой. Для небольших швов перенос припоя на место пайки можно осуществить залуженным концом паяльника; если припоя требуется много, то он расплавляется паяльником непосредственно на поверхности паяемого изделия.

     Для получения хорошего паяного шва необходимо паяльником тщательно растереть припой по месту пайки до полного залуживания. Если при этом какая-либо часть шва не залуживается, то необходимо это место заново профлюсовать или повторно зачистить. Ввиду того, что остатки хлористого цинка вызывают коррозию паяного шва, следует после пайки соединение тщательно промыть водой и просушить. 

Список использованной литературы:

     1.Петрунин  И.Е., Лоцманов СН., Николаев Г.А  “Пайка металлов”. Москва. “Металлургия” 1978

     2.Гржимальский  Л.Л., Ильевский И.И. “Технология  и оборудование пайки”. Москва. “Машиностроение”. 1979

     3.Справочник  по пайке. Под ред. Лоцманова  С.Н.  Москва. “Машиностроение” , 1975