ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ
(ГОССТАНДАРТ СССР)

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ПО НОРМАЛИЗАЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ
(ВНИИНМАШ)

Утверждены

Приказом ВНИИНМАШ

№ 73 от 22.03.88 г.

САПР. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ
ПАЙКИ ИЗДЕЛИЙ

РЕКОМЕНДАЦИИ

 

Р 50-54-48-88

 

 

МОСКВА 1988

 

РЕКОМЕНДАЦИИ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Технология пайки изделий разрабатывается одновременно с проектированием конструкции на стадии подготовки производства.

1.2. Графическая модель формирования технологии пайки при изготовлении групп изделий основана на том, что качество паяного изделия определяется единством (взаимосвязью) и совместимостью важнейших элементов производственной системы между собой и с эксплуатационными характеристиками паяного изделия Э (рис. 1).

1.3. Паяное изделие характеризуется конструкционными факторами его соединений K_ф^п.с. и собственно изделия K_ф^к.и.. К первым относятся тип соединения, паяльный зазор, нахлестка, угол скоса, шероховатость материала. Ко вторым - конструкционный класс изделия, масштабный фактор (габаритные размеры, толщина стенок), общая протяженность паяных швов и наклон зазора при пайке, масса изделия.

1.4. Конструкционный материал М_к кроме механических, физических и химических свойств характеризуется температурой солидуса и критическими областями нагрева, в которых обратимо или необратимо ухудшаются его эксплуатационные свойства.

1.5 Способы пайки: по формированию паяного шва (СП1); условиям образования припоя, кристаллизации шва и заполнения зазора припоем; удалению окисной пленки (СП2); источнику нагрева (СП3); осуществлению давления на соединяемые детали (СП4); одновременности выполнения соединений изделия (ГОСТ 17349-79).

Рис. 1. Взаимосвязь эксплуатационных характеристик паяного изделия Э с важнейшими элементами производственной системы

1.6. Операции пайки: нагрев, температурный режим (ТРП), термический цикл (тип), введение припоя М_п и вспомогательного материала М_всп, а при нефиксированном зазоре - приложение давления на соединяемые детали. На качество пайки существенно влияют предварительные операции: подготовка поверхности М_к, сборка. На качество готового изделия - последующие: промывка, термообработка и др.

1.7. Оснащение: оборудование, оснастка, инструмент, средства механизации и автоматизации.

Технология пайки Т определяется ее способами.

1.8. Эффективность производства в комплексном технологическом процессе изготовления изделия обеспечивается его экономичностью Э_н, организацией и управлением производства ООС, охраной окружающей среды ООС (см. рис. 1). Критерием эффективности K_э служит совместимость K, М_к, Т, Э с этими элементами производственной системы.

2. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАЗРАБОТКЕ ТИПОВЫХ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ТЕХНОЛОГИИ ПАЙКИ

2.1. Основные этапы разработки ТПР технологии паяных изделий и перечень данных, служащих входной информацией, устанавливаются на основе графической информационной модели проектирования ТП изделий из заданного конструкционного материала М_к.

2.2. Разработке ТПР должны предшествовать следующие мероприятия:

Классификации: способов пайки (см. п. 1.5), флюсов (ГОСТ 19250-73), припоев (ГОСТ 19248-73), оборудования, инструментов, оснастки, средств механизации, автоматизации и роботизации, паяных изделий и соединений по общности конструкционно-технических характеристик, для которых возможна разработка общих групповых и типовых технологий (ГОСТ 19249-73).

Определение состава входной и выходной информации для изготовления паяного изделия заданных класса, групп и партий.

Выбор групповой и единичной технологий с учетом свойств конструкционного материала, имеющегося оборудования и применяемых средств технологического оснащения.

Разработка алгоритмов преобразования входной и выходной информации для определения количественных параметров, характеризующих способы и режимы, технологические и вспомогательные материалы, оборудование и инструмент, оснастку, средства механизации и автоматизации, роботизации по всей совокупности групповых процессов для изделий каждого выделенного класса.

Подготовка математического, программного, технического и информационного, обеспечений для реализации этих алгоритмов в рамках САПР ТП ПИ.

Анализ технико-экономической эффективности проектных решений.

Оформление документов ТПР, в том числе с использованием ЭВМ.

2.3. Классификация паяных изделий для условий производства конкретной отрасли выполняется путем выделения из общей номенклатуры классов, подклассов, групп, объединенных согласно конструкторской документации общностью геометрических характеристик массы, конструкционного материала, серийности изготовления и др. в рамках типовой технологии. При этом возможно использование, например, отраслевых материалов с учетом комплекса признаков, характеризующих условия последующей механо-, термообработки, и особых технологических требований к изделию.

2.4. Количественную оценку принадлежности изделия к одному из классов и формирование типовой технологии осуществляют с помощью статистических методов или детерминированно.

2.5. В соответствии с классификацией изделий создается каталог типовых проектных решений и типовых технологий, а также выделяются типовые паяные изделия.

2.6. При оформлении рабочей технологии на основе типовой уточняют (при автоматизированном проектировании с помощью специальных алгоритмов) количественные параметры и последовательность выполнения отдельных этапов, а также выбирают (на базе типовых) средства технологического оснащения.

На каждом этапе определяют рациональные (оптимальные) режимы изготовления изделий как производственно-технического назначения (ПТН), так и в целом выделенного класса.

2.7. При проектировании технологии изготовления изделий ПТН следует учитывать сложные функциональные взаимосвязи между исходными факторами элементов производственной системы.

2.8. Образование паяного соединения происходит в результате теплового воздействия на паяемый материал, припои, вспомогательные материалы (флюсы, газовые среды, стоп-пасты и др.); их физического и физико-химического взаимодействия, а также с окружающей средой и материалом оснастки и др. Выбирая оптимальную технологию пайки, надо учитывать влияние всех этих процессов, а также конструкционных факторов на качество паяного изделия. Проектирование технологии пайки должно состоять из нескольких этапов, отвечающих следующим требованиям:

механические, физические и физико-химические свойства паяемого материала необходимо сохранять в требуемых интервалах,

применяемые припои и способы пайки должны обеспечивать требуемые свойства паяного соединения и изделия в целом,

выбранную технологию необходимо оснастить соответствующим оборудованием, инструментом, средствами механизации, автоматизации и роботизации.

Только при поэтапном проектировании технологии возможна ее оптимизация. Каждый следующий этап базируется на данных, полученных на предыдущих. Так, оборудование выбирают только после обоснования термических режима и цикла пайки; последние - после того, как выбран припой (способ пайки по формированию паяного шва и получению припоя), способы пайки по удалению окисной пленки - после получения информации о допустимых температурах плавления припоя и пайки, т.е. интервалах нагрева паяемого материала, в которых он не теряет своих эксплуатационных свойств.

2.9. На этапах проектирования технологии пайки, когда существенное влияние оказывают конструкция, масса и габаритные размеры изделия, следует учитывать возможность ее осуществления при заданных конструкционных факторах соединений и изделия.

2.10. Выбор оптимальной технологии изделия требует учета всех влияющих на технологию факторов и должен базироваться на теории процессов пайки, производственном опыте и опыте эксплуатации паяных изделий.

3. ГРАФИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПАЙКИ

3.1. Информационная модель проектирования технологии пайки приведена на рис. 2. В основу поиска оптимальной технологии положен декомпозиционный алгоритм, реализуемый в 15 этапов (Z₁, Z₂, ... Z₁₅). На каждом следующем этапе происходит целенаправленное сужение области допустимых решений с помощью соответствующих ограничений (частных критериев K₁, ..., K₁₅).

Модель базируется на условиях обеспечения качества паяных изделий, задаваемых критерием качества K_к.

3.2. Входной информацией для данной модели служат эксплуатационные характеристики изделия (условия и ресурс работы) и соответствующие им свойства соединений. К последним относятся прочностные свойства (кратковременная, длительная, вибрационная прочность, жаро- и хладостойкость, ударная вязкость и др.); физические (герметичность, вакуумплотность, электропроводность и др.) и химические (коррозионная стойкость в различных климатических условиях и средах); температура распайки и др.

3.3. Учитывая требование сохранения эксплуатационных свойств М_к, пайку производят:

а) при температуре ниже температуры солидуса М_к () и выше ликвидуса (солидуса) припоя t_с.п: ;

б) в интервалах вне критических температур М_к: t_п ≶ Dt_кр;

в) при температуре ниже температуры распайки выполненных ранее паяных швов t_п < t_рсп.

3.4. В связи с этим на первом этапе проектирования Z₁ по входной информации о марке конструкционного материала и данным о температуре его солидуса и критических температурах пайки (критерий K₁) принимают температурные области допустимого нагрева М_к Dt¢_п.

3.5. На следующем этапе Z₂ по входной информации Dt¢_п и данным о температурах плавления групп припоев (критерий K₂) выбирают основы М_п^I, у которых температура пайки [t_п = t_1п + (15 - 50 °С)] находится в интервале допустимого для М_к нагрева Dt_п и (или) t_п < t_рсп.

3.6. На этапе Z₃ из припоев М_п^I выбирают М_п^II, которые физико-химически совместимы с М_к (критерий K₃). Входной информацией служат основы припоев М_п^I, а также таблица физико-химической совместимости известных М_к с различными основами припоев и примерные температурные области пайки. Для принятых М_п^II должны удовлетворять следующие неравенства:

t_п ≶ Dt_х.э и t_п < t_х.э;

t_п ≶ Dt_д.п и t_п ≶ t_д.п;

t_п ≶ Dt_х.с и t_п < t_х.с,

где t_п - температура пайки; Dt_х.э, Dt_х.с, Dt_д.п, Dt_охр - температурные интервалы недопустимого развития химической эрозии, прослоек, химических соединений, диффузионной пористости или охрупчивания М_к в контакте с жидким припоем соответственно;

t_п - выдержка при температуре пайки; t_х.э, t_х.с, t_д.п - минимальное время до начала развития химической эрозии, химических прослоек и диффузионной пористости при температуре пайки t_п.

Условная совместимость М_к с основой М_п может быть корректирована легированием выбранной основы припоя М_п^II (или заменой М_к).

3.7. Основу припоя М_п^II получают способом пайки СП1 (этап Z₄) по входной информации о классификации этих способов и областей применения (рис. 2, табл. 4). По критерию K₄, температура пайки должна быть выше температуры контактно-реактивного (к-р) плавления М_к с контактным материалом М_конт или температуры контактно-твердогазового (К-Т-Г) плавления М_к или М_конт с парами депрессанта М_дп, температуры начала высаживания основы припоя М_п^II из компонентов флюса в контакте с М_к, температуры твердожидкого спекания при композиционной пайке, температуры заметной диффузии депрессанта припоя в твердый раствор на основе М_к при диффузионной пайке.

3.8. Некоторые способы СП1 требуют прижима паяных деталей. Поэтому на этапе Z₅ производят дополнительный отбор СП1 с учетом особенностей K_ф^п.с и K_ф^п.и по критерию K₅ при контактно-реактивной композиционной и диффузионной способах пайки, а также пайке готовым припоем, уложенным в зазор, необходим прижим деталей (Р > 0); при контактно-твердогазовой пайке и пайке готовым припоем с введением последнего в зазор (изотермический контакт) или в процессе расплавления припоя, уложенного предварительно у зазора при сборке (неизотермический контакт), - лишь фиксация зазора (Р = 0).

3.9. На этапе Z₆ по входной информации о классификации способов пайки СП2, а также данным их пригодности для принятых ранее СП1^II, t_п, М_п^II, М_к и заданных K_ф^п.с и K_ф^п.с по критерию K₆ выбирают СП2^I (активирования), который обеспечит требуемую коррозионную стойкость соединений и температуру смачивания М_к жидким припоем М_п^II в интервале Dt¢_п допустимого нагрева М_к. При этом:

при абразивно-кристаллической пайке температурная область лужения должна находиться в области твердо-жидкого состояния припоя , а при ультразвуковой - выше ликвидуса припоя ; ;

при абразивно-кристаллической, ультразвуковой и абразивно-кавитационной пайке (лужении) удаление окисной пленки от мест нарушения ее сплошности возможно при условии достаточной растворимости М_к в жидком М_п;

слой полуды при пайке и хранении не должен окисляться и препятствовать последующей бесфлюсовой пайке.

3.10. Для выбранного СП2^I на этапе Z₇ по входной информации о классификации М_всп и данным о марках, составе, температурных интервалах активности термической стойкости и М^I_всп по критерию K₇ пригодности вспомогательных материалов:

температурно-временная область пайки S(t, t)_п находится в температурно-временной области активности флюса в контакте с жидким припоем S(t, t)_акт.ф, а последняя - в области достаточной термической стойкости флюса S(t, t)_ф: S(t, t)_п Ì S(t, t)_фМп; S(t, t)_п Ì S(t, t)_акт.ф;

для активных газовых сред температура пайки находится в температурной области их активности, а продукты взаимодействия при пайке - в жидком или газообразном состояниях; активная газовая среда не должна при пайке ухудшать свойств М_к и М_п; t_п Ì Dt_о.п^{активности};

при пайке в вакууме не должно происходить испарения компонентов припоя, приводящего к заметному изменению их свойств или уменьшению толщины контактных прослоек, а в поверхностном слое М_к - изменение его свойств, определяющих физико-химическую совместимость с М_п и М_всп; t_п < t_исп^Мп.

3.11. На этапе Z₈ по входной информации М_п^II и данным о характере влияния легирующих элементов на свойства паяных соединений по критерию K₈ выбирают дополнительное легирование припоев на основе М_п^II, обеспечивающее требуемые эксплуатационные свойства этих соединений; Э_п.с ³ Э.

3.12. На этапе Z₉ по входной информации о K_ф^п.с, М_п^{I II}, М_всп^II, СП1^II, СП2^I, расходе припоев на изделие и данным о различных планах экспериментов по критерию K₉ принимают тот план, который подходит для рассматриваемого случая:

при 3 - 4 факторах - полный факторный эксперимент;

при очень большом числе факторов и минимальном - опытов - симплексный метод;

при смешанных количественных и качественных факторах - метод сложных совмещенных планов.

3.13. На этапе Z₁₀ по входной информации о классификации способов давления при пайке СП4 и данным об областях их применения по критерию K₁₀ выбирают СП4^I, который обеспечит режим давления РД, выбранный на этапе Z₉.

3.14. На этапе Z₁₁ принимают способ пайки СП3 по входной информации о классификации способов СП3 и данным о пригодности их для принятых ранее М_п^III, М_всп^I, СП4^I и K_ф^п.и (критерий K_II для изделий с разовым K_ф^п.и).

3.15. На этапе Z₁₂ для способа пайки СП3^I определяют ТЦП по тепловым характеристикам М_к, массе, конструкционному классу, габаритным размерам изделия и др., представляющий развитие термических формаций изделий и трещин.

3.16. Материал оснастки М_осн выбирают на этапе Z₁₃ по входной информации о его классификации по теплостойкости, жаропрочности и жаростойкости, данным о составе и марках. По критерию K₁₃ при температуре пайки сохраняется предел упругости материала оснастки. Механические свойства М_осн не должны ухудшаться под воздействием М_всп, М_п, ТРП, ТЦП после N-кратного использования и он не должен вступать в контактно-реактивное или контактно-твердожидкое плавление с М_к и М_п и контактно-твердогазовое плавление с парами газовой среды.

3.17. Оборудование для пайки изделия выбирают на этапе Z₁₄ для М_к, Г, а также М_п^II, М_всп^I, М_осн^I, СП1^II, СП2^I, СП4^I по входной информации о его классификации и данным о нагревательном инструменте, объему рабочей камеры или мощности, ТЦП. По критерию K₁₄ для СП3 c общим нагревом оборудование выбирается с учетом габаритных размеров рабочей камеры, температурно-временных режимов, а для локального нагрева - мощности нагревательного инструмента.

3.18. При выборе припоев и вспомогательных материалов (флюсов, активных газовых сред) следует учитывать их стоимость и дефицитность, а также токсичность, особенно в условиях массового и крупносерийного производств, используя заменители и пайку в вакууме.

3.19. Заданная информация в таблицах данных и частных критериях должна быть достаточно полной и достоверной.

4. ОПИСАНИЕ ВХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ Х_N И ТАБЛИЦ Т_m

4.1. Входная информация графической модели проектирования технологии пайки.

Этап Z₁ (прил. 1):

Х₁ - марка М_к изделия;

табл. 1. Конструкционные материалы М_к и их критические температуры нагрева.

Этап Z₂ (прил. 1):

Х₂ - допустимые температурные интервалы N нагрева М_к;

табл. 2а. Основы припоев и их температурные интервалы плавления;

табл. 2б. Механические свойства припоев в литом состоянии.

Рис. 2. Графическая информационная модель

Этап Z₃ (прил. 2):

Х₃ - основы припоев М_п^I, пригодные для пайки М_к с допустимыми температурами плавления;

табл. 3. Физико-химическая совместимость М_к с основами припоев М_п^I.

Этап Z₄:

Х₄ - классификация СП1;

табл. 4. СП1 и получаемые по ним основы припоев М_п^II.

Этап Z₅:

Х₅ - СП1.

Этап Z6:

Х₆ - классификация СП2;

табл. 5. Пригодность СП2 для выбранных СП1^II Dt_п, М_п^II и заданных М_к, K_ф^п.и, K_ф^п.c (СП^I).

Этап Z₇:

Х₇ - классификация М_всп;

табл. 6. Группы М_всп, их состав, температурные интервалы активности и термическая стойкость флюсов М_а.г, М_и.г, М_в.

Этап Z₈:

X₈ - М_п^II;

табл. 7. Группы припоев на основе М_п^II и их легирование для обеспечения Э.

Этап Z₉:

Х₉ - М_п^III, М_всп^I, СП1^II, СП2^I, K_ф^п.с.

табл. 9. Планы экспериментов и их области применения.

Этап Z₁₀:

Х₁₀ - классификация СП4;

табл. 10. Области применения способов давления при пайке.

Этап Z₁₁:

Х₁₁ - классификация СП3;

табл. 11. СП3 и их пригодность для М_п^III, М_всп, СП4, K_ф^п.и.

Этап Z₁₂:

Х₁₂ - СП3^I;

табл. 12. Формулы расчета ТЦП изделия по тепловым характеристикам М_к, М_с, М_ш, K_ф^п.и.

Этап Z₁₃:

X₁₃ - классификация М_осн по температурам, средам нагрева, прочности, назначению;

табл. 13. Состав и свойства материала для оснастки при пайке.

Этап Z₁₄:

Х₁₄ - классификация нагревательного оборудования и инструмента для пайки;

табл. 14. Оборудование и инструмент для нагрева при пайке и его характеристики по рабочей температуре, объему рабочего пространства или мощности, ТЦП и др.

Этап Z₁₅:

Х₁₅ - классификация средств механизации, автоматизации, роботизации процессов при пайке;

табл. 15. Установки средств механизации, автоматизации, роботизации процессов пайки и их области применения (СП3, СП4).

4.2. При составлении программы проектирования технологии пайки в память машины вводят все данные критерии, приведенные выше, учитываются в таблицах оценки совместимости. Алгоритм проектирования на первых трех этапах приведен в прил. 3.

4.3. Графическая модель проектирования технологии пайки изделий из разнородных материалов отличается тем, что поэтапные критерии и содержание таблиц дополняются с учетом особенностей формирования соединений. Например, критерий K₁ - требованием ориентировки на температуру солидуса наиболее легкоплавких из паяемых материалов: температурой пайки могут быть все области Dt_п ниже температуры их плавления, расположенные вне критических областей М_к и М_к^I.

По критерию K₃ учитывающему степень химического сродства М_к с М_к1 и интенсивность их массопереноса через жидкую фазу, температура пайки должна находиться вне температурных интервалов недопустимой химической эрозии, роста химических прослоек, развития диффузионной пористости и охрупчивания М_к и М_к1 в контакте жидкого М_п с обоими материалами. При большой разнице коэффициентов теплового расширения или полиморфного превращения паяемых материалов следует избегать образования несогласованных спаев, применяя композиционные или высокопластичные припои, широкие зазоры. Критерий K₅ дополняется требованием целесообразного расположения деталей при пайке с замкнутыми спаями: снаружи помещают деталь с большим КТР. Критерий K₆ - требованием применимости СП2 для обоих паяемых материалов М_к и М_к^I, а K₇ - условием, чтобы температура пайки для них одновременно находилась в температурно-временном интервале активности М_всп.

На всех этапах проектирования, кроме Z₉, данные получают из сложных функциональных зависимостей между исходными факторами (способы пайки, режимы, материалы и конструкционные особенности паяных соединений и изделий, оснащение) и входными параметрами готового изделия, свойствами паяных соединений и изделий, представляемых в виде табличных, графических и других математических зависимостей. Математическая модель технологии аппроксимируется эмпирически установленными правилами (критериями), формулами, табличными зависимостями, обобщающими теоретико-экспериментальный и производственный опыт. При этом на отдельных этапах проектирования (например Z₉, Z₁₀) используются вероятностно-статистические математические модели, получаемые путем регрессионного анализа результатов экспериментов.

Наиболее высокий уровень автоматизации проектирования достигается при описании ТЦП при расчете температурных полей изделий в условиях выбранного способа нагрева (Z₁₂). Числовое решение системы дифференциальных уравнений, адекватно описывающих процесс нагрева или охлаждения и термический режим пайки позволяет применить режим диалога технолога с ЭВМ с тем, чтобы наиболее эффективно решать технологические задачи с учетом организационно-технических ограничений, возникающих в условиях производства. Универсальный характер численных моделей обеспечивает возможность их широкого использования для оптимизации технологических решений и анализа устойчивости разрабатываемой технологии в производственных условиях в случаях отклонений реальных параметров процесса от оптимальных значений.

4.4. Разработка завершается оформлением следующей технологической документации:

допустимые температурные интервалы и скорости нагрева V_н и охлаждения V_охл М_к;

основы припоев М²_п, физико-химически совместимых с паяемым материалом М_к;

способы пайки по формированию паяных соединений (СП¢), пригодные для пайки и получения припоя М²_м;

способы пайки по удалению окисной пленки, совместимые с паяемым материалом М_к, припоем М²_п, способами СП1², Dt¢_п, K_ф^п.с, K_ф^п.и, V_н, V_охл;

составы и марки вспомогательных материалов, совместимые с М_к, М²_п, СП2¢, Dt_п, V_н, V_охл;

состав и марки припоев М_п на основе М²_п, дополнительно легированных совместимыми добавками в соответствии с требуемыми условиями эксплуатации паяных соединений и изделий;

оптимизированные термические режимы пайки (t_п, t_п) и режимы давления на паяные детали (РД)_п, значения конструктивных факторов паяных соединений и изделий и допустимые интервалы нагрева М²_п и М¢_всп, по расходу материалов;

способы давления при пайке СП4¢, совместимые с оптимизированными ТРП, ТРД, конструкционными факторами паяных соединений и изделий, а также свойствами при пайке М_к;

оптимальные способы нагрева при пайке СП3¢, совместимые с М_к, K_ф^п.с, М¢²_п, М¢_всп, СП4¢, ТРП¢ изделия;

термический цикл пайки изделия с заданными М_к и М_ф^п.и;

материал оснастки М¢_осн, совместимый с М_к, М¢_всп, ТЦП и ТРД¢;

нагревательное оборудование Обд¢, совместимое с М_к, М¢²_п, СП1², СП2¢, СП3¢, СП4¢, М¢_всп, М¢_осн, K_ф^п.и, ТЦП;

средства механизации и автоматизации, совместимые с Обд¢, ТЦП, ТРП¢, ТРД¢ для заданного типа производства.

4.5. Полученные при проектировании данные служат основой для оформления документации на техпроцесс изготовления контактных опытных изделий. Исследование качества последних в сочетании с технико-экономическим анализом позволяет оценить уровень разработки ТПР.

4.6. При неудовлетворительных результатах опытного опробования технологии следует оценить принятые классификационные признаки и систему количественных классификаций изделий, а также процедуры расчета, экспериментальные данные и внести соответствующие коррективы.

4.7. Непрерывное расширение номенклатуры паяных изделий и повышение требований к их качеству, обновлению оборудования оснастки влечет за собой постоянное расширение каталога технологий пайки и ТПР, совершенствование алгоритмов расчета режимов и циклов пайки, критериев отбора данных.

При учете факторов, влияющих на качество паяных изделий в производстве и при ремонте, учитывают соответственно качество исходных материалов, условия хранения готовых изделий, соблюдение технологической дисциплины и степень износа изделий при эксплуатации (перед ремонтом).

При отсутствии данных по совместимости М_к с М_п при оптимизации (Z₉) используют стандартные методики испытаний на смачиваемость (ГОСТ 23204-78), затекание припоя в зазор (ГОСТ 20485-75), определения глубины химической эрозии (ГОСТ 21549-76), толщины прослоек химических соединений (ГОСТ 21548-76), температуры распайки (ГОСТ 21547-76), механических свойств паяных соединений при растяжении (ГОСТ 23047-78, ГОСТ 25200-82) и ударе (ГОСТ 23046-78).

При определении влияния на качество паяных соединений состава М_п, М_всп и норм их расхода, особенностей конструкции соединений и изделий используют технологические образцы минимальных размеров, воспроизводящих K_ф^п.с и K_ф^п.и.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (рекомендуемое)

Таблица 1

Критические температурные интервалы для некоторых цветных сплавов

Примечание: ^* - резкое снижение s_0,2 > 150 °С; ^** - s_0,2 > 200 - 250 °С; ^*** - s_0,2 > 800 - 900 °С.

Таблица 2

Температурный интервал плавления магниевых литейных сплавов

Таблица 3

Температурные интервалы превращения a - T_i ® b ® T_i и снижения s_0,2 титановых сплавов (по данным Вульфа Б.К.)

Таблица 4

Критические интервалы температур никелевых сплавов (деформируемых)

Примечание. Термообработка соответственно при 1200^*, 1180^**, 1200 °С^*** на воздухе.

Таблица 5

Критические температурные области Dt_кр °С нержавеющих сталей (по данным Химушина Ф.Ф.)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (рекомендуемое)

Таблица

Фактическая и прогнозируемая (в скобках) физико-химическая совместимость конструкционных материалов М_к с основой готовых припоев при капиллярной пайке

Примечание: С - совместимы; С - условно совместимы с учетом: 1 - адгезионная смачиваемость; 2 - плохое смачивание, затекание в зазор; 3 - общая химическая эрозия; 4 - межзеренная химическая эрозия; 5 - прослойки химических соединений; 6 - охрупчивание в контакте с жидким припоем; 7 - температура плавления и пайки выше солидуса М_к; 8 - щелевая коррозия п.с. ( ) - предположительно требует проверки; 9 - пониженная коррозионная стойкость, охрупчивание при хранении в результате упорядочения твердого раствора.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Пример проектирования температурных интервалов нагрева и основ припоев, совместимых с М_к

Пример решения задачи на этапах Z₁ - Z₃.

Представлен алгоритм (рис. 3), по которому просматривается два массива данных: температурные интервалы допустимого нагрева основ паяемого материала М_к с заданными верхним и нижним пределами нагрева и данные по физико-химической совместимости выбранных основ припоев с основой паяемого материала.

Исходные данные:

ТМ (8) - температура плавления материала (табл. 1);

ТР (12) - верхняя температурная граница плавления припоев (табл. 2);

(8, 12) - матрица соответствий CHAR.

Рис. 3. Алгоритм проектирования на этапах Z₁ - Z₃

Таблица 1

Допустимый верхний предел нагрева М_к

Таблица 2

Температура конца плавления М_п

Основа паяемого материала (по вертикали) - к табл. 3 п. 2

1 - Zn

2 - Mg

3 - Al

4 - Ag

5 - Au

6 - Бронза

7 - Cu

8 - Латунь

3 - Ti

10 - Fe - с (сталь)

11 - Fe - с - Cr (легированная сталь)

12 - Fe - с - Cr - Ni (хромоникелевая сталь)

Основы припоя

1. Ga

2. Bi

3. Sn

4. Sn-Pb

5. Sn-Zn

6. Pb

7. Cd

9. Zn

10. Al-Si-Cu

11. Al-Si

12. Ag

13. Ag-Mn

14. Au

15. Cu

16. Cu-P

17. Cu-Zn-Si

18. Cu-Zn

19. Cu-Ni-Mn

20. Mn-Ni

21. Ni

22. Ti

23. Fe-Mn

24. Cu-Sn

Таблица 3

В табл. 3 приняты следующие сокращения: С - совместимы; Н - несовместимы; СN - условно совместимы, где N:

1. Адгезионная смачиваемость.

2. Плохое растекание и затекание в зазор.

3. Общая химическая эрозия.

4. Межзеренная химическая эрозия.

5. Прослойки химических соединений.

6. Охрупчивание в контакте с жидким припоем.

7. Температура плавления или пайки выше солидуса основного материала.

8. Щелевая коррозия.

9. Пониженная коррозионная стойкость паяного соединения.

10. Охрупчивание шва при хранении вследствие упрочнения твердого раствора.

УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

K - конструкция изделия;

K_ф^п.и. - конструкционные факторы паяного изделия;

Г - габаритные размеры изделия;

М - масштабный фактор изделия;

K_ф^п.с. - конструкционные факторы паяного соединения;

ПС - паяное соединение;

ЗП - зазор паяльный;

ФЗ - фиксированный зазор;

Н_х - нахлестка;

Ш_х - шероховатость паяемого металла;

М_к - конструкционный (паяемый) материал;

М_т - технологический материал;

М_всп - вспомогательный материал;

М_п - припой;

М_ф - флюс;

М_аг - активная газовая среда;

М_иг - инертная газовая среда;

М_в - вакуум;

Т - технология, оснащенная техникой;

ТПП - технологический процесс пайки;

ГМ - графическая модель;

ТТПР - типовое технологическое проектное решение;

ГТП - групповая технология пайки;

СП1 - способы пайки по формированию паяного шва;

СП2 - способы пайки по удалению окисной пленки;

СП3 - способы пайки по источнику нагрева;

СП4 - способы пайки по давлению на соединяемые детали;

ТРП - температурный режим пайки;

РД - режим давления при пайке;

t_п - температура пайки;

t_п - выдержка при температуре пайки;

t_н - время нагрева до температуры пайки;

t_охл - время охлаждения после температуры пайки;

Dt_кр - температурный интервал кристаллизации;

Э - эксплуатационные характеристики изделия;

Э_н - экономика производства;

ОЦ - управление в производстве;

ООС - охрана окружающей среды;

ТЦП - термический цикл пайки;

М_ш - масштабный фактор;

М_с - масса изделий;

М_к^сол - солидус конструкционного материала;

Dt_кр^мк - интервал критических температур для М_к;

ОСН - оснастка;

М_осн - материал оснастки;

Авт - автоматизация;

Мех - механизация;

Роб - роботизация.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

РАЗРАБОТАНЫ Государственным комитатом по народному образованию СССР

ИСПОЛНИТЕЛИ: д.т.н. С.В. Лашко (руководитель темы); к.т.н. О.И. Куманин; И.Г. Нагапетян; Т.В. Воронина; к.т.н. П.А. Шалаев.

УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ Приказом ВНИИНМАШ № 73 от 22 марта 1988 г.

ССЫЛОЧНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

Литература

1. Проектирование технологии пайки металлических изделий: Справочник/Сост. С.В. Лашко, Н.Ф. Лашко, Нагапетян И.Г. и др. - М.: Металлургия, 1983. - С. 279.

2. Лашко Н.Ф., Лашко С.В. Пайка металлов. - М.: Машиностроение, 1977. - С. 326.

3. Лашко С.В. Разработка графической модели для автоматизированного проектирования технологии пайки изделий. - Справочное производство, 1984, № 3 - С. 11 - 13.

4. Лашко С.В., Лашко Н.Ф., Пайка металлов - М.: Машиностроение, 1988. - С. 380.

5. Налимов В.В., Чернов Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. - М.: Наука, 1965. - С. 184.

6. Аулер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976. - С. 278.

7. Новик Ф.С. Планирование экспериментов в металловедении - М: Машиностроение, 1974. - С. 262.

 

СОДЕРЖАНИЕ