РЕМОНТ И ДИЗАЙН >>
АВТОНОМНОЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ >>
СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА >>
СТРОИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ >>
Как правильно выбрать входную дверь и окна? Какие люстры лучше? Как выбрать ванну?
Перейти в раздел >>
Какую краску, плитку, клей использовать в помещениях? Как выбрать штукатурку или лак?
Перейти в раздел >>
Как выбрать счетчики воды и газа? Какая газовая плита или колонка лучше?
Перейти в раздел >>
Договор подряда на строительные работы

СРО в строительстве: нормы и правила

Требования к объектам капитального строительства

Индивидуальное строительство

Перейти в раздел >>
  СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Виды и свойства строительных материалов


Разумный подход и знание рынка качественных строительных материалов позволяет осуществить ремонт в предельно сжатые сроки. Грамотный выбор поможет добиться лучшего результата.

Перейти в раздел >>

Виды и свойства отделочных материалов


Богатая мозаика современных отделочных материалов позволяет каждому из нас выбрать тот способ оформления жилых и нежилых помещений, который придется по вкусу.

Перейти в раздел >>

Гидроизоляционные материалы: свойства и применение


Гидроизоляции отводится огромная роль, ведь этот материал позволяет предотвратить попадание влаги в конструкции зданий, сохранить их теплоемкость и увеличить срок эксплуатации.

Перейти в раздел >>

Кровельные материалы: свойства и применение


Именно крыша строения первой принимает на себя удары града, дождя, снега, поэтому к качеству кровельных покрытий предъявляются повышенные требования.

Перейти в раздел >>
   СОВЕТЫ ДОМАШНЕМУ МАСТЕРУ

Работы в квартире и на загородном участке


Многие вопросы можно решить самостоятельно; закладка фундамента для дома или же монтаж трубопровода – вполне посильная задача для любого человека с базовыми навыками.

Перейти в раздел >>
   ФИНАНСИРОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА

Кредитование строительных и ремонтных работ


Существует множество способов получить деньги для возведения объекта, оплаты услуг рабочих и приобретения необходимой техники. Выгодным вариантом является кредитование.

Перейти в раздел >>

Страхование строительных и ремонтных работ


Учитывая нестабильность строительного рынка, финансово-экономический кризис во всех сферах жизни, такая мера, как страхование, никогда не будет лишней.

Перейти в раздел >>
   НА ПРАВАХ РЕКЛАМЫ




Физико-химические процессы при пайке


Пайка является сложным металлургическим процессом, для осуществления которого необходимо подогревать припой и место соединения на изделии (или все изделие) до температуры, превышающей температуру плавления припоя. При этом припой плавится, смачивает паяемый металл и, растекаясь, заполняет зазор между соединяемыми поверхностями. После охлаждения припоя и кристаллизации его образуется паяное соединение. Процесс пайки и получение качественных паяных соединений таких сравнительно трудно паяемых металлов, какими являются нержавеющие стали и жаропрочные сплавы, как уже указывалось выше, сопряжены с рядом трудностей, обусловленных главным образом образованием на паяемых поверхностях трудно удаляемых окислов. Качество паяного соединения определяется рядом факторов как действующих в процессе пайки, так и сказывающихся в процессе эксплуатации изделия. К первым относятся применяемые флюсы, защитные среды, температура плавления припоя (ликвидуса и солидуса), режим термической обработки соединения, реакция между припоем и паяемым металлом, величина зазора и т. д.
К факторам, оказывающим большое влияние на работоспособность паяного изделия относятся: рабочая температура изделия, прочность соединений при рабочей температуре, коррозионная стойкость припоя при рабочей температуре, реакции между паяемым металлом и припоем в процессе работы изделия, влияние цикла пайки на свойства паяемого металла и др.
В процессе пайки протекают физико-химические явления, которые, к сожалению, мало изучены. Однако, если законы, установленные для обычных жидкостей, распространить на флюсы и припои, находящиеся в жидком состоянии, то некоторые явления частично можно объяснить. Понимание процессов, происходящих на поверхности металла изделия при пайке, позволит управлять процессом пайки и получать качественные паяные соединения.
Одним из основных условий пайки является тесное соприкосновение паяемого твердого металла с жидким припоем. Контакт жидкого металла с твердым (смачивание) по термодинамическим соображениям может осуществляться в том случае, когда свободная энергия системы F уменьшается, т. е. AF является величиной отрицательной. В первом приближении это описывается следующим уравнением:

AF = AV—TAS,

где F — свободная энергия; V — внутренняя энергия; S — энтропия; Т — температура по Кельвину.
Из приведенного уравнения видно, что величина AF будет отрицательной, если произведение TAS по абсолютной величине больше AV или если AV является величиной отрицательной.
Если силы притяжения между молекулами твердого (паяемого) металла и жидкого металла (припоя) больше, чем силы притяжения между молекулами жидкого металла, то будет выделяться тепло. В этом случае величина AV, а следовательно и AF, будут отрицательными, т. е. произойдет смачивание.
Если силы молекулярного притяжения в жидком металле больше сил притяжения между молекулами жидкого и твердого металла, AV — положительно, а разность AV — TAS может быть как положительной, так и отрицательной.
Так как энтропия возрастает с ростом температуры, то в некоторых случаях можно добиться смачиваемости твердого металла жидким путем повышения температуры.
Смачивание приводит к исчезновению поверхности твердого металла и появлению поверхности раздела.
Смачиваемость твердого металла жидким определяется поверхностной энергией (или поверхностным натяжением, что эквивалентно) на границе раздела между жидким и твердым металлами. Кроме того, смачиваемость зависит также и от поверхностного натяжения жидкого металла, так как рассматриваемое явление происходит на границе раздела трех фаз — твердой, жидкой и газообразной.
При пайке двух металлов проникновение припоя в зазор при прочих равных условиях (температура, величина зазора, полнота удаления окислов с поверхности и т. д.) зависит от способности жидкого припоя растекаться по паяемым поверхностям, т. е. от его растекаемости.
Под растекаемостью понимают явление, когда при наличии условий для смачивания капли жидкого металла (припоя) на поверхности твердого паяемого металла стремятся приобрести форму тонкого слоя, покрывая при этом поверхность. Изменение формы капли зависит частично от силы тяжести и в большей мере, от физико-химических взаимодействий поверхностной энергии жидкого и твердого металлов.
Растекание припоя — явление, которое может происходить согласно термодинамическим законам только при условии уменьшения свободной энергии системы. Из этого следует, что припой будет растекаться по поверхности паяемого металла тем лучше, чем меньше величина поверхностного натяжения припоя и чем больше снижение поверхностного натяжения паяемого металла, вызываемое растеканием припоя.
Подобные явления в отдельных случаях наблюдаются при пайке в печи нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов, содержащих в своем составе хром, кремний, алюминий и титан. В начальный момент создаются условия для растекания припоя и он растекается по поверхности, а затем происходит окисление поверхности под припоем, коагуляция припоя и оголение поверхности.
Рассмотренные выше схемы смачивания и растекания припоев справедливы только для случая, когда припой и паяемый металл вообще не взаимодействуют между собой, или для начального момента, когда взаимодействие еще не наступило; при наличии взаимодействия явления значительно усложняются. Однако понимание явлений, происходящих в начальный и последующие моменты времени, чрезвычайно важно. Оно позволит правильно решать ряд практических вопросов, связанных с процессом пайки. Рассмотрим процессы, происходящие при пайке металлов в печи с применением флюсов и контролируемых атмосфер. Поместим на поверхность паяемого металла флюс и припой в твердом состоянии и нагреем всю систему в печи.
При нагреве до температуры плавления флюса на поверхности паяемого металла и припоя будут образовываться окислы. При достижении температуры плавления флюса последний в случае эвтектического состава мгновенно расплавится и в начальный момент произойдет сокращение его поверхности. Под действием силы тяжести он примет форму слегка сплюснутого шара — форму с минимальной поверхностью. Дальнейшее поведение расплавленного флюса, растворяющего образовавшиеся окислы, зависит от того, будет ли он смачивать поверхность паяемого металла или нет и имеется ли согласно обычным представлениям адгезионная связь между флюсом и паяемым металлом.
Если смачивание не будет происходить, форма флюса изменяться не будет. Если же смачивание произойдет, то флюс будет растекаться по поверхности паяемого металла. При растекании поверхность флюса будет увеличиваться, что связано с затратой энергии. Однако энергия, затрачиваемая на увеличение поверхности флюса, должна быть меньше снижения поверхностной энергии твердого металла за счет смачивания его флюсом, в противном случае, как указывалось выше, растекание не произойдет. Флюс, растекаясь по поверхности, снижает поверхностную энергию и одновременно растворяет находящиеся на ней окислы. Длительное пребывание флюса в жидком состоянии при высокой температуре и растворение в нем окислов металла приводит иногда к увеличению поверхностного натяжения флюса, что вызывает его коагуляцию и оголение паяемой поверхности металла.
Дальнейшее повышение температуры приводит к расплавлению и коагуляции припоя. Вместе с тем повышение температуры вызовет дальнейшее снижение поверхностного натяжения флюса и растекание его по поверхности паяемого металла и припоя, снижая их поверхностную энергию. Припой, смачивая паяемый металл, вызывает большее снижение поверхностного натяжения и, следовательно, между ними и твердым металлом устанавливается более прочная связь, чем между флюсом и паяемым металлом. Благодаря этому припой вытесняет флюс и растекается по паяемой поверхности, тем самым соединяясь с паяемым металлом. При формировании паяного соединения происходят аналогичные явления — флюс затекает в зазор, а затем вытесняется из него расплавленным припоем. При прочих равных условиях смачивание и растекание припоя будет тем интенсивнее, чем меньше поверхностное натяжение припоя и чем сильнее оно снижается флюсом и применяемыми контролируемыми атмосферами. Иногда это достигается путем введения в припой поверхностно-активных элементов — лития, калия и других металлов 1 и 2-й групп периодической таблицы Менделеева. В процессе пайки изделий из нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов в печах с контролируемыми атмосферами, несмотря на то, что они имеют незначительное количество кислорода и паров воды, при температурах до 900°С происходит только образование окислов. При более высоких температурах процессы восстановления и испарения окислов превалируют над окислением. Поверхности освобождаются от окислов и создаются условия для смачивания их припоями. Смачиваемость может меняться в процессе пайки и зависит от того, образуются ли химические соединения под жидким припоем на паяемой поверхности (окислы, сульфиды, нитриды, интерметаллические соединения из компонентов паяемого металла и припоя) или твердые растворы. Окислы, сульфиды и нитриды значительно снижают смачиваемость. Интерметаллиды и твердые растворы в большинстве случаев улучшают смачиваемость. Например, графит не смачивается жидкой медью, добавка же к меди титана значительно улучшает смачиваемость, что объясняется образованием на поверхности графита карбида титана, который хорошо смачивается медью.
Процесс формирования паяного соединения является последующей стадией, при которой взаимодействуют припой и паяемый металл и возникает межкристаллитная форма связи. Эта форма связи одинаково возникает как между зернами припоя и паяемого металла, так и между металлическими зернами и химическими соединениями, которые могут образовываться при взаимодействии. Форма связи будет зависеть от того, какой будет применен припой и как он будет реагировать в контакте с паяемым металлом.
Имеются припои, которые слабо вступают в реакции с паяемыми металлами, не образуют с ними твердых растворов и взаимно не растворяются ни в жидком ни в твердом состоянии; такие припои плохо смачивают и растекаются. К ним относятся серебро и свинец при пайке железа. Добавка в эти припои даже небольшого количества олова, меди или др. элементов значительно повышает смачиваемость ими и растекаемость их по железу. Некоторые припои образуют с паяемыми металлами химические соединения — эвтектики или взаимно неограниченно растворяются в жидком и в твердом состоянии, например, медь при пайке титана и никелевых жаропрочных сплавов.
Имеются припои, которые образуют твердые растворы с ограниченной растворимостью и химические соединения. Выпадение прослоек химических соединений в паяных швах в этом случае зависит от температуры и времени пайки. Чем выше температура и дольше время взаимодействия, тем толщина прослойки в паяном шве, состоящей из интерметаллидов, больше. По границе припой - паяемый металл в зависимости от припоя могут создаваться наряду с межкристаллитной формой связи и внутрикристаллитные. Внутрикристаллитная форма связи свойственна припоям, имеющим металлическую основу, одинаковую с паяемым металлом, .как например, никелевые припои и сплавы ЭИ437, ЭИ617 и др. Здесь имеет место значительное взаимное растворение, сопровождающееся при затвердении припоя совместной кристаллизацией.
припоя отличается от участка первоначального зерна сплава, они подобны между собой кристаллической решеткой и имеют близкие по величине параметры решетки.
Так как паяемые металлы и припои в большинстве случаев представляют собой сложные по составу сплавы, то при наличии диффузионных процессов одновременно может возникнуть несколько форм связи.
Диффузионные процессы при пайке будут зависеть от свойств, припоя и соединяемых металлов, а также от условий, в которых происходит соединение. Главным условием является температура, с повышением которой возрастает скорость диффузионных процессов, а также взаимная растворимость припоя и паяемого металла. Диффузия на границе припой — паяемый металл может быть фронтальной и по границе зерен. Интенсивное проникновение припоя или отдельных компонентов его по границе зерен объясняется, по-видимому, тем, что при температуре пайки основа паяемого металла имеет ограниченную растворимость в припое. Атомы же по границе зерен паяемого металла энергетически менее устойчивы и могут более легко растворяться в припое.
Явления диффузии подчиняются законам особенно сложным при диффузии в твердые металлы.
Скорость диффузии зависит от многих факторов и в первую очередь от градиента давления (концентрации). При взаимной диффузии припоя и соединяемых металлов состав и свойства металла паяного шва будут отличаться от состава и свойств припоя.
Диффузионные процессы происходят как при формировании паяного шва, когда припой находится в жидком состоянии, так и когда припой затвердел, но паяное соединение находится еще при высокой температуре (выдержка и охлаждение после пайки). Припои и паяемые металлы в большинстве своем являются сплавами сложного химического состава, поэтому процессы протекают при взаимной избирательной диффузии (растворении) отдельных компонентов.
Адгезия припоя к паяемому металлу будет также определяться диффузионными процессами, происходящими на границе припой—паяемый металл и в случае полной взаимной диффузии работа адгезии на линии раздела будет стремиться к работе когезии. Прочность металла паяного шва и адгезия припоя к паяемому металлу в случае образования твердых растворов будет максимальная. Во всех других случаях, когда припои образуют с паяемыми металлами сплавы эвтектического типа или интерметаллиды, прочность будет значительно ниже.
Состав металла шва, помимо диффузии, может также изменяться, находясь в жидком и в затвердевшем состоянии вследствие избирательной дисцилляции, если в состав припоя входят такие легкоиспаряющиеся компоненты как Zn, Cd, Mn, In и др. Избирательная дисцилляция может происходить у жидкого и затвердевшего припоя и зависит от относительной летучести, молярного соотношения компонентов, химической активности каждого компонента и скорости диффузии наиболее летучего компонента из объема к поверхности.
На скорость избирательной дисцилляции влияет парциальное давление пара испаряющегося компонента в камере пайки и над металлом шва.
С повышением парциального давления скорость дисцилляции уменьшается и может быть достигнуто равновесие, при котором она прекратится.
В вакууме и в проточных контролируемых атмосферах скорость дисцилляции возрастает, так как она определяется скоростью отбора пара с поверхности. Избирательная дисцилляция имеет место у припоев, нагретых в процессе пайки и находящихся в твердом состоянии, что приводит в большинстве случаев к образованию дефектов — пористости.
Нагрев изделия в процессе пайки может быть местным или общим и производиться различными способами, которые могут быть разбиты на две группы: нагрев изделий теплопередачей от источника тепла и нагрев электрическим током. Способ пайки определяется главным образом методом нагрева. При пайке нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов получили применение следующие методы нагрева: нагрев ацетилено-кислородным пламенем, токами высокой частоты, электроконтактный нагрев и нагрев в печах. В последнее время за границей широко применяется пайка с ускоренным циклом нагрева (кварцевыми лампами, блоками и т. д.).

Вернуться в оглавление...




   ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ РЕМОНТА

Выбор инструмента для домашнего ремонта


Вооружившись качественным инструментом для ремонтно-строительных работ, вы сможете воплощать в жизнь свои идеи и проекты, развивать собственные навыки и творческие способности.

Перейти в раздел >>
   ТЕХНОЛОГИИ ДОМАШНЕГО РЕМОНТА

Полы и потолки: выбор и технологии монтажа


При ремонте или строительстве нужно учитывать, что именно пол и потолок задают тон всему помещению, и от того, насколько тщательно продуман их дизайн, во многом зависят такие понятия, как комфорт и уют, стиль и гармония.

Перейти в раздел >>

Подготовка и отделка поверхностей


Грамотно подготовленные поверхности гарантируют, что ремонт не придется переделывать заново. Именно потому столь важно подойти к задаче со всей серьезностью, соблюдая технологии максимально точно.

Перейти в раздел >>

Электрика и бытовая техника: монтаж и подключение


Своевременная замена электросетей и их проектирование в соответствии со стандартами качества позволит избежать «дорогостоящих» проблем, связанных с надежностью и функциональностью проводки.

Перейти в раздел >>

Монтаж отопления, сантехники и канализации


Основными факторами, которые делают жилье уютным и приспособленным для проживания являются: наличие системы водоснабжения, отопления, канализации и качественные комплектующие.

Перейти в раздел >>
   ТЕХНОЛОГИИ РАБОТ

Выполнение работ по гидро- и теплоизоляции


Надежная гидроизоляция и утепление элементов жилища не только поспособствует тому, чтобы ваш дом был теплым даже в пятидесятиградусный мороз, но и избавит от необходимости переплачивать за теплоносители.

Перейти в раздел >>

Выполнение работ в загородном доме


О загородном доме не мечтает, наверно, только тот, кто его уже имеет. Сегодня обилие материалов и инструментов позволяют осуществить эту мечту даже тем, кто не имеет специальных знаний.

Перейти в раздел >>

Организация и выполнение сварочных работ


Несмотря на кажущуюся простоту выполнения работ по сварке, недостаток опыта, квалификации и знаний технологического процесса может привести к зря потраченному времени.

Перейти в раздел >>


   © При цитировании материалов сайта ДомРемСтрой.Ру наличие гиперссылки обязательно.