Материал: Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

10.3.4. Газостаты

Современные газостаты (рис. 10.8) могут с успехом применяться для диффу­ зионной сварки, особенно деталей сложной формы из однородных и разнород­ ных материалов, когда обеспечить равномерное давление материалов по со­ прягаемым поверхностям трудно или невозможно. В большинстве случаев пе­ ред сваркой детали укладывают в тонкостенные технологические оболочки (конверты) и герметизируют сваркой.

После этого сборку помещают в рабочую камеру газостата и проводят высокотемпе­ ратурную обработку в течение нескольких часов давлением газа >100 МПа (рис. 10.9). Метод горячей изостатической обра­ ботки оказался эффективным также для улучшения свойств соединений, выполнен­ ных диффузионной сваркой. В частности, его можно использовать для залечивания дефектов в виде пустот, что способствует существенному повышению пластичности сварного соединения.

За рубежом газостаты, пригодные для использования при диффузионной сварке, выпускаются фирмами ASEA (Швеция), Conway Pressure Systems Inc. и Autoclave

Рис. 10.8. Схема высокотемпературного газо­

стата, используемого

для диффузионной сварки:

/ —верхняя пробка;

2 — станина;

3 — контейнер;

4 —термоизоляционный

колпак; 5 — нагреватель;

6 —свариваемая

деталь;

7 — термонзолятор;

8 —

нижняя пробка;

9 — трубопровод

подачи

рабо­

чего газа

 

 

 

 

 

Engineers (США), ABRA AG (Швейцария), Kobe Steel (Япония), National Forge Europe (Бельгия). В СНГ подобное оборудование разработано ВНИИметмашем и выпускается Коломенским СПО (табл. 10.2).

 

 

 

 

 

 

Т А Б Л И Ц А 10.2

ОСНОВНЫЕ

ХАРАКТЕРИСТИКИ

ГАЗОСТАТОВ

КОНСТРУКЦИИ

 

 

ВНИИметмаша - КОЛОМЕНСКОГО СПО [б]

 

 

Тип

Размер

я*

г*2

Размеры газостата,

мм

заготовки, мм

 

 

 

 

газостата

 

 

шах»

шах*

 

 

 

 

 

диаметр

высота

МПа

°С

высота*3

длина

ширина

 

 

 

40X100

40

100

N2 - 200

2000

1 600

(1 600)

2000

1600

450

50

250

Аг— 100

1500

2 260

(2 260)

3750

1110

ГТС-2000

100

250

N2 — 200

2000

2 800

(2 800)

2500

1500

320Х 550

320

550

Аг — 220

1220

5 485

(4 665)

5520

1650

ЯО6013

340

550

Аг — 200

1500

5 790

(4 980)

5520

1420

ЯО 6015

320

1000

Аг — 200

1250

6 340

(5 530)

5520

1420

ЯО 6022

1100

2000

Аг — 200

1200

12 950

(10 750)

8100

5000

•* Рт ах

максимальное давление рабочей среды. ** Гт а х — максимальная тем­

пература в рабочем пространстве.

Общая высота газостата (высота под уровнем пола).

Рис. 10.9. Схема диффузионной сварки с использованием горячего иэоста-

тического

прессования:

 

 

1 — сборка

в контейнере;

2 — герметизация

контейнера; 3 •—высокотемпера­

турная обработка в газостате; 4 — сваренный

узел

10.4. Промышленное

применение

 

10.4.1. Приборостроение

Характерной особенностью конструкций современных приборов и узлов электронной техники является применение прецизион­

ных

элементов, изготовленных из разнородных материалов,

в том

числе неметаллических (стекло, керамика и др.). Техно­

логические возможности диффузионной сварки позволяют ши­ роко использовать этот процесс в промышленности (7, 8] при создании металлокерамических узлов, катодных узлов, вакуумплотных соединений из разнородных материалов, полупровод­ никовых систем и др. Большинство известных в настоящее время разработок в области технологии и оборудования для диффузионной сварки сделано именно в приборостроении.

В Таллиннском электротехническом институте НПО «Элект­ ротехника» создана технология производства выпрямительных

элементов

силовых

полупроводниковых приборов и разрабо­

таны конвейерные

системы

для диффузионной

сварки УДС-5

и УДС-б,

обеспечивающие

высокую степень

автоматизации

сварки в условиях непрерывной круглосуточной работы комп­ лекса.

10.4.2. Крупногабаритные заготовки и полуфабрикаты

Диффузионная сварка находит применение для изготовления крупногабаритных заготовок деталей сложной формы, получе­ ние которых механической обработкой, методами обработки давлением или литьем невозможно или неэкономично. При этом путем соединения простых по форме элементов, изготов­ ленных из стандартных полуфабрикатов, можно существенно повысить коэффициент использования металла (КИМ), а в ряде случаев получить сложные заготовки из разнородных материа­ лов, которые практически невозможно изготовить другими ме­ тодами сварки. Особенно эффективно такое применение диф­ фузионной сварки в опытном и мелкосерийном производстве.

Рис. 10.10. Схема диффузионной сварки

крупногабаритной

заготовки ребристой па­

нели (4J:

 

 

 

3 — детали оснастки;

4 — сборка

/ — внешний

вид панели;

2 — составные

элементы;

в контейнере;

5 — сварка с

использованием открытого

пресса;

6 — сваренная

заготовка

При этом чаще всего используются открытые прессы в сочета­ нии с герметизированными контейнерами (рис. 10.10).

С помощью диффузионной сварки получают крупногабарит­ ные толстые многослойные заготовки, из которых затем изго­ тавливают прокаткой слоистые композиционные листы.

10.4.3. Совмещение сварки с формообразованием

Многослойные тонкостенные конструкции типа панелей из ти­ тановых или алюминиевых сплавов с наполнителем сложной формы (гофры, соты, ребра и др.) получают методом совме­ щения диффузионной сварки и формообразования в режиме сверхпластичности.

Листовые заготовки сложной панели предварительно сва­ ривают в необходимых местах в плоском пакете. С этой целью на поверхность листов перед сборкой пакета наносят барьер­ ное покрытие. Собранный пакет герметизируют по контуру, вакуумируют и осуществляют диффузионную сварку, а затем во внутреннюю полость подается газ или жидкость, заготовка раздувается и принимает форму внутренней поверхности мат­ рицы (рис. 10.11).

Рис. 10.11. Схема получения многослойной панели методом совмещения диффузионной сварки с формообразованием (SPD/DB-процесс) 19]:

1 — подготовка к сварке; 2 — сварка пакета; 3 — формование панели; .4 — окончатель­ ная форма детали

10.5. Контроль качества

Основными типами дефектов сварного соединения являются: непровар, т. е. отсутствие соединения в отдельных участках контакта (дефекты 1-го типа), мелкие сферические поры, рас­ положенные в теле общих зерен, которые образовались в зоне контактирования (дефекты 2-го типа), и плоскоориентирован­

ная межфазная граница.

Особенностью дефектов является то, что они располагаются вдоль бывшей поверхности контактирования, а величина рас­ крытия непроваров и размеры пор, как правило, невелики. Это затрудняет применение традиционных неразрушающих методов для их выявления. Наиболее перспективными методами нераз­ рушающего контроля являются ультразвуковые методы, а также метод акустической эмиссии.

Гл а в а 11. ТЕРМ ОКОМПРЕССИОННАЯ СВАРКА

11.1.Общие сведения

Появление новой отрасли промышленности — микроэлектроники потребовало разработки новых способов сварки — термокомпрессии и сварки косвенным импульсным нагревом (СКИН). Они являются основными методами для при­ соединения тонких проводников (выводов) к напыленным на полупроводнико­ вую или керамическую пластинку (подложку) пленкам в полупроводниковых приборах, гибридных и интегральных микросхемах. В данной главе рассмот­ рены терминология, основные схемы, физические основы процесса, технология, оборудование, промышленное применение и контроль качества. Ряд вопро­ сов освещен кратко. В этих случаях рекомендуются работы [1—15].

11.1-1. Определения, терминология и основные схемы

Термокомпрессия — это способ соединения металлов с металлами и неметал­ лами давлением с подогревом при относительно невысоких удельных давле­ ниях [1—3, 5, 6—8]. По терминологии, которая принята в области сварки (ГОСТ 2601—84), более правильно термокомпрессию называть микросваркой давлением с подогревом соединяемых деталей.

Термокомпресснонная сварка является наиболее широко применяемым

способом монтажа полупроводниковых микроприборов и

интегральных схем

в разнообразных корпусах с проволочными

проводниками

(выводами). Один

из соединяемых элементов (обычно вывод)

при термокомпрессии должен об­

ладать достаточно высокой пластичностью. Температура при термокомпрессии не превышает температуры образования эвтектики соединяемых материалов и обычно равна температуре отпуска или отжига более пластичного металла.

Разновидностью способа сварки давлением с подогревом является сварка давлением с косвенным импульсным нагревом (СКИН) [1—3, 5]. В способе СКИН в отличие от термокомпрессии инструмент (пуансон) импульсно нагре­ вается проходящим по нему током. Из-за кратковременности процесса на­ грева металлический проводник в месте контакта может нагреваться до более высоких температур, чем при термокомпрессии. Это дает возможность прива­ р и в а т ь проводники из относительно малопластичных металлов к тонким плен­ кам на керамических подложках.

Разновидности термокомпрессионной сварки могут быть классифициро­ ваны по трем основным признакам: по способу нагрева, по способу выполне­ ния соединения и по типу образующегося соединения, обусловленного формой применяемого инструмента [1—3, 6—8].

Подвод тепла в зону сварки осуществляют тремя способами: нагрев только рабочего столика, нагрев рабочего инструмента, одновременный нагрев рабочего столика и инструмента (рис. 11.1).

Применяют следующие способы выполнения соединений при термокомпрес­

сионной сварке: внахлестку и встык (рис. 11.2).

При сварке внахлестку

(рис. 11.2, а) проволочный вывод накладывают на

металлизированную кон­

тактную площадку. Ось вывода располагают параллельно плоскости контакт­ ной площадки, а вывод подают под инструмент сбоку через специальную

дюзу

или непосредственно через

рабочий

инструмент.

При сварке встык

(рис-

11.2,6) конец проволочного

вывода

(ось вывода

перпендикулярна пло­

скости контактной площадки) предварительно оплавляют. Диаметр образую-

РНс. 11.1. Разновидности термокомпрессии в зависимости от способа нагрева:

0 нагрев тоЛько рабочего столика; б — нагрев рабочего инструмента; в — одновременный нагрев рабочего столика и инструмента; 1 — рабочий инстру­ мент (пуансон); 2.— присоединяемый проводник; 3 — подложка или кристалл по­ лупроводникового прибора; 4 — рабочий столик; 5 — спираль для нагрева

Источник: https://studfile.net/preview/19992768/