1.2. Основи теорії пайки матеріалів
Пайка - складний фізико-хімічний процес отримання з'єднання в результаті взаємодії твердого паяємого (основного) і рідкого присадочного металу (припою).
Паяні з'єднання неоднорідні за будовою та складом. Паяний шов включає в себе спаї, дифузійні зони і місце кристалізованого припою в зазорі між деталями з прикристалізованими іонами .
Спай - перехідний шар, що утворюється внаслідок фізико - хімічної взаємодії розплавленого припою з паяємим металом. Контактна поверхня плавиться в результаті теплообміну з припоєм.
Дифузійна зона - результат взаємної дифузії припою і паяємого металу.
Прикристалізована зона - результат концентрування в області спаю тугоплавких компонентів при кристалізації розплаву.
Характеристики міцності паяного з'єднання визначається виникненням хімічних зв'язків між прикордонними шарами припою і паяємого металу (адгезію), а також зчепленням частинок усередині припою або паяємого металу між собою (когезією) .
Особливості процесу кристалізації викликані:
- малим зазором ( 0,05 - 0,07 мм) між деталями;
- відмінністю хімічних складів припою і паяємого матеріалу;
- короткочасною фізико - хімічною взаємодією між сполучаємими металами розплавом припою і газовим середовищем.
Унаслідок малого зазору, в процесі пайки між деталями утворюється незначна кількість рідкого припою, що активно взаємодіє з паяємими металами. У рідкий припій , внаслідок дифузії, потрапляють домішки, а в метал переходять деякі компоненти припою. Зміна рідкої фази призводить до зміни структури металу шва і температури кристалізації.
Кристалізацію шва розглядають як двостороннє, спрямоване до центру, зарощування зазору. Характер кристалізації визначається швидкістю остигання і величиною зазору.
При пайці отримують з'єднання з міжатомними зв'язками за допомогою нагріву їх до температури нижче температури їх автономного плавлення, змочуванням поверхонь розплавом припою з подальшим затіканням його в зазор і кристалізацією. При цьому має місце взаємодія: паяємий матеріал - розплав припою - розплав флюсу при температурі нижче плавлення паяємих матеріалів.
Способи контролю якості паяних виробів
Для оцінки якості паяних виробів застосовується контроль без руйнування і з руйнуванням. Застосування руйнівних методів контролю паяного виробу обумовлюється технічними умовами на виріб.
Технічний огляд виробу неозброєним оком або із застосуванням лупи в поєднанні з вимірюваннями дозволяє перевірити якість поверхні, заповнення зазорів припоєм, наявність тріщин та інших зовнішніх дефектів. Відповідно до вимог технічних умов паяні вироби піддають іншим методам неруйнівного контролю.
Бульбашковий метод контролю заснований на реєстрації появи пухирців пробної речовини в дефектних місцях контрольованого виробу. Розрізняють пневматичний , пневмо- гідравлічний і вакуумний бульбашкові методи. При пневматичному способі сторона контрольованого виробу, протилежна подачі тиску повітря, обмазується піноутворюючим речовиною. В якості найпростішої піноутворюючої речовини служить розчин мила у воді. Режими контролю бульбашковим методом визначаються технічними умовами на контрольований виріб. Бульбашковий метод контролю може проводитися шляхом подачі газу в контрольований виріб з наступним зануренням його в рідину . Дефектні місця визначаються по появі бульбашок газу.
Вакуумний бульбашковий метод застосовують для контролю виробів при односторонньому до них підході. У цьому випадку на поверхню дефектного місця наносять піноутворюючу речовину, після чого на нього встановлюється переносна вакуумна камера з оглядовим віконцем, що допускає огляд місця контролю.
При створенні необхідного розрідження наявні нещільності виявляються по появі бульбашок.
Хімічний метод заснований на хімічному впливі аміаку NH3 на фенолфталеїн або азотнокислу ртуть, що змінюють своє забарвлення під дією аміаку. В якості контрольного газу при цьому методі застосовують 1 %-ву суміш аміаку з повітрям або 3% -ную суміш аміаку з азотом. Індикаторну стрічку готують безпосередньо перед контролем, просочуючи фенолфталеїном або азотнокислою ртуттю фільтрувальний папір або білу тканину. При контролі хімічним методом необхідно дотримуватись правил техніки безпеки та виробничої санітарії, передбачені при роботі з шкідливими хімічними речовинами.
Галогенний метод контролю заснований на зміні емісії іонів нагрітої металевої поверхні при попаданні на неї пробної речовини, що містить галогени. Метод відрізняється високою чутливістю і застосовується для контролю герметичності відповідальних паяних виробів.
Руйнівні методи. При руйнівних методах контролю паяних виробів випробуванню до руйнування піддають: безпосередньо виріб, зразки, вирізані із взятого від партії виробу, або зразки паяного за тією ж технологією виробу, призначеного для проведення випробувань. Для виявлення механічних властивостей паяних з'єднань проводять випробування паяних зразків при різних способах навантаження: розтягуванні, стисненні, вигині, крученні та ін. Вид і вимоги руйнівних методів контролю визначаються технічними умовами на паяний виріб.