АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Капиллярные явления при паянии

Для получения качественного паяного соединения необходимо, чтобы припой хорошо заполнил шов; качество заполнения шва во многом зависит от капиллярных свойств припоя.

Если в сосуд с жидкостью опустить трубку со сравнительно малым внутренним диаметром, то в зависимости от того, как смачивает данная жидкость материал трубки, жидкость может подняться в трубке выше уровня в сосуде или будет ниже этого уровня.

Из изложенного ранее следует, что при соприкосновении жидкости с внутренней поверхностью капилляра в результате энергетического взаимодействия между ними образуется равновесный краевой угол смачивания; в зависимости от этого поверхность жидкости в капилляре искривляется.

Из теории капиллярной депрессии известно, что давления над вогнутой и над выпуклой поверхностями жидкости не равны между собой. Если радиус капиллярного канала мал, то мениск жидкости в нем можно считать сферическим.

В паяных швах зазоры между соединяемыми деталями, как правило, берутся возможно малыми; по этой причине они представляют собой своего рода капилляры.

Из уравнений, между прочим, следует, что при прочих равных условиях заполнение паяного шва припоем будет тем лучше, чем больше поверхностное натяжение припоя, чем лучше он смачивает поверхность металла основы и чем меньше зазоры в паяемых соединениях.

Припои

Классификация припоев. Металл или сплав, выполняющий роль связки при соединении твердых металлических тел методом паяния, называется припоем. В течение нескольких тысячелетий существования процесса паяния было разработано большое количество сплавов, применяемых в качестве припоев. Многие из них с появлением новых, обладающих лучшими свойствами, были забыты, но и в настоящее время число применяемых в практике припоев весьма велико.

Припои обычно делят на два класса: мягкие (главным образом на оловянной и свинцовой основах) и твердые (преимущественно на медной и серебряной основах). До тех пор, пока применялись припои лишь на свинцовооловянной и медносеребряной основах, такая классификация была вполне приемлемой. С появлением большого количества совершенно новых припоев (например, на цинковой и алюминиевой основах) принятая ранее классификация потеряла смысл.

Действительно, цинковооловянные припои, например, имеют высокую твердость и относить их к мягким припоям (как это делается в настоящее время) нет оснований; вместе с тем ни по своему назначению, ни по способу применения эти припои никак не могут быть объединены в один класс с твердыми припоями на медной и серебряной основах. Поэтому в настоящее время необходима новая, более рациональная классификация припоев.

Ввиду того, что одной из главнейших характеристик припоя, определяющей как назначение, так и способ применения его, является температура плавления, наиболее рационально разделить все припои по этому признаку на два класса: легкоплавкие, — имеющие температуру плавления ниже 400—450° (к которым относятся сплавы на оловянной, свинцовой, кадмиевой, висмутовой и цинковой основах), и тугоплавкие, — имеющие температуру плавления выше 450—500° (сюда войдут сплавы на медной, серебряной, золотой, алюминиевой, магниевой и никелевой основах). В дальнейшем мы будем придерживаться этой принятой классификации.

К припою предъявляют определенные медико-технические требования.

Он должен:

- иметь температуру плавления ниже температуры плавления спаиваемых материалов,

- обладать свойствами диффузии,

- быть достаточно текучим в расплавленном состоянии, - не подвергаться процессам окисления и коррозии в полости рта,

- не отличаться по цвету и прочности от основного металла.

Серебряный припой используется для соединения деталей из нержавеющей стали и содержит серебро (10 - 18%), медь (15 - 50%), цинк (4 - 35%), кадмий, фосфор и др. металлы. Припой имеет температуру плавления не выше 700°С.

Детали из кобальтохромового сплава хорошо паяются золотым припоем 750-й пробы.

Припои для нержавеющей стали разработаны Д.Н. Цитриным и называются серебряно-кадмиевыми.

Применяемые для паяния металлы и сплавы — припои - должны обладать следующими специфическими свойствами, без которых невозможно получение надежного соединения:

1) температура плавления припоя обязательно должна быть ниже температуры плавления паяемых металлов;

2) расплавленный припой должен хорошо смачивать паяемый металл и легко растекаться по его поверхности;

3) в расплавленном состоянии припой должен обладать высокой жидкотекучестью, необходимой для хорошего заполнения шва;

4) прочность и пластичность припоя должны быть достаточно высокими;

5) в паре с паяемыми металлами припой должен быть коррозионно-устойчивым;

6) коэффициент термического расширения припоя не должен резко отличаться от коэффициента расширения металла основы;

7) припои, применяемые для паяния токопроводящих изделий, должны иметь высокую электропроводность;

8) металлы, входящие в состав припоя, не должны быть дефицитными и чрезмерно дорогими.

В результате многовекового практического отбора, в процессе которого были отброшены все сплавы, не удовлетворяющие перечисленным выше требованиям, а также благодаря многочисленным научным исследованиям, проведенным в последние десятилетия, подобраны следующие группы сплавов, применяемых в качестве припоев:

1) свинцовооловянные сплавы, как в чистом виде, так и с присадкой сурьмы, кадмия, серебра и др.;

2) сплавы на цинковой основе с алюминием, оловом и медью;

3) сплавы на медной основе с цинком, оловом, никелем, марганцем, фосфором и серебром;

4) сплавы на серебряной основе с медью, цинком, оловом, кадмием, марганцем, фосфором и никелем;

5) сплавы на алюминиевой основе с кремнием и медью, и некоторые другие.

Технологические основы выбора припоев

Механическая прочность и эксплуатационная надежность паяных соединений в значительной мере зависят от правильного выбора типа припоя. Если при выборе припоя для какого-либо конкретного паяного соединения известно, что от этого соединения требуется высокая прочность или оно будет работать в условиях высокой температуры, то необходимо выбирать какой-либо тугоплавкий (твердый) припой.

Если к паяному соединению не предъявляется повышенных требований, то для его выполнения можно применять более простые в употреблении легкоплавкие (мягкие) припои.

Выбирая тот или иной легкоплавкий или тугоплавкий припой, необходимо прежде всего учитывать, какие металлы или сплавы требуется паять, так как припой всегда должен иметь температуру плавления по крайней мере на 30—50° ниже температуры плавления паяемых сплавов.

Кроме того, для паяния некоторых металлов обычные припои оказываются малопригодными; так, например, при пайке изделий из алюминия и сплавов на его основе лучше применять не обычные легкоплавкие свинцовооловянные припои, а специальные припои на алюминиевой и цинковой основах. Большое внимание при выборе припоя должно быть уделено обеспечению возможно высокой коррозионной стойкости паяного соединения.

Производственный опыт показывает, что правильный выбор припоя зависит не только от типа соединяемых металлов, но и от способа паяния. Если предполагается произвести паяние соединения каким-либо простейшим способом, например паяльником, то, естественно, нельзя пользоваться тугоплавким припоем, а придется ограничиться одним из легкоплавких припоев на свинцовооловянной основе.

Следует иметь в виду что для каждого случая приведены наиболее рекомендуемые припои, однако при отсутствии требуемых припоев можно воспользоваться и другими, хотя это несколько усложнит технологию пайки.

Назначение и классификация тугоплавких припоев

В практике часто бывает необходимо, чтобы паяное соединение обладало высокой прочностью, устойчивой при сравнительно высоких температурах.

Для обеспечения равнопрочности паяных соединений с остальными частями паяемого изделия были разработаны более прочные тугоплавкие или, как их часто называют, твердые припои.

В зависимости от основных металлов, входящих в состав тугоплавких припоев, они делятся на несколько групп:

1) медь и медноцинковые припои;

2) медно-фосфорные прилои;

3) серебряные припои;

4) алюминиевые припои;

5) никелевые припои;

6) золотые лрипои;

7) магниевые припои.

Назначение легкоплавких припоев

Как уже указывалось, мягкими, или точнее, легкоплавкими припоями называются применяемые для паяния сплавы на основе металлов с низкой температурой плавления. К таким легкоплавким металлам относятся олово, свинец, висмут, кадмий, цинк, индий и др.

Разбираемая здесь группа припоев отличается прежде всего низкой температурой плавления, малой твердостью (откуда они и получили название мягких) и сравнительно низкими механическими свойствами, поэтому такие припои могут применяться для паяния только тех изделий, которые будут работать при невысоких температурах и от которых не требуется особо высокой прочности.

Область применения легкоплавких (мягких) припоев полностью определяется их специфическими физико-механическими свойствами. Низкая температура плавления припоев дает возможность пользоваться при паянии самыми простыми источниками нагрева, например, паяльником, что значительно упрощает технологию паяния; это свойство легкоплавких припоев явилось основной причиной их широкого распространения не только в промышленности, но и в быту.

Вместе с тем невысокая температура плавления таких припоев позволяет применять их для пайки только тех изделий, которые в дальнейшем будут работать при сравнительно низких температурах (от 50 до 200°).

Хорошая способность припоев этой группы смачивать поверхности большинства металлов дает возможность широко применять их для паяния большой группы металлов и прежде всего железа, меди и их сплавов.

Высокая пластичность и отсутствие хрупкости у данных припоев обеспечивают им высокую сопротивляемость усталостным разрушениям, что позволяет применять их для пайки изделий, испытывающих небольшие ударные и вибрационные нагрузки.

Сравнительно низкие прочностные свойства этих припоев ограничивают область применения их только деталями, от которых не требуется высокой механической прочности. Повышение прочности соединений возможно путем применения замковых швов или швов внахлестку с большой поверхностью спая, а также комбинированием пайки с механическим креплением шва, например заклепками.

Так как паяние происходит при нагревании открытым пламенем, то на поверхности спаиваемых металлов может образоваться пленка окислов, которая мешает диффузии припоя. Для предотвращения ее появления используются различные паяльные вещества или флюсы. К ним предъявляются следующие требования:

- температура их плавления должна быть ниже, чем у припоя; - должны растворять окисную пленку и препятствовать ее образованию;

- должны хорошо растекаться;

- должны легко сниматься после паяния.

К наиболее часто применяемым в зубопротезной технике флюсам относятся: тетраборат натрия (бура), борная кислота, канифоль. Эти вещества в расплавленном состоянии способны легко растекаться по поверхности металлов, растворять окисную пленку и препятствовать ее образованию. Канифоль представляет собой смесь смоляных кислот, образующихся при получении скипидара из древесины хвойных пород. Это твердое и хрупкое вещество, темно- или светло-коричневого цвета. Размягчается при температуре 60°С, плавится при температуре120°С. В расплавленном состоянии обладает хорошей смачивающей способностью для металлов, защищает поверхности от коррозии, применяется при паянии оловом и лужении. Тетраборат натрия применяется при твердой пайке. Представляет собой кристаллический порошок белого цвета. Температура плавления около 741°С. В расплавленном состоянии имеет вид стекла, прозрачен. При нагревании до 400°С происходит дегидратация тетрабората натрия. Если быстро нагревать, то произойдет вспучивание массы, поэтому нагрев тетрабората натрия производят медленно. Борная кислота - белый порошок, состоящий из кристаллов чешуйчатой формы. Как флюс может применяться самостоятельно или как компонент смеси. Например, смесь буры (55%), борной кислоты (35%) и окиси кремния (10%) применяется в качестве флюса при паянии драгоценных металлов, а также меди и латуни серебряными и золотыми припоями.

Сварка металла

Явление электрического дугового разряда открыто в 1802 г. русским ученым академиком В. В. Петровым, который еще тогда указывал на возможность использования тепла дуги для расплавления металлов. Однако практическое использование электрической дуги для плавления металла и его сварки было осуществлено только в 1882 г. русским изобретателем Н. Н. Бенардосом, который впервые разработал способ электродуговой сварки металлов угольным электродом.

В 1888 г. инженером Н. Г. Славяновым был разработан способ дуговой электросварки металлическим электродом, нашедший большое распространение в промышленности всех стран.

Дуговая сварка угольным электродом впервые была предложена и осуществлена талантливым русским изобретателем Н. Н. Бенардосом в 1882 г. и является первым способом дуговой электросварки, нашедшим практическое применение. Сварка угольным электродом по способу Бенардоса ведется дугой прямого действия, т. е. дуга возбуждается между свариваемым металлом и угольным стержнем — электродом. Сварка угольным электродом характеризуется следующими особенностями.

В отличие от сварки металлическим электродом, где электрод быстро плавится, при сварке угольным электродом угольный стержень медленно испаряется. Температуры плавления и кипения угольных электродов весьма высоки и настолько близки (температура плавления 3800°, а кипения 4200°), что практически плавления не удается наблюдать.

Сварку угольным электродом можно вести только при прямой полярности (минус на электроде). При обратной полярности получается недостаточно устойчивое горение дуги, плохое формирование валика, происходит науглероживание наплавленного металла, электрод сильно разогревается на большой длине, увеличивается его испарение. Коэффициент полезного действия (к. п. д.) угольной дуги значительно ниже к. п. д. металлической дуги.

Угольная дуга более чувствительна к различным внешним воздействиям, чем металлическая дуга, сильнее поддается магнитному дутью, более легко отклоняется в сторону под действием потоков газов, ветра и т. д. Если на свариваемом металле вблизи дуги будет покрытое ионизирующим материалом место, то дуга сравнительно легко сместится на этот участок; это явление на практике используется для стабилизации дуги путем нанесения на основной металл узкой полоски стабилизирующего материала (например, мела). Угольную дугу большой длины можно легко поддерживать при небольших величинах тока.

Исходный тестовый контроль:

Вариант 1

1). Процесс соединения твердых металлических тел при помощи промежуточного металла или сплава в расплавленном состоянии с последующей его кристаллизацией называется:

1) полимеризацией;

2) сваркой;

3) паянием;

4) литьевым прессованием.

2). Припой должен обладать температурой плавления по сравнению с паяемым металлом:

1) более низкой;

2) более высокой;

3) температуры плавления должны быть одинаковыми;

4) температура плавления не имеет принципиального значения.

3). В процессе паяния выделяют следующие стадии:

1) тестообразную;

2) резиноподобную;

3) растекание жидкого припоя по поверхности твердого металла и заполнение паяемого шва;

4) полимеризации.

4). В процессе паяния выделяют следующие стадии:

1) тестообразную;

2) резиноподобную;

3) прогрев металла паяемого шва до температуры, близкой к температуре плавления припоя;

4) верно а, б, в.

5).Процесс очищения места пайки от грязи, жиров, продуктов коррозии и окисных пленок называют:

1) лужением под пайку;

2) подготовкой металлических изделий к паянию;

3) обезжириванием;

4) травлением металлов.

6). Процесс удаления жиров и масла с поверхности металла называется:

1) лужением под пайку;

2) подготовкой металлических изделий к паянию;

3) обезжириванием;

4) травлением металлов.

7). Металл или сплав, выполняющий роль связки при соединении твердых металлических тел методом паяния, называется:

1) флюсс;

2) припой;

3) плавень;

4) «Крокус».

8). В соответствии со старой классификацией припои делят на:

1) твердые;

2) вязкие;

3) пластичные;

4) верно а, б, в.

9). В соответствии со старой классификацией припои на оловянной и свинцовой основах являются:

1) мягкие;

2) жесткие;

3) пластичные;

4) твердыми.

10). В настоящее время припои делят на:

1) мягкие;

2) твердые;

3) тугоплавкие;

4) верно а, б, в.

Вариант 2

1). Сплав, применяющийся для соединения металлических деталей при паянии, называется:

1) флюсс;

2) припой;

3) плавень;

4) «Крокус».

2). В процессе паяния выделяют следующие стадии:

1) тестообразную;

2) резиноподобную;

3) расплавления припоя;

4) полимеризации.

3). В процессе паяния выделяют следующие стадии:

1) тестообразную;

2) резиноподобную;

3) охлаждение и кристаллизация припоя в паяном шве;

4) верно а, б, в.

4). В процессе паяния выделяют следующие стадии:

1) тестообразную;

2) резиноподобную;

3) растворение основного металла у шва в жидком припое и взаимная диффузия металлов;

4) верно а, б, в.

5). Температурой солидуса называют:

1) температуру плавления металлов;

2) температуру плавления сплавов;

3) температуру начала плавления припоя;

4) температуру начала плавления сплавов.

6). Удаление с поверхности металлов окислов, ржавчины и окалины в растворах кислот, солей или щелочей называется:

1) лужением под пайку;

2) подготовкой металлических изделий к паянию;

3) обезжириванием;

4) травлением металлов.

7). В соответствии со старой классификацией припои делят на:

1) мягкие;

2) жесткие;

3) пластичные;

4) верно а, б, в.

8). В соответствии со старой классификацией припои на медной и серебряной основах являются:

1) мягкие;

2) жесткие;

3) пластичные;

4) твердыми.

9). В настоящее время припои делят на:

1) мягкие;

2) твердые;

3) легкоплавкие;

4) верно а, б, в.

10). Впервые разработал способ электродуговой сварки металлов угольным электродом:

1) В. В. Петров;

2) Н. Н. Бенардос;

3) Н.Г. Аболмасов;

4) В. Ю. Курляндский.

Итоговый тестовый контроль:

Вариант 1

1). Легкоплавкие сплавы имеют температуру плавления:

1) выше 400—450°;

2) ниже 400—450°;

3) ниже 300—400°;

4) выше 300—400°.

2). Сплавы на медной основе являются:

1) тугоплавкими;

2) легкоплавкими;

3) твердыми;

4) мягкими.

3). Сплавы на цинковой основе являются:

1) тугоплавкими;

2) легкоплавкими;

3) твердыми;

4) мягкими.

4). К тугоплавким сплавам относя сплавы на основе:

1) золота;

2) алюминия;

3) магния;

4) верно а, б, в.

5). Припои должны обладать следующими специфическими свойствами, без которых невозможно получение надежного соединения:

1) температура плавления припоя обязательно должна быть равной температуре плавления паяемых металлов;

2) температура плавления припоя обязательно должна быть выше температуры плавления паяемых металлов;

3) прочность и пластичность припоя должны быть достаточно высокими;

4) верно б, в.

Правильный ответ: 3

6). Припои должны обладать следующими специфическими свойствами, без которых невозможно получение надежного соединения:

1) коэффициент термического расширения припоя не должен резко отличаться от коэффициента расширения металла основы;

2) температура плавления припоя обязательно должна быть выше температуры плавления паяемых металлов;

3) прочность и пластичность припоя должны быть достаточно низкими;

4) верно а, в.

7). В зависимости от основных металлов, входящих в состав тугоплавких припоев, они делятся на группы:

1) золотые;

2) кобольто-хромовые;

3) висмутовые;

4) ванадиевые.

8). В зависимости от основных металлов, входящих в состав тугоплавких припоев, они делятся на группы:

1) алюминиевые припои;

2) никелевые припои;

3) медноцинковые припои;

4) верно а, б, в.

9). Припой всегда должен иметь разницу между температурой плавления паяемых сплавов:

1) на 10 – 15° ниже;

2) на 10 – 15° выше;

3) на 30—50° ниже;

4) на 30—50° выше.

10). Травление стальных изделий, выполняющееся путем погружения изделий в раствор серной или соляной кислот называют:

1) химическим;

2) физическим;

3) электрохимическим;

4) электрофизическим.

Вариант 2

1). Тугоплавкие сплавы имеют температуру плавления:

1) выше 400—450°;

2) ниже 400—450°;

3) ниже 300—400°;

4) выше 450—500°.

2). Сплавы на оловянной основе являются:

1) тугоплавкими;

2) легкоплавкими;

3) твердыми;

4) мягкими.

3). Сплавы на серебряной основе являются:

1) тугоплавкими;

2) легкоплавкими;

3) твердыми;

4) мягкими.

4). К легкоплавким сплавам относя сплавы на основе:

1) свинца;

2) кадмия;

3) висмута;

4) верно а, б, в.

5). Припои должны обладать следующими специфическими свойствами, без которых невозможно получение надежного соединения:

1) температура плавления припоя обязательно должна быть равной температуре плавления паяемых металлов;

2) температура плавления припоя обязательно должна быть выше температуры плавления паяемых металлов;

3) температура плавления припоя обязательно должна быть ниже температуры плавления паяемых металлов;

4) температура плавления в данном вопросе не имеет значения.

Правильный ответ: 3

6). Припои должны обладать следующими специфическими свойствами, без которых невозможно получение надежного соединения:

1) коэффициент термического расширения припоя должен резко отличаться от коэффициента расширения металла основы;

2) в расплавленном состоянии припой должен обладать высокой жидкотекучестью, необходимой для хорошего заполнения шва;

3) прочность и пластичность припоя должны быть достаточно низкими;

4) верно а, в.

7). В зависимости от основных металлов, входящих в состав тугоплавких припоев, они делятся на группы:

1) медно-фосфорные припои;

2) кобольто-хромовые;

3) висмутовые;

4) ванадиевые.

8). В зависимости от основных металлов, входящих в состав тугоплавких припоев, они делятся на группы:

1) серебряные припои;

2) золотые припои;

3) медные припои;

4) верно а, б, в.

9). Процесс травления металлов, при котором изделие помещают в качестве анода (анодное травление) или катода (катодное травление) в электролитическую ванну называют:

1) химическим;

2) физическим;

3) электрохимическим;

4) электрофизическим.

10). Подготовка изделия к паянию состоит из этапов:

1) механической зачистки поверхности изделия;

2) обезжиривания;

3) травления и сборки;

4) верно а, б, в.

Ситуационные задачи:

Пациенту А. изготавливается ортопедическая конструкция из нержавеющей стали.

1. Какой припой должен выбрать зубной техник для работы с этим сплавом?

2. Какова температура плавления этот припой?

3. Какие основные металлы должен содержать выбранный припой?

Вопросы для самоподготовки.

1. Каковы свойства сплавов металлов на технологических этапах?

2. Что такое паяние?

3. Этапы паяния?

4. Что такое припои?

5. Классификация припоев?

6. Назначение припоев для процесса паяния различных металлических конструкций?

7. Сварка?

Перечень практических умений:

Произвести выбор припоя при паянии ортопедических конструкций из различных сплавов металлов.

Произвести выбор флюса при паянии ортопедических конструкций из различных сплавов металлов.

Дата добавления: 2015-02-06 | Просмотры: 866 | Нарушение авторских прав