СВАРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

Оценка качества соединений методами разрушающего контроля

Механические испытания сварных и паяных соединений. Механические испытания соединений - эффективные методы контроля и оценки качества сварных и паяных соединений при обработке технологии сборки изделий. Основные методы определения механических свойств соединений и их отдельных зон устанавливается ГОСТами и ОСТами, предусматривающими статические и ударные испытания при нормальных, а в некоторых случаях при пониженных и повышенных температурах.

Испытание на прочность образцов соединений, выполненных по выбранному технологическому процессу, позволяют оценить рациональность применения данной технологи для выполнения соединений.

При испытании образцов представляется возможным определить прочность соединения в направлении действия нагрузки на соединение в условиях эксплуатации, а исследование характера разрушения позволяет выявить слабый элемент соединения.

Изменяя размеры соединения или процесс его выполнения, можно установить воздействие различных конструктивных и технологических фактов на прочность соединения и наметить путь повышения этого показателя. Проиллюстрируем сказанное примером механических испытаний соединений между соединительными проводниками и контактными площадками микросхем.

Для оценки качества (прочности) сварных соединений тонких проводников с пленками на плоских подложках обычно применяют механические испытания (рис. 157) на растяжение под различными углами к поверхности подложки (0°, 30°, 45°, 90°, 180°).

При таких испытаниях оцениваются механические свойства соединений и их чувствительность к надрыву в месте перехода к контактной площадке. Обычно принято считать, что прочность соединения при испытании на растяжение под углом, равным нулю (испытание на срез), должно быть не менее 70 % прочности привариваемого проводника при условии разрушения его вблизи сварной точки.

При определении механических свойств соединений фиксируются не только усилия отрыва, но и характер разрушения (рис. 158).

Вид отрыва (рис. 158, а) свидетельствует о нарушении режима микросварки или о недостаточной очистке соединяемых поверхностей.

Разрыв по проволоке (рис 158, б) указывает на нарушение геометрии рабочего торца сварочного инструмента или на изменение параметров режима сварочной установки (чрезмерная деформация проводника). Разрушение (рис. 158, г) свидетельствует о недостаточной адгезии пленки к подложке.

Собранные приборы нагружают на центрифуге при линейном ускорении до 25 000g. Приборы располагаются во вкладышах, расположенных по окружности барабана. В процессе вращения барабана соединения воздействует сила, которая может достигать нескольких грамм-сил. Сварные соединения с низкой прочностью разрушаются и ненадежные приборы бракуются.

Испытания сварных соединений на термостойкость. Механические испытания позволяют предварительно оценить влияние на прочность соединения условий выполнения сварки и пайки. Завершающий этап - модельные испытания, которые определяют работоспособность конструкций в условиях, приближающихся к эксплуатационным, в частности при смене температур. При этом следует ожидать возникновения объемного напряженного состояния, оказывающего наибольшее воздействие на прочность соединений (в особенности при сварке и пайке разнородных материалов).

Детали и узлы электровакуумных приборов подвергаются многократным нагревам при пайке, обезгаживании и откачке. Некоторые узлы приборов, (например катодные) работают постоянно в режиме смены температур при включении и выключении прибора.

Учитывая, что температурные воздействия на сварную или паяную конструкцию бывают различными, исследования проводят исходя из условий работы узла. Так, для оболочковых узлов обычно применяют следующий режим испытаний: нагрев до температуры 700-750 °С в течение 10-15 минут. Выдержка 5 минут и охлаждение до 20 °С в течение 30-40 минут. После каждого термоцикла образцы испытывают на герметичность гелиевым течеискателем. Термостойкость соединения считается достаточной, если число циклов нагрева до разрушения превышает в 2-3 раза число нагревов соединения при изготовлении прибора.

Металлографические исследования. Металлографический контроль включает четыре вида испытаний: контроль излома, макроструктуры,

микроструктуры, исследование микроструктуры замером микротвердости.

Контроль излома проводят на образцах, оставшихся после механических испытаний или на технологических пробах. В сварном соединении можно исследовать изломы швов, околошовной зоны и основного металла. При контроле излома проверяют, вязким или хрупким было разрушение, отмечают наличие трещин, пор, неметаллических включений. Горячая трещина в изломе видна по ее темной окисленной поверхности. Поры имеют характерный вид округлых или вытянутых пустот с гладкой поверхностью. При контроле излома в настоящее время на ряду с оптическими находят широкое применение растровые электронные микроскопы.

Для контроля микро - и макроструктуры из соединения вырезают образец, включающий все зоны, шлифуют его, полируют и подвергают травлению для выявления структуры. Структура исследуется на оптических металлографических микроскопах типа МИМ-7, МИМ-9.

При макроструктурном анализе выявляют строение шва, размеры зон термического влияния, наличие дефектов. Обычно микроструктуры исследуют при увеличении в 30-100 раз.

Микроструктуру соединений проверяют на специально приготовленных микрошлифах. Ее анализируют при увеличении в 100-600 раз. При этом определяют размер зерна, наличие включений, структуру, обнаруживают микродефекты. Для оценки неоднородности и структурных составляющих соединений применяют метод замера микротвердости. Микротвердость измеряют на специальных приборах (обычно типа МПТ-3), совмещающих в себе микроскоп для наблюдения структуры и измерения отпечатков алмазной пирамиды с приспособлением для получения этих отпечатков.

Уважаемый читатель! Если вы внимательно прочитали эту книгу, то получили подробные сведения о сварочных процессах в электронном машиностроении и поняли, как многообразна, сложна эта область техники и науки, как много возможностей открывают знания по сварке для целей современного производства. Применение знаний по сварке тесно связано с другими предметами: химией, физикой, математикой.

Становление инженера возможно на основе искреннего интереса к данной специальности, постоянной учебы, изучения специализированной литературы. Дальнейшее развитие инженера связано с закреплением полученных знаний путем анализа и применения технической литературы, журналов, справочников, изобретений. Однако получение и накопление знаний само по себе не является большой ценностью: для инженера важным является практическое применение знаний для производства, для облегчения труда людей, получения экономического результата.

Техническое знание основано на многовековом опыте человечества, которое получало его в результате тяжелого труда, методом проб и ошибок. Поэтому к знанию, к книгам следует относиться с уважением и любовью, помня о том, что они действуют на наше сознание, изменяют внутренний мир и понуждают нас становиться уверенными в себе, знающими свою специальность инженерами.

Может оказаться, что не все прочитанное будет вам понятно или прочитанного окажется недостаточно для удовлетворения вашего интереса к сварке. В этом случае рекомендуется изучить дополнительную литературу, которая приводится в библиографическом списке.

Авторы надеются, что пособие поможет вам освоить вашу профессию, закрепить знания и достойно подготовиться к практической работе на производстве