Главная Классификация процессов сварки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 [ 79 ] 80 81 82 83 в термитном металле кислорода, который снижает механические свойства термитной стали. Содержание в стали до 0,25-0,40% А1 не влияет на механические свойства термитного металла, а содержание AI свыше этих величин понижает его прочность. Термитный металл, полученный при реакции основных компонентов термита, имеет химический состав, %: 0,1 С; 0,08 Мп; >0,09 Si; 0,03 S; 0,03 Р; 0,09 Си; 0,07 А1 и невысокую прочность (Од = 35 40 кгс/мм, б = 18 -г- 20%). Поэтому при сварке стали необходимо подбирать по составу такой термитный металл, механические свойства которого не отличались бы от свойств свариваемой стали. 32. Содержание легирующих элементов в термите
При введении легирующих элементов в термит необходимо учитывать их переход в термитный металл; количество легирующих элементов определяется в процентном отношении от основных компонентов термита (табл. 32). Потери элементов на угар составляют, %: 30 С; 20 Si; 80 Мп. Изменяя количество вводимых легирующих элементов, можно в широких пределах изменять химический состав и механические свойства термитного металла, так предел прочности можно изменять в пределах 40-75 кгс/мм. Оптимальные значения измельчения компонентов, используемых в сварочном термите, составляют, мм: 0,1-1,0 алюминиевого порошка; 0,05-1,0 железной окалины; 1,0 стального наполнителя; 0,25-0,63 легирующих компонентов. Рис. 119. Тигель для сжигания термита: а - тигель; б - дно тигля; / - корпус; 2 - футеровка; 3 - стакан; 4 - втулка для выпуска расплава; 5 - магнезитовый песок; 6 - термит; 7 - асбестовый кружок; 8 - запорный гвоздь; 9 - стакан Компоненты термита взвешивают с точностью ±0,2%, а наполнитель с точностью ±0,5%. Низкокалорийный термит развешивается на порции по 6 и 7,5 кг, высококалорийный - на порции 2,5-3,5 кг; 4-4,7 кг; 5,1-5,5 кг и 6,5 кг. Тигель для сжигания термита показан на рис. 119. В пакет с термитом укладывается запорное устройство (рис. 119, б). В зависимости от размеров свариваемого изделия вес термитной порции может меняться от нескольких сотен граммов до нескольких килограммов. Сгорание термита происходит в тигле (рис. 119, а). Тигель имеет корпус из листовой стали с внутренней магнезитовой футеровкой, огнеупорную втулку (штепсель) и крышку. Для удержания жидкого металла в месте сварки применяют сварочные разъемные формы, которые могут быть сырые и сухие. Сырые формы изготовляют на месте работ и предварительно перед сваркой их просушивают. Для изготовления сырых Рис. 120. Способы тер.митной сварки рельсов: а - давлением; 6 - промежуточного литья; s - комбинированный форм используют кварцевый песок (80-85%) и глину (15-20%). Сухие формы изготовляют из кварцевого песка (92-93%) и жидкого натриевого стекла (8-7%), Литниковую систему выполняют с учетом способа подготовки стыка под сварку, разъема сварочных форм, системы газа и шлакоудаления, зазора в стыке. Существует несколько способов термитной сварки, которые отличаются технологией процесса и применяемым оборудованием (рис. 120). При использовании термитной сварки давлением торцы свариваемых деталей (рельсов) шлифуют и плотно прижимают один к другому, затем стык зачеканивают по всему периметру. На стык устанавливают формы (рис. 120, а) и через край тигля сливают вначале шлак, а затем термитный металл. Температура стыка в начале процесса равна температуре окружающей среды, поэтому жидкий шлак быстро теряет тепло и, застывая, покрывает стык коркой толщиной до 4 мм. Выливаемый затем термитный металл вытесняет оставшийся жидкий шлак в верхнюю часть формы. Затвердевшая ранее шлаковая корка не допускает приварки термитного металла к основному металлу, однако через нее перегретый термитный металл за 3-4 мин нагревает стык до 1400-1450° С. После нагрева производят осадку стыка сжимным прессом, затем сбивают формы и удаляют металлический облив. При этом способе сварки наблюдается значительный рост зерна, что требует применения последующей термической обработки. Механические свойства сварного соединения получаются низкими. Способ термитной сварки давлением для рельсов в настоящее время почти не применяют. Наиболее распространена сварка способом промежуточного литья (рис. 120, б). При этом способе торцы рельсов сближают и устанавливают с зазором 12-14 мм, стыку придают конструктивный изгиб на 1,5-2 мм и устанавливают две половинки сварочной формы. На головку рельса устанавливают вкладыш. Закрепленные фор.мы и вкладыши промазывают огнеупорной глиной. В отверстие наружной половинки формы вставляют горелку для предварительного нагрева концов рельсов до 850-900° С. Время нагрева составляет 15-30 мин в зависимости от мощности горелки и типа рельсов. Термитный металл, расплавленный в тигле за 18-20 с, после выдержки 4-6 с выпускают в форму. Расплавленный перегретый металл оплавляет основной металл у стыка и образует с ним сварное соединение. Через 10-15 мин после выпуска металла формы можно снять. Згот способ также не лишен недостатков: повышенный расход термита, образование литой структуры с дефектами и значительный облив сечения стыка термитным металлом. При комбинированном способе (рис. 120, в) головки рельсов со вставленной между ними пластиной из малоуглеродистой стали сваривают способом давления, а шейку и подошву рельсов, между которыми имеется зазор, сваривают способом промежуточного литья. При качественном выполнении технологических операций этим способом сварки прочность стыка может достигать 80 кгс/мм. Этот способ сварки можно применять при строительстве новых линий и капитальном ремонте, но вследствие громоздкости оснастки и сложности технологии он требует тщательного подхода, В электромонтажном производстве применяют термитно-тигельную и тер-митно-муфельную сварку (рис. 121). Термитно-тигельная сварка (рис. 121, а) может быть использована для соединения стальных стержней и полос при выполнении заземляющих устройств в местах, где отсутствует электроэнергия, например при строительстве высоковольтных линий. Разработаны оборудование и технология для сварки стержней диаметром 12-16 мм и полос сечением 40 х 4 мм. Термитно-муфельную сварку применяют для соединения проводов линий связи и электропередачи. При этом используют магниевый термит (25% магния и 75% окиси-закиси железа), который прессуют со связующим веществом в цилиндрические муфели (рис. 121, б, в, г). Сварку проводов линий связи диаметром до 6 мм производят с использованием полых цилиндрических муфелей. Концы стальных проводов, введенные в муфель, при горении термита разогреваются, частично оплавляются и свариваются при сдавливании специальными клещами (см, рис. 121, б). Для соединения неизолированных сталеалюминиевых и медных проводов воздушных электролиний используют способ термитно-муфельной сварки, когда концы проводов расплавляют в формочке, заключенной в муфель, и затем сдавливают при помощи специального приспособления (см. рис. 121, в). Термитно-муфельную сварку ка- белей и изолированных проводов с алюминиевыми жилами производят без давления с введением присадочного металла в формочку через специальное отверстие (см. рис. 121, г).Разновидностью последнего способа является сварка по торцам двух или нескольких алюминиевых изолированных проводов (см рис 121 д) 12 13 Ш 15 Рис. 121. Принципиальные схемы термитной сварки проводников и стержней: а - термитно-тигельная сварка; 6 - термитно-муфельная сварка; в - термитно-муфель-ная сварка с осадкой проводов; г - термитно-муфельная сварка с присадкой; д - термитно-муфельная сварка по торцам; / - тигель; 2 - термит; 3 - литниковое отверстие; 4 - форма; 5 - стальные стержни; 6 - термитный металл; 7 - шлак; 8 - сварочное соединение; 9 - термитный муфель (шашка); 10 - провода; - клещи; 12 - термитный муфель; 13 - алюминиевый вкладыш; 14 - кокиль; 15 - сталеалюминиевые провода; 16 - алюминиевый колпачок; 17 - асбестовое уплотнение; 18 - провода алюминиевыми жилами; 19 - литниковое отверстие; 20 - присадочный пруток Наибольшее применение термитная сварка нашла в городском хозяйстве при строительстве и ремонте рельсовых трамвайных путей, меньше - железнодорожных путей и железобетонной арматуры в строительстве. Термитную сварку можно применять при ремонте литых стальных и чугунных деталей. Для сварки чугуна используют термит с высоким содержанием кремния (2,5-3,5%), который необходим для предотвращения отбеливания чугуна. Ведутся работы по термитной наплавке изношенных поверхностей. СВАРКА В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ Основные способы сварки электронных схем. Метод соединения микросхем должен удовлетворять следующим требованиям: прочность соединения должна быть близка к прочности соединяемых элементов микросхем; соединение должно иметь минимальное омическое сопротивление; основные параметры процесса соединения (температура нагрева, удельное давление и длительность выдержки) должны быть минимально возможными, с тем чтобы не повреждались элементы схемы; выполнять соединение материалов разнообразных сочетаний и типоразмеров; после соединения не должно оставаться материалов, вызывающих коррозию; качество соединений должно контролироваться простыми и надежными методами. Из общеизвестных способов сварки при производстве микроэлектронных схем применяют контактную точечную, ультразвуковую, холодную, диффузионную, электронно-лучевую, лазерную, аргонодуговую и микроплазменную. Специально для целей монтажа микросхем разработано несколько оригинальных способов микросварки давлением: термокомпрессия, сварка давлением с косвенным импульсным нагревом (СКИН), ультразвуковая сварка с косвенным импульсным нагревом (УЗСКН), односторонняя контактная сварка (точечная и шовная). Термокомпрессия - способ соединения металлов с металлами и неметаллами давлением с подогревом при относительно невысоких удельных давлениях. По терминологии, принятой в сварке, более правильно термокомпрессию называть микросваркой давлением с подогревом соединяемых деталей. Один из соединяемых материалов (обычно вывод) при термокомпрессии должен обладать достаточно высокой пластичностью. Температура при Рис. 122. Основные типы термокомпрессионных соединений: а - соединение в виде плоской сварной точки (термокомпрессия клином); / - инструмент; 2 - проволока; 3 - подложка; б - соединение встык с образованием шарика; в - соединение с ребром жесткости (термокомпрессия инструментом с канавкой); г - соединение типа рыбий глаз (термокомпрессия инструментом с выступом) термокомпрессии не превышает температуры образования эвтектики соединяемых материалов и обычно равна температуре отпуска или отжига более пластичного металла. Термокомпрессией можно соединять мягкие высокоэлектропроводные материалы в виде круглых и плоских проводников с полупроводниковыми материалами и электропроводными тонкими пленками, напыленными на хрупкие диэлектрические подложки. Основные типы термокомпрессионных соединений показаны на рис. 122. Термокомпрессия является наиболее распространенным способом монтажа полупроводниковых микроприборов и интегральных схем в разнообразных корпусах гибкими проволочными проводниками. Основными параметрами режима термокомпрессии с использованием статического нагрева являются усилие сжатия (давление р), температура нагрева соединения или инструмента Т, длительность выдержки под давлением t. Выбор давления определяется допустимой деформацией присоединяемого проводника и допустимым механическим воздействием на полупроводниковый прибор. Усилие сжатия выбирают в зависимости от пластичности проводника, сочетания свариваемых материалов, диаметра проволоки и торца инструмента. Давления при сварке алюминиевого проводника составляют 4-8 кгс/мм и при сварке золотого проводника 10-14 кгс/мм. Длительность выдержки устанавливается в зависимости от сочетания свариваемых материалов и определяется экспериментально путем оценки прочности соединений и может колебаться от 0,1 с до нескольких секунд. Сварка давлением с косвенным импульсным нагревом (СКИН). Схема СКИН V-образным инструментом (пуансоном), нагреваемым импульсно проходящим по нему током, показана на рис. 123. Способ можно с успехом применять при монтаже гибридных интегральных схем. Он находит широкое применение в интегральных микросхемах, которые не допускают общего разогрева. Этим способом можно сваривать золотые, алюминиевые и медные проводники диаметром 20-100 мкм с разнообразными пленками, напыленными на диэлектрические или полупроводниковые подложки. При правильно подобранном рел<име можно обеспечить высокое качество соединений и достаточно хорошую стабильность. Односторонняя контактная сварка (рис. 124) - распространенный способ соединения различных электронных компонентов. Рис. 123. Схема сварки давлением с косвенным импульсным нагревом V-образным инструментом: / - рабочий столик; 2 - подложка или полупроводниковый кристалл; 3 - проводник; 4 - У-образный инструмент (пуансон); 5 - сварочная головка для создания давления; б - источник питания; 7 - реле времени 7777777. Сеть zzqb При односторонней точечной контактной сварке (рис. 124, а) один электрод прижимает проволоку или ленту к контактной площадке, а второй электрод служит для подвода сварочного тока к контактной площадке. Этот способ применяют для сварки весьма тонких проводников (круглых и плоских) с относительно толстым материалом и для сварки проводников с электроосажденными пленками толщиной около 20 мкм. Для присоединения круглых и плоских выводов навесных элементов к тонким пленкам на хрупких подложках и к печатному монтажу применяют контактную сварку сдвоенным электродом (рис. 124, 6) и сварку строенным электродом трехфазным током (рис. 124, в). При односторонней сварке сдвоенным или*строенным электродом электроды устанавливают на верхнюю привариваемую деталь (проволоку, ленту) и прижимают к нижней детали. Таким способом можно с успехом приваривать проводники диаметром от 20 до 150-250 мкм из Аи, Си, Ag и других металлов к тонким пленкам на керамических подложках. Одностороннюю шовную сварку коническими роликами применяют для герметизации металлостеклянных и металлокерамических корпусов микросхем металлическими крышками. Ультразвуковая микросварка и комбинированные способы сварки успешно используются при изготовлении гибридных схем, транзисторов и интегральных схем. В микроэлектронике используются следующие способы ультразвуковой и комбинированной микросварки: сварка продольными и продольно-поперечными колебаниями (рис. 125, а); сварка крутильными колебаниями (рис. 125, б); сварка с косвенным импульсным нагревом (УЗСКН) (рис. 125, в); термокомпрессия с ультразвуком. Основными параметрами процесса при ультразвуковой микросварке являются амплитуда колебаний рабочего торца инструмента, которая зависит от электри- |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |