Способ подготовки образца нахлесточного паяного соединения к испытанию

НИЕ ИЗОБРЕТЕ фициентами)ющим обрати паивки обтаниям, ных отся усоавт. св. зом,Производят сб сточного образца д ленных из раэноро заготовке из матер зоне нахлестки раз ный элемент из мат овок нахлеий, из Гото В- ериалов. На ьшим КТР в помогатель- Р меньшим,рку загот я испытан дных мат ала с мен мещают в риала с КТ технспыодн ОСУДА Р СТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Могилевский машиностроительный институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 1523950, кл, В 23 К 1/00, 1988,(54) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ОБРАЗЦА НАХЛЕСТОЧНОГО 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 воэможности испытания паяных соединений разнородных материалов с различными коэффициентами термического расширения (КТР), Производят сборку заготовок нахлесточного образца для испыта- .ний, изготовленных из разнородных материалов, На заготовке из материала с Изобретение относится к облас ки, в частности к способам подгото разцов паяных соединений к испы может быть использовано в различ раслях машиностроения и являет вершенствованием устройства по М 1523950,Цель изобретения - расширени логических возможностей эа счет ния паяных соединений разноменьшим КТР в зоне нахлестки размещают вспомогательный элемент из материала с КТР, меньшим, чем у материала любой иэ 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 при паивается вспомогательный элемент. Способ повышает информативность испытаний. материалов с различными коэ термического расширения (КТСпособ реализуется следчем у материала любой из заготовок, или на заготовке иэ 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, причем зазор между вспомогательным элементом и заготовкой заполняют припоем, имеющим 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 иэ 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 плавления 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, вызванкым 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 паякого шва до температуры плавления основного припоя растяжение 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 остывакия происходит некоторое удлинение, вызванное удалением вспомогательного элемента5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 и соответствующим снятием сжимающихтермических напряжений, временно наведенных вспомогательным элементов, Приэтом может быть достигнуто такое состояние, при котором суммарное сокращениеразмеров заготовки с большим КТР будетравно сокращению размеров соединяемойзаготовки с меньшим КТР при охлаждениипаяного соединения и термические напряжения в паяном соединении будут полностью устранены.Оба варианта размещения вспомогательного элемента(элемент с КТР, меньшимКТР любого из соединяемых материалов назаготовке из материала с меньшим КТР, илиэлемент с КТР, большим КТР любого из соединяемых материалов на заготовке из материала с большим КТР).Влияние вспомогательного элемента наснижение уровня термических напряженийвозрастает с ростом толщины вспомогательного элемента, его модуля упругости иКТР, а также температуры плавления припоя, используемого для пайки вспомогательного элемента,Результаты экспериментальных исследований показали, что полное снятие термических напряжений в соединяемыхзаготовках становится возможным в первомслучае (припаивание элемента с КТР, меньшим КТР любого из соединяемых материалов на заготовке из материала с меньшимКТР) при соблюдении условия(ам - а,) (Тв Тпр)(аБ - а,) (Тпр Тэ),где а - КТР-той из соединяемых заготовок,к которой припаивают вспомогательныйэлемент;а - КТР материала вспомогательногоэлемента;Тв - температура плавления припоя, используемого для пайки вспомогателькогоэлемента;Тлр - температура плавления припоя,используемого для пайки соединяемых заготовок друг с другом;аг, - КТР материала той из соединяемых заготовок, к которой не припаивалсявспомогательный элемент;Тэ - температура эксплуатации паяногосоединения.При реализации способа выбор материала вспомогательного элемента (это, в своюочередь, определит КТР и модуль упругости), толщины вспомогательного элемента итемпературы плавления припоя, используемого для пайки вспомогательного элемента,производят экспериментально. Для этогопроизводят пайку опытных образцов, варьирул укаэанными параметрами, и определя40 45 50 55 ют 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 тенэометрическим или рентгеновским способом, Уменьшая КТР материала вспомогательного элемента, увеличивая температуру плавления припоя, которым она припаивается, и толщину вспомогательного элемента, добиваются получения максимальных характеристик работоспособности или минимальных напряжений.Во втором случае (припаивание элемента с КТР, большим КТР любого из соединяемых материалов на заготовке из материала с большим КТР) полное снятие термических напряжений в соединяемых заготовках становится возможным при соблюдении условия(ав аБ )(Тв - Тпр)(сБ яч) (Тпр - Тэ),П р и м е р 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 Т 15 К 6(а, =5,6 10 град )толщиной 3 мм, которые припэивали к стальной заготовке ( ам = 11 10 град ) припоем ПСр 40, После припаивания стального диска к медному пластинку твердого сплава удаляли механическим путем. Результаты экспериментальных исследований показали, что паяные соединения, полученные с вспомогательным элементом, не имели термических напряжений, Термические напряжения определяли в центре медногодиска рентгеновским методом нэ дифрактометре ДРОН(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 . При2 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).П р и м е р 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 5 10 15 20 25 30 35 сравнительных данных были запаяны две партии образцов по 1 О шт, в каждой партии. Образцы первой партии паяли с вспомогательными элементами, э второй - без них. В качестве вспомогательного элемента использовали диски из латуни марки ЛС 59-1 (а = 20,9 10 град ) толщиной 4 мм, которые припаи вали к медной заготовке (а 5=16,8 10 град ) припоем ПСр 25. После припаивания стального диска к медному латунный вспомогательный элемент удаляли механическим путем. Термические напряжения определяли в центре медного диска паяных медно-стальных образцов 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 испыта.гнии 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 оменьшим, 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. М 1523950. о т л и ч э ю щ и й с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей эа 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 расширения 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.