1. Основнітерміни та означеня в технології електроніки. Технологічність виробів та
 Скачать 2.01 Mb.
|
|
Електронно-променеве зварювання: 1. катодна спіраль; 2. фокусуюча головка катода; 3. перший анод з отвором; 4. фокусуючи магнітна котушка для регулювання діаметра плями нагрівання на виробі; 5. магнітна система відхилення променя; 6. зварюваний виріб; 7. високовольтне джерело постійного струму для живлення катода. Електронний промінь можна подавати безперервно або імпульсами. Керування енергією променя виконують за допомогою переривника, який умикають у коло живлення керуючого електрода. Густину енергії променя регулюють зміною напруженості магнітного поля фокусуючої лінзи. Це дає можливість керувати температурою нагрівання матеріалу. Теплова потужність електронного променя в тисячі разів більша за потужність звичайної зварюваної дуги. Це забезпечує високу швидкість зварювання, вузькі й глибокі шви, малу біля шовну зону, низькі деформації. Електронно-променеве зварювання використовують в електронній та атомній промисловості, в літако - й ракетобудуванні. Виготовляють зварні шестерні, різальні інструменти, відповідальні будівельні конструкції (балки, колони), вузли парогенераторів і двигунів внутрішнього згорання. Цим способом зварюють тугоплавкі (тантал, ніобій, вольфрам, молібден) і легкоокиснювані (цирконій, берилій, титан, алюміній, магній) метали та їх сплави. 24.Лазерне зварювання, апаратура та застосування. Лазерне зварювання — зварювання плавленням, при якому джерелом тепла для розплавлення частин з'єднання є енергія світлового променя, одержана від оптичного квантового генератора — лазера. Сутність процесу утворення лазерного променю полягає в такому: За рахунок накачування зовнішньої енергії (електрична, світлова, теплова, хімічна) атоми активної речовини випромінювача переходять в збуджений стан. Потім збуджений атом може випромінити одержану енергію у вигляді фотона і повернутися в попередній незбуджений стан. Для утворення лазерного пучка світла потрібно виконати такі умови: Потрібно забезпечити резонанс — збіг частоти падаючого світла з однією з частот енергетичного спектра атома. Для генерації когерентного світла необхідно перевести енергетичний спектр атомів в активний стан за допомогою підкачки енергії. В процесі генерації енергії частина випромінюваної енергії повинна залишатися всередині робочої речовини, викликаючи вимушене випромінювання новими порціями атомів. Посилення, що забезпечується робочою речовиною, повинно перевищувати деяке порогове значення, щоб генеруєме випромінювання не затухало. Виконання цих умов дозволяє створити систему, здатну генерувати когерентне світлове випромінювання — «оптичний квантовий генератор» (ОКГ) або лазер. 25. Електроконтактне зварювання, апаратура та застосування. Електроконтактне зварювання металів, як спосіб з’єднання деталей, широко застосовується у виробництві електронних і газорозрядних приладів. Електроконтактне зварювання - це спосіб з’єднання металевих деталей, при якому деталі нагріваються шляхом проходження через них електричного струму з одночасним прикладенням механічного зусилля стискання деталей. Підведення електричного струму і механічного зусилля стискання до місця з’єднання здійснюється за допомогою спеціальних зварювальних електродів. Електроконтактне зварювання базується на використанні теплової дії електричного струму, тобто на законі Джоуля-Ленца: Q=0,24I²R k t Q - кількість тепла, у кал., що виділяється при проходженні електричного струму силою I [А] через опір контакту R k , в омах, за час t, у сек. Найбільша кількість теплоти виділяється в місці контакту двох металевих деталей, що викликає місцеве розплавлення контакту, утворюючи так зване зварювальне ядро. Якість з’єднання, що отримана електроконтактним зварюванням, визначається, в основному, формою, розмірами, розташуванням зварювального ядра в місці з’єднання. Утворення зварювального ядра залежить як від параметрів зварювання (сила струму, час зварювання, зусилля стискання), так і від роду металів, співвідношення товщин деталей, що з’єднуються, якості очищення поверхонь від окисних і жирових забруднень, матеріалу і форми зварювальних електродів. При застосуванні для електроконтактного зварювання уніполярних імпульсів (випадок, що найчастіше зустрічається), на розташування ядра зварної точки істотний вплив може справляти також напрямок зварювального струму, що базується на ефекті Пельтьє. Сутність цього явища полягає в наступному: середня енергія вільних електронів у кожному металі різна. Якщо напрямок струму такий, що через контакт переміщаються електрони з металу, у якому їхня енергія відносно більша, то в місці контакту електрони віддають надлишок своєї енергії ядрам кристалічної решітки. Якщо змінити напрямок зварювального струму на зворотний, електрони будуть відбирати частину енергії. Отже, теплота Пельтьє буде додаватися або відніматися до теплоти Джоуля-Ленца, і в результаті ядро може зміститися до одного зі зварювальних електродів. Ефект Пельтьє помітний при зварюванні Ni-Cu, Ni-платиніт, Ni-W. Теплота Пельтьє враховується по формулі: Q пт = ± ПIt Q пт – теплота ефекту Пельтьє; П – коефіцієнт Пельтьє, у мВ; I - зварювальний струм, в амперах; t – час зварювання, у сек. Коефіцієнт Пельтьє визначається зі співвідношення: П=α∙T ab α – коефіцієнт термо ЕРС при температурі Т ab границі різнорідних металів. Коефіцієнт Пельтьє, наприклад, при зварюванні Ni—Cu дорівнює 41,4 мВ. При зварюванні різнотовщинных металів унаслідок неоднакової інтенсивності виділення і відводу тепла в тонкій і товстій деталях, зварювальне ядро розташовується несиметрично відносно площини поділу поверхонь деталей. Тонка деталь охолоджується інтенсивніше, швидше товстої, і зварювальне ядро зміщується вбік більш нагрітої товстої деталі. При співвідношенні товщин зварюваних деталей більш ніж 1:3 проплавляється тільки товста деталь, і надійного з’єднання не утворюється. Тому, електроконтактне зварювання із співвідношенням товщин більш ніж 1/3 не проводять. Це явище можна трохи послабити шляхом відповідного вибору форми і матеріалу зварювального електрода, що контактує з тонкою деталлю. Вибирається матеріал електрода з меншою теплопровідністю і меншою контактною і загальною поверхнею. Міцність зварних з’єднань різнорідних металів різна і залежить від фізичних, електричних і хімічних властивостей металів, що з’єднуються. Здатність металів утворювати міцні з’єднання методом електроконтактного зварювання називається зварюваністю металів. Найкращою зварюваністю відзначаються метали, що мають наступні властивості : - досить високим питомим опором; - незначною теплопровідністю; - високою і стабільною пластичністю при температурі зварювання; - незначною зміною структури при нагріванні до температури зварювання й охолодженні до кімнатної температури; - високою хімічною стійкістю до газів при температурі зварювання. До металів, що добре зварюються, відносять: нікель, залізо і їхні сплави, а також титан, цирконій і сплави (ковар, ніхром). До металів, що важко зварюються, відносять: срібло, алюміній, мідь, вольфрам і молібден. Наявність жирових і окисних забруднень на поверхні деталей значно ускладнює процес електроконтактного зварювання (різко збільшує опір контакту), тому деталі перед зварюванням необхідно ретельно очистити від зазначених забруднень. У процесі електроконтактного зварювання відбувається деяке окислення поверхні деталей. Для захисту від окислення, зварювання багатьох металів проводять у захисному середовищі: вакуумі, аргоні, азоті, суміші азоту з воднем, у парах спирту або дистильованій воді. Форма зварювальних електродів повинна бути зручна для виконання зварювання. Як матеріал для зварювальних електродів широко застосовується безкиснева мідь, сплави міді, що містять берилій, хром, кадмій, сплав міді з вольфрамом і вольфрамом, оплавленим міддю. Робоча поверхня електродів періодично повинна проходити зачищення або шліфування. Вважається, що зварювання виконане якісно, якщо отримано нормальну зварну точку, яка повинна мати майже рівну площу стикання робочої поверхні зварювального електрода з деталлю, а глибина вм’ятини від електрода не повинна перевищувати 10% товщини однієї деталі. Якщо при зварюванні мідними електродами деталі підчас зварювання легко прилипають до електродів і залишаються сліди міді на деталях, то між електродами і деталлю варто помістити інший метал, до якого деталь не прилипає. Наприклад, при зварюванні танталу використовується тонка молібденова пластина, що поміщається між електродом і танталовою деталлю. У випадку зварювання товстого дроту з тонким спочатку потрібно обгорнути місце їхнього контакту тонкою нікелевою фольгою, а потім уже проводити зварювання. Зварювання деталей з металів, що важко зварюються (вольфрам, молібден і ін.), здійснити легше, якщо між ними прокласти тонку фольгу з металу, з яким вони добре зварюються, наприклад, між молібденовими деталями застосовують прокладку з нікелевої фольги. Шов, отриманий електроконтактним зварюванням, вважається якісним, якщо він досить механічно міцний, не має виплесків, пропалів, тріщин, деталі не окислені і не деформовані. Якість зварювання залежить від уже розглянутих факторів і оптимальності режиму зварювання. Режим зварювання підбирається експериментально з подальшим випробуванням шва на розрив. Якщо розрив проходить по основному металу або біля шва, то такий режим зварювання вважають оптимальним. Електроконтактне зварювання проводиться великими величинами сили струму при малій напрузі (4 6 В). Перед проходженням струму до деталей прикладається зусилля стискання. Величина зусилля стискання визначає контактний опір R k і повинна підтримуватися постійною в процесі зварювання. При певних величинах струму і часу зварювання, необхідна оптимальна величина зусилля стискання зварювальними електродами для забезпечення якісного зварювання. При занадто малому натискові (недостатній контакт) спостерігається іскріння, пропалювання місць зварювання, а іноді і виплеск матеріалу електродів. Якщо ж натискання електродів надто велике, то зменшується контактний опір, кількість тепла, що виділяється в місці зварювання, стає недостатньою і міцність місця зварювання виходить заниженою. Якість зварювання також залежить від часу зварювання. При надто тривалому зварюванні, деталі, що зварюються, коробляться (деформуються) або перепалюються, а при дуже короткочасному - зварна ділянка виходить недостатньо міцною. Сила струму при зварюванні встановлюється в залежності від тієї кількості тепла, яку необхідно виділити в контакті для утворення розплавленого ядра певних розмірів. Перевищення сили струму вище оптимальної для даних товщин і роду матеріалів призводить до перегріву і виплеску металу із зварного ядра. При зниженій силі струму кількість тепла буде недостатньою для утворення зварного ядра потрібних розмірів, міцність з’єднання буде недостатньою ("непровар"). Дефекти зварювання: пропали, виплески, деформації, непровар, усуваються правильним підбором режиму зварювання, якісним очищенням деталей і формою зварювальних електродів. Сучасні апарати електроконтактного зварювання дозволяють регулювати в широких межах параметри зварювання: силу струму, час зварювання і тиск. Для забезпечення якісного зварювання в сучасних апаратах застосовуються різні зварювальні цикли: - зварювання змінним струмом промислової частоти; - зварювання при розряді батареї конденсаторів, так зване конденсаторне зварювання; - зварювання одним півперіодом струму промислової частоти; - зварювання послідовними імпульсами рівної величини (імпульсне зварювання); - зварювання сходинковим циклом шляхом подачі серії імпульсів, що називають підігрівними (значення величини струму – 50% від зварювального) і одним зварювальним імпульсом великої величини; - зварювання із зростаючою амплітудою змінного струму; - зварювання модульованим циклом (нагрів – зварювання – охолодження). Нагрів виконують модульованими наростаючими імпульсами, зварювання одним періодом струму промислової частоти, охолодження при поступовому спаді струму. Апарати електроконтактного зварювання, що використовуються в промисловості, відрізняються не тільки схемою зварювального циклу, але і потужністю зварювання (конденсаторне зварювання, тиратронне і ігнітронне та ін.). В залежності від форми і конструкції шва електроконтактне зварювання може бути чотирьох видів: точкове, роликове, стикове і поверхневе. При точковому зварюванні шов виконується у вигляді послідовних зварних точок, при роликовому – шов є суцільною лінією зварних точок, при стиковому - шов виконується у вигляді однієї зварної точки в стику двох дротів або прутиків. Сутність поверхневого зварювання, запропонованого Ігнатьевим, полягає в тому, що струм пропускається паралельно поверхні деталей, що з’єднуються. Найбільш поширеним у виробництві електронних приладів є точкове електроконтактне зварювання. Найбільші труднощі представляє зварювання тонких дротів. Як установив Кіфер, зварювання тонких дротів діаметром менш ніж 1,5 мм із тугоплавких матеріалів може успішно здійснюватися в тих випадках, коли співвідношення їхніх діаметрів відповідає наступній умові: 3 2 2 2 1 2 1 2 1 пл пл Т T d d d 1 і d 2 – діаметри дротів, у мм.; λ 1 і λ 2 – теплопровідність матеріалів дротів; Т 1пл і Т 2пл – температура плавлення, у °С. Ця формула справедлива при часі зварювання 0,01...0,02 сек. 26. Термокомпресійне мікрозварювання, апаратура та застосування. Термокомпресійне зварювання – метод з’єднання металів з металами і неметалами тиском з підігріванням з’єднуваних деталей. Один із з’єднуваних матеріалів(зазвичай вивід мікросхеми) при термокомпресії повинен мати доволі високу пластичність. Температура з’єднання при термокомпресії не перевищує температури утворення евтектики з’єднуваних матеріалів і зазвичай відповідає температурі відпуску або відпаду еластичнішого металу. Утворення міцного з’єднання може відбутися тільки за значної деформації в його зоні. Деформація повинна витіснити із зони з’єднання адсорбовані шари, що складаються з молекул і атомів, дуже тонких жирових і оксидних плівок, які завжди є на поверхні твердих тіл, що з’єднуються. Якість з’єднань під час термокомпресії значною мірою визначається величиною тиску на інструмент, часом витримування під тиском і температурою процесу. Час витримування перебуває у діапазоні від кількох секунд до кількох хвилин. До недоліків термокомпресії належать обмежена кількість поєднань матеріалів, що з’єднуються, жорсткі вимоги до підкладок, які повинні виготовлятися з матеріалів, що мають малу чутливість до термічного удару і добру адгезію до напилених плівок, та обмежені геометричні розміри з’єднуваних елементів. Процес характеризується великою чутливістю до забруднень поверхні, оксидних плівок, зовнішніх умов і вимагає ретельного підбору режимів термокомпресії. Застосовується для з’єднання навісних елементів, що мають круглі і плоскі виводи, з тонкими плівками на крихких підкадках і друкованим монтажем. Зварювальний інструмент має форму клина, капіляра або «пташиного дзьоба». Тиск повинен забезпечувати після нагрівання деформацію дроту, що приєднується, не меншу за 25%, але не більшу за 75%. 27.Ультразвукове мікрозварювання, апаратура та застосування. При ультразвуковому зварюванні (англ. Ultrasonicwelding) нагрівання місця контакту деталей відбувається за рахунок взаємного переміщення стиснутих деталей з ультразвуковою частотою, після утворення ювенільних поверхонь. Область застосування Мікрозварювання, елементи мікросхем, напівпровідники, пластмаси. S=0,005÷3,0 мм(алюміній), D=0,01÷3,0 мм Параметри -частота f=4÷100 кГц; -швидкість зварювання V=2÷15 мм/хв; -потужність P=20÷8000 Вт (50 кВТ); -тривалість зварювання t=0,1÷3 с; зусилля F=5÷4000 Н. Переваги способу Як ніякий інший спосіб, дозволяє зварювати мікроскопічні деталі у твердій фазі. Недоліки способу Відносна складність устаткування, насамперед, акустичного вузла. 28. Пайка, різновиди, засоби нагріву. Пайка хвилею припою. Пайкой называют процесс получения неразъемного соединения заготовок без их расплавления путем смачивания поверхностей жидким припоем с последующей его кристаллизацией. Образование соединения без расплавления основного металла обеспечивает при необходимости возможность распая соединения. По прочности паяные соединения уступают сварным. Паять можно углеродистые и легированные стали всех марок, твердые сплавы, цветные металлы, серые и ковкие чугуны. При пайке металлы соединяются в результате смачивания, растекания жидкого припоя по нагретым поверхностям и затвердевания его после охлаждения. Прочность сцепления припоя с соединяемыми поверхностями зависит от физико-химических и диффузионных процессов, протекающих между припоем и основным металлом, и, как правило, определяется прочностными характеристиками припоя. По условиям заполнения зазора пайку можно разделить на капиллярную и некапиллярную. При капиллярной пайке припой заполняет зазор между соединяемыми поверхностями и удерживается в нем за счет капиллярных сил. Соединение образуется в результате растворения основы в жидком припое и последующей кристаллизации раствора. Капиллярную пайку используют при соединении внахлестку. По механизму образования шва ее подразделяют на диффузионную, контакт-но-реактивную, реактивно- флюсовую. При диффузионной пайке соединение образуется за счет взаимной диффузии компонентов припоя и паяемых материалов, причем возможно образование в шве твердого раствора или тугоплавких хрупких интерметаллидов. Для диффузионной пайки необходима продолжительная выдержка при температуре образования паяного шва и после завершения процесса - при температуре ниже солидуса припоя. При контактно-реактивной пайке между соединяемыми металлами или соединяемыми металлами и прослойкой промежуточного металла в результате контактного плавления образуется сплав, который заполняет зазор и при кристаллизации образует паяное соединение (рис. 5.52). При реактивно-флюсовой пайке припой образуется за счет реакции вытеснения между металлом (основным) и флюсом. Например, при пайке алюминия с флюсом восстановленный цинк служит припоем. Реактивно-флюсовую пайку можно вести без припоя и с припоем. К некапиллярным способам относятся пайка-сварка и сварка-пайка. При пайке-сварке соединения образуются так же, как и при сварке плавлением, но в качестве присадочного металла применяют припой. При сварке-пайке соединяют разнородные материалы с применением местного нагрева. Более легкоплавкий материал при достижении температуры плавления выполняет роль припоя. Наибольшее применение получили капиллярные способы пайки и пайка-сварка. Качество паяных соединений (прочность, герметичность, надежность и др.) зависит от правильного выбора основного металла, припоя, флюса, способа нагрева, зазоров, типа соединения. Припой должен хорошо растворять основной металл, обладать смачивающей способностью, быть дешевым и недефицитным. Припои представляют собой сплавы цветных металлов сложного состава. Все припои по температуре плавления подразделяют на особолегкоплавкие (температура плавления <= 145 °С), легкоплавкие (145 ... 450 °С), среднеплавкие (450 ... 1100 °С) и тугоплавкие (> 1050 °С). К особолегкоплавким и легкоплавким припоям относятся оловянно-свинцовые на основе висмута, индия, кадмия, цинка, олова, свинца. К среднеплавким и высокоплавким припоям относятся медные, медно-цинковые, медно-никелевые, с благородными металлами (серебром, золотом, платиной). Припои изготовляют в виде прут-ков, проволок, листов, полос, спиралей, дисков, колец, зерен и др., укладываемых в место соединения. Изделия из алюминия и его сплавов паяют с припоями на алюминиевой основе с кремнием, медью, оловом и другими металлами. Магний и его сплавы паяют припоями на основе магния с добавками алюминия, меди, марганца и цинка. Изделия из коррозионно- стойких сталей и жаропрочных сплавов, работающих при высоких температурах (свыше 500 °С), паяют тугоплавкими припоями на основе железа, марганца, никеля, кобальта, титана, циркония, гафния, ниобия и палладия. Флюсы паяльные применяют для очистки поверхности паяемого материала, а также для снижения поверхностного натяжения и улучшения растекания и смачиваемости жидкого припоя. Флюс (кроме реактивно-флюсовой пайки) не должен химически взаимодействовать с припоем. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя. Флюс в расплавленном и газообразном состояниях должен способствовать смачиванию поверхности основного металла расплавленным припоем. Флюсы могут быть твердые, пастообразные и жидкие. Для пайки наиболее применимы флюсы: бура Na2B407, и борная кислота Н;В03. хлористый цинк ZnCl2, фтористый калий KF и др. 2. СПОСОБЫ ПАЙКИ Способы пайки классифицируют в зависимости от используемых источников нагрева. Наиболее распространена в промышленности пайка в печах, индукционная, погружением, газопламенная и паяльниками. При пайке в печах соединяемые заготовки нагревают в специальных печах: электросопротивления, с индукционным нагревом, газопламенных и газовых. Припой заранее закладывают в шов собранного узла, на место пайки наносят флюс и затем изделие помещают в печь, где его нагревают до температуры пайки. Припой расплавляется и заполняет зазоры между соединяемыми заготовками. Процесс пайки продолжается несколько часов. Этот способ обеспечивает равномерный нагрев соединяемых деталей без заметной их деформации. При индукционной пайке паяемый участок нагревают в индукторе. Через индуктор пропускают ТВЧ, в результате чего место пайки нагревается до необходимой температуры. Для предохранения от окисления изделие нагревают в вакууме или в защитной среде с применением флюсов. Индуктор выполнен в виде петли или спирали из красной меди. Формы и размеры индуктора зависят от конструкции паяемого изделия. Пайку' погружением выполняют в ваннах с расплавленными солями или припоями. Соляная смесь обычно состоит из 55 % КС1 и 45 % НС1. Температура ванны 700 ... 800 °С. На паяемую поверхность, предварительно очищенную от грязи и жира, наносят флюс, между кромками или около места соединения размещают припой, затем детали скрепляют и погружают в ванну. Соляная ванна предохраняет место пайки от окисления. Перед погружением в ванну с расплавленным припоем покрытые флюсом детали нагревают до температуры 550 °С. Поверхности, не подлежащие пайке, предохраняют от контакта с припоем специальной обмазкой из графита с добавками небольшого количества извести. Пайку погружением в расплавленный припой используют для стальных, медных и алюминиевых сплавов, деталей сложных геометрических форм. На этот процесс расходуется большое количество припоя. При газопламенной пайке заготовки нагревают и припой расплавляют газосварочными, плазменными горелками и паяльными лампами. При пайке газосварочными горелками в качестве горючих газов используют ацетилен, природные газы, водород, пары керосина и т.п. При использовании газового пламени припой можно заранее помешать у места пайки или вводить в процессе пайки вручную. На место пайки предварительно наносят флюс в виде жидкой пасты, разведенной водой или спиртом; конец прутка припоя также покрывают флюсом. Плазменной горелкой, обеспечивающей более высокую температуру нагрева, паяют тугоплавкие металлы - вольфрам, тантал, молибден, ниобий и т.п. При пайке паяльниками основной металл нагревают и припой расплавляют за счет теплоты, аккумулированной в массе металла паяльника, который перед пайкой или в процессе ее подогревают. Для низ-котемпературной пайки применяют паяльники с периодическим нагревом, с не-прерывным нагревом и ультразвуковые. Рабочую часть паяльника выполняют из красной меди. Паяльник с периодическим нагреБом в процессе работы периодически подогревают посторонним источником теплоты. Паяльники с постоянным нагревом делают электрические. Паяльники с периодическим и непрерывным нагревом чаше используют для флюсовой пайки черных и цветных металлов легкоплавкими припоями с температурой плавления ниже 300 ... 350 °С. Ультразвуковые паяльники применяют для бесфлюсовой пайки на воздухе и пайки алюминия. Оксидные пленки разрушаются за счет колебаний ультразвуковой частоты. |