ПАЙКА

МЕТОД ВЫЯВЛЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ
ПРОСЛОЙКИ ХИМИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ

ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

Москва

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

^* Переиздание (январь 2001 г.) с Изменениями № 1, 2, утвержденными в августе 1981 г., апреле 1988 г. (ИУС 10-81, 7-86)

Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 05.02.76 № 346 дата введения установлена

01.01.77

Ограничение срока действия снято Постановлением Госстандарта СССР от 15.08.91 № 1356

Настоящий стандарт устанавливает металлографический метод выявления и определения толщины прослойки химического соединения на границе паяемый материал - паяный шов или луженый слой.

Контроль наличия и толщины прослойки химического соединения производят при выборе припоя и материала изделия, выборе и изменении режима технологического процесса пайки и лужения и параметров паяного соединения, а также определении периода активации и скорости роста прослойки (см. приложение 1).

(Измененная редакция, Изм. № 2).

1. ОТБОР ОБРАЗЦОВ

1.1. Шлифы для выявления и определения толщины прослойки химического соединения на границе паяемый материал - паяный шов или луженый слой изготовляют из паяных внахлестку или луженых образцов.

1.2. Число образцов для испытаний должно быть не менее пяти для каждого режима и сочетания материалов и припоя.

1.3. Форма и размеры образцов, паяемых внахлестку, должны соответствовать указанным на черт. 1.

1 - нижняя пластина; 2 - верхняя пластина; 3 - прокладки

Черт. 1

Толщина нижней s₁ и верхней s₂ пластин образца - [(1,0 ... 2,0) ± 0,1] мм.

При толщине паяемого материала более 2,0 мм допускается обработка пластин до требуемой толщины со стороны, не подлежащей пайке.

Примечание. В случае определения толщины прослойки химического соединения в паяном шве, соединяющем металлокерамический твердый сплав с металлом, толщина пластины 2 твердого сплава - [(1,0 ... 6,0) + 0,1] мм.

1.4. Для воспроизведения условий лужения или пайки погружением используют образцы, форма и размеры которых должны соответствовать указанным на черт. 2.

Для драгоценных и редких металлов допускается применение образцов меньшей толщины при условии сохранения равномерности зазора при пайке.

1.5. Образцы следует вырезать любым способом, не вызывающим изменений в их структуре.

s = [(0,5 ... 2,0) ± 0,1] мм; δ = [(0,5 ... 2,0) ± 0,1] мм; d_п = [(0,5 ... 2,0) ± 0,1] мм; d = [(2,0 ... 10,0) ± 0,1] мм

Черт. 2

1.6. Образцы маркируют номером партии или условным индексом на нерабочей части, к образцу из проволоки крепят бирку для маркировки.

2. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ

2.1. Подготовка к испытанию образца внахлестку

2.1.1. Способ подготовки поверхности образцов, форму и размещение припоя и величину зазора устанавливают в соответствии с технологическим процессом изготовления паяного изделия.

При отсутствии регламентированной подготовки поверхности выбор способа подготовки и шероховатости поверхности - по результатам испытаний ГОСТ 20485-75, ГОСТ 23904-79 и настоящего стандарта.

Примечание. При укладке припоя у зазора его следует размещать у меньшей стороны верхней пластины.

2.1.2. Зазор (с) между пластинами (черт. 1) следует устанавливать прокладками (3) - проволокой или полосками.

Допускается устанавливать зазор путем изготовления паза на одной из пластин как указано в п. 1.5. Форма и размеры паза должны соответствовать указанным на черт. 3.

2.1.3. Пластины фиксируют в заданном положении струбциной или другим способом.

Предельное отклонение размера с ± 0,01 мм

Черт. 3

2.1.4. Материал прокладок и фиксирующего приспособления при пайке не должен плавиться автономно или в контакте с материалом образца или припоем.

2.1.5. Объем припоя для пайки образцов внахлестку должен составлять 150 % от объема зазора.

2.1.6. Пайку образцов, установленных в горизонтальном положении, следует проводить в газовой среде, вакууме или с флюсом по режимам, применяемым в соответствующих технологических процессах.

2.1.7. Для измерения температуры надлежит использовать термопары и приборы по ГОСТ 7164-78.

2.1.8. Рабочий конец термопары следует крепить в центре наружной поверхности одной из пластин (черт. 1) зачеканкой, точечной сваркой или другим методом, обеспечивающим надежный тепловой контакт с образцом.

Прямое воздействие источника нагрева на термопару не допускается.

2.2. Подготовка к испытанию образцов из полосы, трубы и проволоки

2.2.1. Подготовка поверхности полосы, трубы и проволоки должна быть как указано в п. 2.1.1.

2.2.2. Подготовленную полосу, трубу или проволоку необходимо погрузить в тигель с расплавленным припоем на глубину не менее 20 мм. Нижний конец образца не должен касаться дна тигля. Объем припоя должен быть не менее 6 см³.

Примечания:

1. Материал тигля не должен заметно взаимодействовать с припоем.

2. Каждый образец следует погружать в новую порцию припоя.

2.2.3. Процесс лужения следует проводить в газовой среде, вакууме или под флюсом по режимам, применяемым в соответствующих технологических процессах.

2.2.4. Измерение температуры - согласно п. 2.1.7.

3. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

3.1. Для изготовления шлифов образцы следует разрезать способом, указанным в п. 1.5. Плоскость реза указана на черт. 1 и 2.

3.2. Способ изготовления шлифов не регламентируется.

3.3. Плоскость шлифа должна быть перпендикулярна к паяным или луженым поверхностям образца. Завал кромок не допускается.

В случае малой толщины прослоек химических соединений рекомендуется проводить замеры на косых шлифах.

3.4. Выявление структуры паяного соединения следует производить химическим, электрохимическим или другим методом, не вызывающим изменений в его структуре и выбираемым в зависимости от химического состава паяемого материала и припоя. Реактивы для химического травления шлифов приведены в приложении 1 к ГОСТ 21549-76.

3.5. При изготовлении шлифов и выявлении их структуры не допускается повреждение паяного соединения - выкрашивание, выгорание или вытравливание его составляющих.

3.6. Измерение толщины прослойки проводят под металлографическим микроскопом при увеличении 300 - 500^×. Допускается увеличение до 1000^×.

3.7. Толщину прослойки в капиллярном участке шва (II зона) и в галтелях (I и III зоны) следует определять раздельно.

3.8. Измерение следует проводить в пяти равномерно расположенных по длине прослойки точках капиллярного участка и не менее чем в трех точках галтели паяного шва.

Примечания:

1. При наличии в шве нескольких прослоек химических соединений следует измерять толщину каждой прослойки в отдельности и суммарную их толщину.

2. В случае пайки разнородных материалов толщину прослоек следует измерять на обеих границах шва.

3. На луженой пластине, трубе или проволоке измерения толщины прослойки производят по периметру сечения в пяти точках.

3.9. При дендритном характере роста прослойки измерению подлежат две величины: толщина сплошной части прослойки (m_сп) и высота дендритов (m_д) как показано на черт. 4.

Черт. 4

4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1. Толщину прослойки химического соединения следует определять в микронах с погрешностью не более 1 мкм.

4.2. Толщину прослойки определяют как среднеарифметическое значений, определенных для каждого образца.

4.3. За толщину прослойки следует брать среднеарифметическое пяти измерений в капиллярном участке шва, трех измерений - в галтели шва. При переменной толщине прослойки по длине шва следует брать максимальное ее значение. При дендритном строении прослойки следует брать среднеарифметическое пяти измерений толщины сплошной части прослойки и максимальное значение измерений высоты дендритов.

4.4. При степени дисперсности результатов испытаний более 20 %, выходе из строя термопары или обнаружении непропая более 5 % от площади нахлестки испытания должны быть повторены, при этом количество образцов должно соответствовать числу недействительных результатов испытаний.

4.5. Результаты испытаний каждого образца необходимо внести в протокол, форма которого приведена в приложении 2.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРИОДА АКТИВАЦИИ И СКОРОСТИ РОСТА ПРОСЛОЙКИ ХИМИЧЕСКОГО
СОЕДИНЕНИЯ МЕТОДОМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ПРИБЛИЖЕНИЙ

1. Определение периода активации

Процесс пайки образцов ведут в изотермических условиях, начиная с времени выдержки образца t₁. Если за время выдержки t₁ при заданной температуре прослойка обнаруживается, следующий образец паяют с выдержкой  и т.д. до  при которой прослойка не обнаруживается. Затем исследуют образцы после выдержки, равной , , пока не будет определено максимальное время контакта паяемого материала с жидким припоем, при котором прослойка еще не обнаруживается металлографически при заданном увеличении. Это время принимают за период активации t_a.

Проведением аналогичных испытаний при различных температурах определяют зависимость периода активации от температуры пайки.

2. Определение скорости роста прослойки химического соединения

Процесс пайки ведут в изотермических условиях с выдержками, превышающими период активации при заданной температуре. По полученным данным (не менее пяти выдержек) строят зависимость «толщина прослойки - время», m = f(t)_т.

Исследование роста прослоек в зависимости от температуры T при заданной выдержке позволяет построить зависимость «толщина прослойки m - температура T», m = f(T)_t. Одновременно с образцами, предназначенными для определения скорости роста прослойки при пайке, по тем же режимам паяют образцы внахлестку для определения сопротивления срезу паяного соединения по мере возникновения и роста прослойки.

По изменению сопротивления срезу устанавливают допустимую толщину прослойки для данного сочетания паяемый материал - припой.

Пример.

Определение периода активации и скорости роста прослойки.

Тип образца - пластина. Паяемый материал - медь M1. Припой: олово; олово + 5 % кадмия.

Подготовка поверхности образцов: зачистка наждачной бумагой № 00, обезжиривание спиртом, травление в 5 %-ном растворе персульфата аммония, промывка в воде, сушка при 100 °С, флюсование.

Режим пайки: подогрев в электропечи до температуры 120 °С, погружение в ванну с припоем, температура пайки 250, 280, 300 °С, охлаждение на воздухе.

Металлографический анализ

Результаты испытаний представлены на черт. 1 и 2.

Зависимость периода активации образования
прослойки от температуры пайки

1 - припой олово - кадмий; 2 - припой олово

Черт. 1

Скорость роста прослойки химического соединения
при различных температурах пайки (припой - олово)

1 - температура пайки 250 °С; 2 - температура пайки 280 °С;
3 - температура пайки 300 °С

Черт. 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Обязательное

ПРОТОКОЛ
металлографического анализа паяных и луженых образцов

1. Тип образца -

2. Паяемый материал: 1 -

2 -

3. Марка или химический состав припоя -

4. Температура начала и конца плавления припоя -

5. Подготовка поверхности образца:

а) способ удаления загрязнений и окислов -

б) параметр шероховатости рабочей поверхности образца -

6. Способ пайки:

а) по удалению окисной пленки -

б) по получению припоя -

в) по источнику нагрева -

(Измененная редакция, Изм. № 1).

7. Марка или химический состав флюса, газовая среда, вакуум -

8. Термический цикл пайки:

9. Металлографический анализ:

а) результаты измерений образца № _________

б) микроструктура исследуемых зон:

I зона

II зона

III зона

10. Заключение

Дата __________________ Подписи: