Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Pi — P2 между вогнутой и выпуклой сторонами поверхнд-сти мениска. При малом диаметре капилляра свободная поверхность жидкости имеет форму сферы, тогда
R--
dl 2 cos 0
а)
¦t
6)
Рис. 52. Схема подъема жидкости: а—по капилляру круглого сечения; б — между параллельными пластинками
Подставив значение радиуса мениска в уравнение первого уравнения капиллярности, получим
/ cos 0 , cos 0 \ 4oj 2 cos 0 .. . m
Pi-P2=3i.2 —г + -7^Г =-------------:---• (IV.37)
d, 2
d/2
Но разность давлений pt—p2 уравновешивается столбом расплавленного припоя высотой h, тогда
4а, , cos 0 4а, « cos I
hog—--------:------- или Л = -
dPg
(IV.38)
где р — плотность жидкости; g ¦—ускорение силы тяжести.
Следовательно, высота подъема жидкости в капилляре круглого сечения прямо пропорциональна ее поверхностному натяжению и смачивающей способности и об-
172
ратно пропорциональна диаметру капилляра и плотности.
В случае капиллярного течения между двумя параллельными пластинками высота подъема жидкости определяется из тех же соотношений (рис. 52, б). Если расстояние а между пластинками мало, а ширина пластинки достаточно велика, то поверхность жидкости в зазоре примет форму цилиндра, для которого
а
а /?2=оо.
cos 6
Тогда высота подъема жидкости согласно первому уравнению капиллярности определится из соотношения:
cos fl 1
1,2 ^ а/2 оо
После преобразования получим
2а] 2 cos (
Pl-P 2 =
Разность давлений р\—рг, как и в случае капилляра круглого сечения, уравновешивается столбом жидкости высотой h, тогда
2аг 2 cos 0
hog==-----!----
а
ИЛИ
2а,9 cos 0
h = ~^-------. (IV.39)
a?g
Таким образом, высота капиллярного поднятия жидкости в зазоре между двумя параллельными пластинками в два раза меньше, чем в капилляре круглого сечения. В обоих случаях, если вес жидкости, находящейся в зазоре, превышает результирующую капиллярных сил, то эти силы не могут удержать ее и она будет стекать до такого уровня, при котором вес ее уравновешивается капиллярными силами. В условиях пайки это приводит к тому, что участки шва, расположенные выше определен-
173
ного уровня, остаются не заполненными припоем и соединение оказывается пропаянным не по всей площади.
Согласно динамической теории скорость течения расплавленного припоя зависит от нахлестки и зазора, разности давлений на входе и выходе из зазора, а также от вязкости припоя [10, 11]. Поскольку эта теория не учитывает наличия взаимодействия припоя с основным металлом в процессе пайки, а исходит из условия непрерывного движения не взаимодействующих жидкостей, то результаты ее значительно отличаются от получаемых экспериментальными методами.
У
1
Рис. 53. Распределение скоростей при ламинарном течении жидкости в зазоре
При горизонтальном расположении шва (рис. 53) раз-• ность давлений Ар, под действием которой припой будет течь в капиллярном зазоре между параллельными пластинами, согласно первому уравнению капиллярности (R2=oo) в случае полного смачивания составит
2а, п
А р =------Li. (IV. 40)
а
Если принять, что в условиях пайки происходит ламинарное движение, то скорость течения припоя и в любой точке между соединяемыми поверхностями можно представить в виде:
v = (IV.41)
2,ч ах
где —вязкость припоя; а-—величина зазора.
Из соотношения (IV.41) можно вывести среднюю скорость течения припоя:
(IV.42)
12а. \ dx } v
174
Подставив значение Ар из равенства (IV.40), а так-
dp Ар
же заменив-------на ------, поскольку между пластинами
dx х
зазор равномерный, получим
v=------------------------------l— а2^-, (IV.43)
12(1 х к ’
или после подстановки
v = (IV.44)
О ЦХ
Время течения в зазоре для прохождения расстояния х находим интегрированием
dx
t
или
Г dx J у
(IV.45)
°1,2а
Откуда глубина затекания припоя в зазор
(IV. 46)
Таким образом, глубина затекания зависит от свойств припоя, величины зазора и времени пайки. Согласно данному выражению между глубиной затекания припоя и величиной зазора прямая зависимость, которая на практике не наблюдается. При прочих равных условиях наибольшая глубина затекания припоя в зазор будет при оптимальном значении зазора. Кроме того, глубина затекания, определенная по уравнению (IV.46), не ограничивается, если имеется избыток расплава припоя. В действительности же вследствие растворения основного металла в расплаве припоя физико-химические свойства его могут настолько изменяться, что течение в зазоре прекратится, несмотря на то, что у входной галтели имеется избыток припоя.
При заполнении зазора вертикального шва в условиях полного смачивания разности давлений, под действием которой припой течет в зазор, дополнительно проти-
175
водействует гидростатическое давление увеличивающегося столба жидкости. Тогда
где Ар' — разность давлений в случае вертикального расположения шва; р и р'— соответственно плотность припоя и окружающей среды; h — расстояние по вертикали от уровня расплавленного припоя.
В случае пайки в газовых средах р^р', поэтому значением плотности среды можно пренебречь, тогда
Аналогично предыдущему скорость течения припоя в зазоре по вертикали выразится соотношением:
