01 марта 2016г.
Рентгеновский метод контроля фиксирует только общее изменение плотности материалов, находящихся в зоне прохождения лучей. Это обстоятельство резко ограничивает его возможности и не позволяет обнаружить отсутствие адгезии между различными материалами. Контрастная чувствительность метода, составляющая на реальной рентгеновской аппаратуре 3 – 10%, выявляет дефекты в виде непроваров только в тех случаях, когда они изменяют поглощение рентгеновских лучей не ниже уровня контрастной чувствительности, что практически исключает применение рентгеновского метода для оценки качества многослойных соединений, выполненных диффузионной сваркой.
Минимальный уровень затухания УЗ-сигнала при контроле неразъемных соединений составляет 15 дБ. Дефектность соединения оценивается по формуле:
Sд/S = (Азат – Амат)/20,
где Sд – площадь дефекта; S – площадь датчика; Азат – значение затухания ультразвука при контроле неразъемного соединения; Амат – значение затухания ультразвука в металлическом материале соединения (минимальный уровень затухания УЗ-сигнала при контроле соединения).
УЗ-контроль проводился на частоте 5 МГц с помощью дефектоскопа ДУК-66 теневым методом в иммерсионном варианте (Рисунка 1). Получена линейная зависимость величины затухания ультразвука от относительной площади дефекта в двухслойных соединениях (Рисунок 2, а). Затухание УЗ-сигнала при переходе от дефектного соединения (Sд/S = 1) к бездефектному изменяется примерно на 20 дБ. Допустимая дефектность соединения для большинства изделий меньше 0,5. В технически обоснованных случаях требования могут повышаться или понижаться.
Для выбора оптимальных технологических режимов диффузионной сварки феррита марки 40Сч-2 с металлом был проведен трехфакторный плановый эксперимент типа 3×3×3. Исследовались следующие факторы: температура Т (850, 900, 1000°С); давление Р (1,6; 1,9; 2,2) × 107 Па; время выдержки t (15, 20, 25 мин). Оценка качества соединений проводилась УЗ-методом контроля и визуально (на наличие трещин и сколов) (Табл.1).
Таблица 1 Результаты прохождения ультразвука через соединения феррита с металлом
Примечание. Прочерк означает, что образцы после сварки разрушились
Анализ полученных результатов показал, что вероятность появления дефектных соединений, забракованных при визуальном осмотре (по трещинам, сколам и непроварам), снижается с повышением температуры сварки (Табл.2).
Полученные результаты можно объяснить тем, что при температуре 850°С прокладка из медной фольги между МД-пластиной и ферритом только начинает размягчаться и еще не достигает пластичного состояния. В результате этого
феррит, обладающий высокой хрупкостью, не выдерживает механических напряжений, которые возникают в процессе сварки при приложении давления, и растрескивается. Прочного соединения между свариваемыми поверхностями не образуется из-за малой площади фактического контакта между ними. Это подтверждают результаты
ультразвукового контроля, которые показывают значительное затухание ультразвука в образцах, полученных при давлении 1,6 × 107 Па (Азат до 29 – 37
дБ). С повышением давления при этой температуре площадь
фактического контактирования увеличивается и при давлении 2,2×107 Па Азат = 21 – 23 дБ (Рисунок 2,б).
Снижение величины Азат происходит и при увеличении температуры (Рисунок 2, в). В этом случае растет пластичность медной фольги, феррит практически не растрескивается и влияние давления на возникновение прочного соединения становится определяющим. Количество изделий с минимальным затуханием ультразвуковых колебаний возрастает по
мере
увеличения
температуры сварки
и
повышения
давления. Наилучшие результаты были получены при температуре 1000°С и давлении 2,2×107 Па (Табл.2).
Время сварки влияет на качество соединений только при повышенных температурах (900 и 1000°С): при давлении (1,6 и 1,9)×107 Па с увеличением времени качество сварки повышается, однако при давлении 2,2×107 Па лучшие результаты получены при наименьшем времени сварки – 15 мин. Это можно объяснить тем, что с увеличением времени сварки возрастает вероятность восстановительных процессов в окислах феррита, которые могут ухудшить качество соединений.
В заключении можно сказать, что метод УЗ-контроля может успешно применяться для контроля качества сварных соединений ферритов с металлами и определения оптимальных параметров процесса диффузионной сварки многослойных феррито-металлических узлов. Оптимальными режимами сварки феррита 40Сч-2 с металлом являются: Т = 1000 + 20°С; Р
= 2,2×107 Па; t = 15 + 3 мин.
Список литературы
1.
Конюшков Г.В., Копылов Ю.Н. Диффузионная сварка в электронике. – М.: Энергия, 1974 – 168 с.
2. Матушек И. Ультразвуковая техника/ Под ред. Д.С. Шрайбера. – М.: НТИ литературы по черной и цветной металлургии, 1962 – 511 с.
3.
Хикс Ч. Основные принципы планирования эксперимента. – М.: Мир, 1967 – 406 с.
