Способ подготовки образца нахлесточного паяного соединения к испытанию Советский патент 1990 года по МПК G01N1/28 B23K1/00 

1

(61)1523950

(21)4443279/31-27; 4443280/31-27 (22) 17.06.88

(46)23.11.90, Бюл. №43

(71)Могилевский машиностроительный институт

(72)Ю.А. Цумарев, О.И. Стеклов, И.В. Тара- сенко, В.В. Понарядов, В.М. Анищик и Л.Б, Елисеева (53)621.791.3(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1523950, кл, В 23 К 1/00, 1988.

(54) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ОБРАЗЦА НА- ХЛЕСТОЧНОГО ПАЯНОГО СОЕДИНЕНИЯ К ИСПЫТАНИЮ

(57)Изобретение относится к пайке, в частности к способам подготовки образцов паяных соединений к испытаниям, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Цель изобретения - обеспечение возможности испытания паяных соединений разнородных материалов с различными коэффициентами термического расширения (КТР). Производят сборку заготовок нахлесточного образца для испытаний, изготовленных из разнородных материалов. На заготовке из материала с

меньшим КТР в зоне нахлестки размещают вспомогательный элемент из материала с КТР, меньшим, чем у материала любой из заготовок, или на заготовке из материала с большим КТР в зоне нахлестки размещают вспомогательный элемент из материала с КТР, большим, чем у материала любой из заготовок. Производят нагрев собранных заготовок и заполнение сборочных зазоров расплавленным припоем. Зазор между вспомогательным элементом и заготовкой заполняют припоем., который имеет температуру плавления более высокую, чем припой, заполняющий зазор между заготовками образца. Далее образец охлаждают, а вспомогательный элемент удаляют механическим путем. Такая комбинация расположения вспомогательного элемента из материала с КТР больше КТР любой из заготовок или из материала с КТР меньше КТР любой из заготовок обеспечивает снижение или полное устранение термических напряжений в паяном соединении и заготовках образца за счет предварительного растягивания или сжатия заготовки, к которой припаивается вспомогательный элемент. Способ повышает информативность испытаний.

О

о

00

о ю ел

Изобретение относится к пайке, в частности к способам подготовки образцов паяных соединений к испытаниям, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Цель изобретения - обеспечение возможности испытания паяных соединений разнородных материалов с различными коэффициентами термического расширения (КТР). Производят сборку заготовок нахлесточного образца для испытаний, изготовленных из разнородных материалов. На заготовке из материала с меньшим КТР в зоне нахлестки размещают вспомогательный элемент из материала с КТР, меньшим, чем у материала любой из заготовок, или на заготовке из материала с большим КТР в зоне нахлестки размещают вспомогательный элемент из материала с КТР, большим, чем у материала любой из заготовок. Производят нагрев собранных заготовок и заполнение сборочных зазоров расплавленным припоем. Зазор между вспомогательным элементом и заготовкой заполняют припоем, который имеет температуру плавления более высокую, чем припой, заполняющий зазор между заготовками образца. Далее образец охлаждают, вспомогательный элемент удаляют механическим путем. Такая комбинация расположения вспомогательного элемента из материала с КТР больше КТР любой из заготовок или из материала с КТР меньше КТР любой из заготовок обеспечивает снижение или полное устранение термических напряжений в паяном соединении и заготовках образца за счет предварительного растягивания или сжатия заготовки, к которой припаивается вспомогательный элемент. Способ повышает информативность испытаний.

Изобретение относится к области пайки, в частности к способам подготовки образцов паяных соединений к испытаниям, может быть использовано в различных отраслях машиностроения и является усовершенствованием устройства по авт. ев № 1523950.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей за счет испытания паяных соединений разнородных

материалов с различными коэффициентами термического расширения (КТР).

Способ реализуется следующим образом.

Производят сборку заготовок нахлесточного образца для испытаний, изготовленных из разнородных материалов. На заготовке из материала с меньшим КТР в зоне нахлестки размещают вспомогательный элемент из материала с КТР меньшим.

чем у мятериала любой из заготовок, или на заготовке из материала с большим КТР в зоне нахлестки размещают вспомогательный элемент из материала с КТР большим, чем у материала любой из заготовок. Производят нагрев собранных заготовок и запол- сборочных зазоров расплавленным припоем, причем зазор между вспомогательным элементом и заготовкой заполняют припоем, имеюш,им температуру плавления более высокую, чем припой, заполняющий зазор между заготовками образца. Далее образец охлаждают и вспомогательный элемент удаляют механическим путем.

Размещение вспомогательного элемента, изготовленного из материала с КТР меньшим, чем у материала любой из заготовок образца, на заготовке из материала с меньшим КТР и последующая пайка припоями с различной температурой плавления обеспечивают после охлаждения вспомогательного пояного шва до температуры плав- ления основного припоя сжатие вспомогательного элемента и растяжение заготовки.

Поэтому при удалении вспомогательного элемента после охлаждения паяного соединения заготовок соединяемая заготовка, изготовленная из материала с меньшим КТР, сокращается больше, так как общее сокращение ее размеров обусловлено не только термическим сокращением, но и снятием растягивающих напряжений, вызванным удалением вспомогательного элемента. При этом может быть достигнуто такое состояние, при котором суммарное сокращение размеров заготовки с меньшим КТР будет равно сокращению размеров соединяемой заготовки с большим КТР при охлаждении паяного соединения и термические напряжения в соединяемых заготовках и паяном шве будут полностью устранены. Размещение вспомогательного элемента, изготовленного из материала с КТР большим, чем у материала любой из заготовок образца, на заготовке из материала с большим КТР и последующая пайка припоями с различной температурой плавления обеспечивают после охлаждения вспомогательного паяного шва до температуры плавления основного припоя растяхсение вспомогательного элемента и сжатие заготовки. Поэтому при удалении вспомогательного элемента после охлаждения паяного соединения заготовка, изготовленная из материала с большим КТР, сокращается меньше обычного, так как вместе с термическим сокращением ее размеров из-за остывания происходит некоторое удлинение, вызванное удрпением вспомогательного элемента

и соответствуюи им снятием сжимающих термических напряжений, временно наведенных вспомогательным элементов. При этом может быть достигнуто такое состоя- ние, при котором суммарное сокращение размеров заготовки с большим КТР будет равно сокращению размеров соединяемой заготовки с меньшим КТР при охлаждении паяного соединения и термические напря- жения в паяном соединении будут полностью устранены.

Оба варианта размещения вспомогательного элемента (элемент с КТР, меньшим КТР любого из соединяемых материалов на заготовке из материала с меньшим КТР, или элемент с КТР, большим КТР любого из соединяемых материалов на заготовке из материала с большим КТР).

Влияние вспомогательного элемента на снижение уровня термических напряжений возрастает с ростом толщины вспомогательного элемента, его модуля упругости и КТР, а также температуры плавления припоя, используемого для пайки вспомога-- тельного элемента.

Результаты экспериментальных исследований показали, что полное снятие термических напряжений в соединяемых заготовках становится возможным в первом случае (припаивание элемента с КТР, меньшим КТР любого из соединяемых материалов на заготовке из материала с меньшим КТР) при соблюдении условия (ам - CD) (Тв - Тпр) (а Б - «м) (Тпр - Тэ), где См - КТР-той из соединяемых заготовок, к которой припаивают вспомогательный элемент;

«в - КТР материала вспомогательного элемента;

Тв - температура плавления припоя, используемого для пайки вспомогательного элемента;

Тпр - температура плавления припоя, используемого для пайки соединяемых за- готовок друг с другом;

СБ - КТР материала той из соединяемых заготовок, к которой не припаивался вспомогательный элемент;

Тэ - температура эксплуатации паяного

соединения.

При реализации способа выбор материала вспомогательного элемента (это, в свою очередь, определит КТР и модуль упругости), толщины вспомогательного элемента и температуры плавления припоя, используемого для пайки вспомогательного элемента, производят экспериментально. Для этого производят пайку опытных образцов, варьируя указанными параметрами, и определяют качество паяных соединений либо по характеристикам работоспособности (т.е. по результатам испытаний, например, на коррозионную стойкость), либо по уровню остаточных термических напряжений, которые определяются без затруднений тензомет- рическим или рентгеновским способом. Уменьшая КТР материала вспомогательного элемента, увеличивая температуру плавления припоя, которым она припаивается, и толщину вспомогательного элемента, добиЕ1аются получения максимальных характеристик работоспособности или минимальных напряжений.

Во втором случае (припаивание элемента с КТР, большим КТР любого из соединяемых мaтv эpиaлoв на заготовке из материала с большим КТР) полное снятие термических напряжений в соединяемых заготовках становится возможным при соблюдении условия

( Св - ОБ )0 в - Тпр) (« Б - «м) Гпр - Тэ),

Пример 1. Проводили пайку медно - стальных образцов в виде дисков, каждый из которых имел диаметр 20 мм и толщину 1,5 мм, с использованием в качестве припоя чистого кадмия. Были запаяны две партии образцов по 10 шт. в каждой партии с вспомогательным элементом и без него. В качестве вспомогательного элемента использовали пластинки из твердого сплава Т15К6(сСв 5,6 -Ю граД олщинойЗмм, которые припаивали к стальной заготовке ( «м 11 -10 град ) припоем ПСр 40. После припаивания стального диска к медному пластинку твердого сплава удаляли механическим путем. Результаты экспериментальных исследований показали, что па- яные соединения, полученные с вспомогательным элементом, не имели термических напряжений. Термические напряжения определяли в центре медного диска рентгеновским методом на дифрактометре ДРОН-3 (условия съемки; излучение медное, напряжение на трубке 30 кВ, ток трубки 2,0 мА.). В контрольной партии образцов, паяных без вспомогательного элемента, были обнаружены напряжения 12 кг/мм . При испытании на коррозионную стойкость в морской воде соединения, паяные с использованием вспомогательного элемента, показали более высокую коррозионную стойкость (изменение веса образцов за 300 ч оказалось на 34% меньшим).

Пример 2. Проводили пайку медно- стальных образцов, состоящих из двух дисков, каждый из которых имел диаметр 20 мм и толщину 1,5 мм. В качестве припоя использовался чистый кадмий. Для получения

сравнительных данных были запаяны две партии образцов по 10 шт. в каждой партии. Образцы первой партии паяли с вспомогательными элементами, а второй - без них. В

качестве вспомогательного элемента использовали диски из латуни марки Л С 5д-1 («в 20,9 10 град )толщиной 4 мм, которые припаивали к медной заготовке («5 16,8- 10 град ) припоем ПСр

разцов каждой партии рентгеновским методом на дифрактометре.

Результаты экспериментальных исследований показали, что паяные соединения, которые были получены с использованием вспомогательных элементов, не имели термических напряжений. В контрольной партии образцов, паяных без вспомогательных элементов, были обнаружены напряжения 12 кг/мм . При испытаНИИ на коррозионную стойкость в морской воде соединения, паяные с вспомогательными элементами из латуни, показали более высокую коррозионную стойкость (изменение веса образцов за 300 ч оказалось на

34% меньшим, чем у образцов, паяных по известному способу).

Использование изобретения позволит увеличить информативность исследований и повысить качество паяных соединений

разнородных материалов за счет резкого снижения уровня термических напряжений, повысить надежность и долговечность изделий.

Формула изобретения

Способ подготовки образца нахлесточного паяного соединения к испытанию по авт. св. NS 1523950, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет испытания паяных соединений разнородных материалов с различными коэффициентами термического расширения без термических напряжений, при размещении вспомогательного элемента на заготовке из материала с меньшим

коэффициентом термического расширения его изготавливают из материала с коэффициентом термического pacuJиpeния меньшим, чем у материала любой из заготовок, а при размещении вспомогательного элемента на заготовке из материала с большим коэффициентом термического расширения его изготавливают из материала с коэффициентом термического расширения большим, чем у материала любой из заготовок. .