Технология односторонних ПП.




Плавление металла

Плавление основного и присадочного материалов в процессе сварки происходит под действием концентрированной энергии, вызванной сварочной дугой, пламенем горелки или одним из других способов, о которых мы расскажем ниже. Если в зону сварки не подается дополнительный металл, то сварочная ванна образуется только за счет основного соединения. Но чаще сварочная ванна получается смешиванием основного и присадочного металла, вносимого непосредственно в зону сварки электродом, сварочной проволокой и т.д. Сливаясь и перемешиваясь между собой, основной и присадочный металл образуют общую сварочную ванну, границами которой служат оплавленные участки основного металла. Расплавленный в зоне подачи концентрированной энергии металл кристаллизуется, образуя сварочный шов.

Сварочный электрод плавится за счет тепла, сконцентрированного на его конце в приэлектродной области дуги. Количество тепла, выделяемого в этой области, напрямую зависит от силы тока и электрического сопротивления промежутка, образовавшегося между электродом и основным металлом. И чем больше вылет электрода, тем больше его сопротивление, и тем больше выделяется тепла. Нагреваясь до температуры 2300 — 2500°С, конец электрода плавится, а образовавшиеся при этом капли металла переносятся через дуговое пространство и попадают в сварочную ванну. Этому процессу способствуют электростатические и электродинамические силы, поверхностное натяжение, тяжесть металлической капли, давление газового потока, реактивное давление паров металла и т.д. Все эти силы, взаимодействуя между собой, формируют характер капельного переноса, который может быть крупнокапельным, мелкокапельным и струйным (рис.1.2).

Рис. 1.2. Расплав и перенос электродного материала: А — метод короткого замыкания; Б — капельный метод; В — cтруйный метод

Крупнокапельный перенос металла характерен для ручной дуговой сварки, мелкокапельный — для сварки под флюсом или в среде углекислого газа, а струйный - для сварки в среде аргона.

Силы поверхностного натяжения формируют каплю на конце электрода и направлены внутрь нее. В отрыве и переносе капли участвуют электродинамические силы и давление газовых потоков. И чем больше сила тока, тем больше эти силы и тем меньшими по размеру будут капли расплавленного металла. При этом происходит электрический взрыв перемычки, образованной между отделяющимся каплей и торцом электрода. Этот взрыв сопровождается выбросом части металла за пределы сварочной ванны (так называемым разбрызгиванием, когда сварочный процесс сопровождается фонтаном искр).

Основной металл плавится под воздействием сконцентрированного в активном пятне тепла, возникающего под воздействием дуги или газопламенной обработки. Электромагнитные силы, вызывающие осевое давление плазменного потока на сварочную ванну, будут пропорциональны квадрату тока, создающего электрическую дугу. Поэтому, меняя силу тока электрической дуги, меняют размеры сварочной ванны в зависимости от толщины свариваемых деталей. Зависимость размеров сварочной ванны от величины напряжения можно выразить уравнениями:

где В — ширина сварочной ванны, L — длина сварочной ванны, Н — глубина сварочной ванны, vсв — скорость сварки, S — толщина свариваемого металла, К — коэффициент, зависящий от рода тока, полярности, диаметра электрода, степени сжатия дуги и т.д.

Процесс формирования сварочной ванны, происходящий под действием силы тяжести расплавленного металла «Рм», давления сварочной дуги «Р » и сил поверхностного натяжения «Рн», представлен на рис.1.3.

Рис.1.3 Силы действующие в сварочной ванне и формирование шва: А — нижнее положение; Б — вертикальное; В — горизонтальное; Г — потолочное; Vcb — направление сварки; 1 — порез; 2 — наплыв

Распределение этих сил во многом зависит от расположения сварочного шва в пространстве. При нижнем расположений шва и при сквозном проплавлении жидкий металл удерживается в ванне силами поверхностного натяжения «Р », которые уравновешивают силу тяжести «Р» и давление, оказываемое на ванну источником теплоты «Рд» (рис.2,а), то есть Р = Р + Р. Если это равновесие сил нарушается (Рн < Рд + Рм), то может произойти разрыв поверхностного слоя и металл вытечет из ванны, образуя прожог. В реальных условиях, когда сварочная ванна перемещается вдоль шва, могут возникать дополнительные силы гидродинамического характера, перемещающие расплавленный металл в хвостовую часть ванны. Для того чтобы уравновесить все эти силы, удерживающие жидкий металл в объеме ванны, следует принимать дополнительные меры. Для этого применяют сварку на подкладках и другие удерживающие приспособления. Особенно важно значение таких мер при вертикальном и потолочном расположении шва (рис.1.3,б,г).

Формирование вертикального шва может происходить по двум направлениям - снизу вверх и сверху вниз. Когда шов формируют снизу вверх, то есть сварка выполняется на подъем, жидкий металл удерживается в ванне только силами поверхностного натяжения, а при сварке сверху вниз к этим силам добавляется давление дуги. Горизонтальный шов на вертикальной плоскости имеет свои особенности. В данном случае при неправильно выбранных режимах сварки жидкий металл может концентрироваться на нижней плоскости шва, нарушая симметрию, что в конечном итоге снижает прочность сварки.

При потолочной сварке силы, действующие на жидкую фазу металла, должны не только удерживать ее от стекания вниз, но и перемещать электродный металл в направлении, противоположном силам тяжести. Во всех указанных случаях следует ограничить размеры сварочной ванны и тепловую мощность дуги.

Кристаллизация металла

Затвердевание расплавленного металла, происходящее в хвостовой части ванны, называется кристаллизацией. Под действием сварочной дуги основной и дополнительный металлы, расплавленные в головной части ванны, перемещаются в ее хвостовую часть, где при снижении температуры подвергаются кристаллизации. Динамика этого процесса такова: сварочная дуга, направленная в головную часть ванны, повышает в этой области температуру, в результате чего происходит плавление основного и электродного металлов.

Механическое давление, оказываемое дугой на жидкую фазу основного и дополнительного металлов, вызывает их перемешивание и перемещение в хвостовую часть ванны. Таким образом, давление, вызванное дугой, приводит к вытеснению металла из основания ванны и открывает доступ к следующим слоям, где поддерживается необходимая для плавления температура. По мере удаления металла от зоны плавления отвод тепла начинает преобладать над его притоком, и температура жидкой фазы снижается.

Расплавленные фазы основного и электродного металла перемешиваются между собой и, затвердевая, образуют общие кристаллы, что обеспечивает монолитность сварочного соединения.

Снижение температуры в хвостовой части ванны происходит за счет усиленного теплоотвода в прилегающий холодный металл, так как его масса по сравнению с ванной значительно преобладает. Кристаллы металла начинают формироваться от готовых центров основного металла в направлении ведения сварки и принимают форму кристаллических столбов, вытянутых в сторону, противоположную теплоотводу.

 

Технология односторонних ПП.

Односторонние ПП изготавливают как негативным, так и позитивным методом, используя односторонний фольгированный диэлектрик. Технологический процесс по негативному методу включает следующие операции (рис. 2.1):

Рис. 2.1. Схема технологического процесса изготовления ОПП:

1 – нанесение защитного рисунка; 2 – получение проводников; 3 – выполнение отверстий

 

· подготовка поверхности заготовки: механическая и химическая очистка поверхности от оксидов, остатков

смазки и других загрязнений;

· обезжиривание при 45—60 °С в растворах следующего состава: 30—35 г/л тринатрийфосфата (Na3PO4),

30—35 г/л кальцинированной соды (Na2CO3), 3—5 г/л моющего средства "Прогресс";

· промывка в проточной холодной воде;

· активирование в 20—25 %-м растворе HCl при температуре 20 °С в течение 0,2—0,3 мин;

· промывка в холодной и горячей воде;

· сушка поверхности заготовки;

· нанесение защитного рисунка схемы сеткографическим или фотоспособом;

· травление незащищенных участков металлической фольги;

· удаление резиста химическим путем;

· пробивка или сверление отверстий;

· нанесение защитного покрытия на плату.

Для облегчения монтажа навесных элементов со стороны их установки на плату наносят маркировку, для ограничения растекания припоя по печатным проводникам — защитные маски для пайки. Для защиты от влияния окружающей среды после изготовления платы покрывают защитным лаком.

При позитивном методе после нанесения защитного рисунка гальванически осаждают покрытие, устойчивое к травлению (сплав олово—свинец, серебро), затем сверлят отверстия и осуществляют травление рисунка. Процесс получения ПП субтрактивным химическим методом наименее трудоемок, легко механизируется, обеспечивает высокую разрешающую способность при производительности до 1000 плат/ч. Недостаток — наличие бокового подтравливания элементов проводящего рисунка. Область применения — бытовая РЭА, техника связи, блоки питания.

 

Задача.

Построить аналитическую модель технологического процесса склеивания 2-х металлических деталей на основании экспериментальных данных (табл. 2), полученных при планировании эксперимента (ПФЭ): Y – прочность соединения на срез, кг; Х1 – температура, оС; Х2 – давление, МПа; Х3 – время, ч.

Таблица 1. Начальные условия эксперимента

Параметр Х1,оС Х2, МПа Х3, ч
Хi   0,3 0,75
i   0,2 0,25
–1   0,1 0,5
+1   0,5 1,0

Таблица 2. Матрица планирования ПФЭ

№ опыта Х1 Х2 Х3 Y1 Y2 Y3
  + +      
  + +      
  +      
  + + +      
  +      
  +      
       
  + +      

 

Оценить достоверность коэффициентов в уравнении регрессии и адекватность математической модели. Проанализировать влияние технологических параметров склеивания на прочность соединений.

 

Решение:

Простейшими являются планы типа 2к, где к - число факторов. Число опытов для таких планов N= 2к. Эти планы позволяют получить модели с взаимодействиями

В общем случае

где n - номер опыта,

а N - их количество;

уn - значение у в n - ом опыте.

где i и j номера факторов.

Составим искомый план в виде (Таблица 3)

Таблица 3

№ опыта Хо Х1 Х2 Х3 Х1Х2 Х1Х3 Х2Х3 Y1 Y2 Y3
  + + + +      
  + + + +      
  + + +      
  + + + + + + +      
  + + +      
  + + +      
  + +      
  + + + + + +      

 

1.Найдем среднеарифметическое из m повторностей

2. Найдем квадраты отклонений и занесем их в таблицу (Yср– Y1)2, (Yср– Y2)2, (Yср– Y3)2.

3. По каждой строчке плана находим сумму квадратов отклонений

где l – номер повторности опыта;

n – номер строки

4. Находим построчную дисперсию

5. Определяется сумма построчных дисперсий (Таблица 4)

Таблица 4

№ опыта Y1 Y2 Y3 Yср (Yср– Y1)2 (Yср– Y2)2 (Yср– Y3)2
              0,000  
        70,333 0,111 0,111 0,444 0,333
              0,000  
            0,000    
        62,666 7,108 0,197 5,447 6,376
              0,000  
              0,000  
          1,000 0,000 1,000 1,000
Сумма               207,709

6. Найдем коэффициенты с использованием Таблица 5.

А0 = (75+70,333+55+110+62,666+65+45+81)/8 = 70,499

А1 = (75-70,333-55+110+62,666-65-45+81)/8 = 11,666 и т.д.

Таблица 5

сру х1 х2 х3 х1х2 х1х3 х2х3
    -75   -75   -75
70,333 -70,333 70,333 70,333 -70,333 -70,333 70,333
  -55 -55     -55 -55
             
62,666 62,666 -62,666 -62,666 -62,666 -62,666 62,666
  -65   -65 -65   -65
  -45 -45 -45      
      -81   -81 -81
А0 =70,499 А1 =11,666 А2 =11,083 А3 =7,083 А12 =2,250 А13 =3,250 А23 =1,499

Уравнение регрессии

Y = 70,499+ 11,666Х1 + 11,083Х2 + 7,083Х3 + 2,250Х12 +3,250Х13 + 1,499Х23

7. Определим значимость коэффициентов

Находим оценку генеральной дисперсии

=207,709/8 = 25,963

Дисперсия определения коэффициентов регрессии

= 25,963/24 = 1,081, а 1,039

Для оценки значимости коэффициентов регрессии используется t-статистика (Таблица 6).

или

Таблица 6

А0 =70,499 А1 =11,666 А2 =11,083 А3 =7,083 А12 =2,250 А13 =3,250 А23 =1,499
t=67,852 t=11,228 t=10,666 t=7,359 t=2,337 t=3,337 t=1,557

 

Если расчетное значение t-статистики будет превышать критическое, данный коэффициент считается значимым. Табличное значение t-статистики находится при уровне значимости 0,05 и числе степеней свободы N(m-1)=8*2=16 (tкр = 1,746).

Так как незначимыми оказываются 3 последних коэффициента, окончательный вид модели принимает вид

Y = 70,499+ 11,666Х1 + 11,083Х2 + 7,083Х3.

Вычисляем сумму квадратов, характеризующую адекватность модели

где С – количество значимых коэффициентов регрессии

- теоретическое значение выходной величины.

Найдем теоретические значения (Таблица 7)

Таблица 7

№ опыта х1 х2 х3 Yср
  + +   73,76 1,53
  + + 70,333 72,76 5,890
  +   53,10 3,61
  + + +   107,42 6,65
  + 62,666 61,76 0,820
  +   64,76 0,952
    44,42 0,336
  + + +   80,10 0,81
Сумма           20,598

 

15,441

Критерий Фишера

F= / = 15,441/1,081= 1,428

Критическое значение находится при числе степеней свободы (N-C;N(m-1)) или (4;16). Fкр(4;16) = 3,01. Так как F>Fкр, то модель неадекватно описывает процесс.

Судя по положительным значениям регрессионных коэффициентов, каждый из параметров повышает прочность среза.

Графики зависимости у от х1 и х2 изображены ниже.

 


 

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-06-11 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: