книги / Справочник по пайке
..pdfПаяные соединения внахлестку целесо образно рассчитывать из условия равнопрочности [16]:
а*Т4 = |
)р ■ |
(82) |
где а - длина нахлестки в паяном соединении, м; с - толщина конструкционного материала,
м; xj4 - прочность паяного соединения (при
поя) на срез при температуре ТА, Па; ((Тв4)р -
предел прочности конструкционного материа ла при той же температуре с учетом разупроч нения в результате пайки, Па.
Показатели прочности, входящие в выра жение (82), обычно получают эксперименталь ным путем. Однако при моделировании для этой цели может быть использована зависимость
t crJ = 0,386(р |
exp (-4,866*2), (83) |
где ср = 0,6 0,7, а остальные параметры оп ределяются по аналогии с выражением (80) и
(с.г* )р = 0,386 Л,7] ехр (-4,866*4), (84)
где Г| - температура начала плавления конст рукционного материала, К; А\ - коэффициент, определяемый по аналогии с А0; КА= ТА/Т\.
После подстановки (83) и (84) в (82) и преобразований с учетом (56) получим
а = - = Л|* 2 е,.ш(к2-кл) |
(85) |
сч>А0Ка
где а - относительная нахлестка; с - толщина материала.
Полученное в общем виде условие равнопрочности паяных соединений внахлестку ока зывается вполне удовлетворительным, если
2 < а < 10 , |
(86) |
о,з qt qs qe q? qs qs к2
Рис. 8. Зависимость относительной нахлестки а от коэффициентов Къ К3и КА
сплава [16]. Эффект разупрочнения при пайке алюминиевых сплавов (охлаждение на воздухе) можно оценить по выведенным на основе об работки экспериментальных данных [6] фор мулам:
для сплавов типа АМц и АЛ4 при 480 < h < 540 °С
(<т?3)р >0,25(Зст7+о°); |
(87) |
для сплавов типа Д16АТ и АК6 при 480 <t2<>520 °С
(<т.93)р^0,5 (а” + а°), |
(88) |
где (<rj93)p - предел прочности сплава при
ТА = 293 К, разупрочненного частичным отжи
гом при пайке, МПа; а™ - предел прочности
сплава (при той же температуре) в исходном состоянии, т.е. термоупрочненного закалкой и
старением, МПа; ст° - предел прочности спла
ва в отожженном состоянии, МПа.
что хорошо согласуется с технологическими особенностями выполнения соединений этого типа.
Зависимость (85) также может быть ис пользована для совместных решений с выра жениями (12), (55), (56) и (86). Графически она представлена на рис. 8 при условии, что ф = 0,65 и А0 = А,.
Влияние температуры пайки t2 на проч ность изделия особенно заметно в случае при менения термообрабатываемых материалов. Эффект разупрочнения зависит от степени рассогласования режимов пайки и термической обработки, а также от степени термоупрочнения
О 700 Z00 300 400 300 600 700 т^к
Рис. 9. Зависимость предела прочности сплава Д16АТ от температуры пайки f2 (°С)
и эксплуатационной температуры Г4 (К)
Совместное влияние температуры пайки t2 (°С) и эксплуатационной температуры ТА(К)
на предел прочности ств4 сплава Д16АТ (7^ =
= Г, = 830 К) показано на рис. 9, где точками нанесены экспериментальные данные, а ли ниями - результаты расчета по формуле (84).
Условие выносливости. Способность материала конструкции, в том числе и паяных соединений, сопротивляться усталостному разрушению получила название выносливости. Это свойство обычно оценивается пределом выносливости или числом циклов, необходи мых для разрушения при некотором значении амплитуды напряжений, превышающем предел выносливости [5].
Условие выносливости паяного изделия соблюдается, если во всем диапазоне эксплуа тационных температур ТА справедливы соот ношения
и а;(Г 4) < < ( Г 4, У ) , (89)
где а а и а* - переменные напряжения устало
стного цикла нагружения или амплитуды цик лических напряжений в материале конструк ции и соответственно в паяном соединении,
Па; а ши - пределы выносливости (т.е. не
которые константы) материала конструкции и соответственно паяного соединения, работаю щих преимущественно на изгиб, Па; N и N* - числа циклов до разрушения соответственно материала конструкции и паяного соединения, на базе которых определяются пределы вынос ливости.
В общем случае справедливы выражения:
°а(ТА)* с 'а(ТАУ, |
а (0(Г4,У ) ^ а ;( Г 4,У ) ; |
|
|
N * N' |
(90) |
Необходимая |
при моделировании |
связь |
между допускаемыми значениями ста (или а* )
и а в при умеренных температурах может быть установлена с помощью приближенной формулы
— |
= |
l k + Y . O - Л ) ] . (91) |
О. |
I |
О ,) |
где а в - предел прочности при растяжении, Па; от - среднее напряжение усталостного цикла нагружения, т.е. полусумма максимального сттах и минимального a min напряжений в конст рукции, Па; Аьи ув - коэффициенты, зависящие
от природы материала или паяного шва и па раметров цикла нагружения.
Расчеты по (91) могут производиться (при отсутствии концентраторов напряжений) при следующих значениях коэффициентов Аьи ув:
для сталей
_ |
1 + 0,0038л4 |
|
|
в “ |
1 + 0,0008л4 |
|
|
для алюминиевых сплавов |
|
||
х t |
0,0031л24 |
|
|
А _ I+ |
1 + 0,064и4 |
|
|
в |
1 + 0,0031л4 |
|
|
где |
|
п = In N, |
(94) |
|
|
||
причем обычно |
|
||
|
|
105<SW<108; 5 <кп <8. |
(95) |
Для изделий кратковременного примене ния граничные значения N можно снизить на
один порядок, т.е. принять |
|
10*<W<;107 и 4 £ и £ 7. |
(96) |
Значения оа и отсвязаны коэффициентом асимметрии цикла R, под которым понимают отношение минимального напряжения к мак
симальному |
|
|
^ _ ^min _ ®т |
(97) |
|
СТтах CT/n+a a |
||
|
При симметричном цикле, когда ат = 0 и Д = -1,
предел выносливости стш(или |
) обозначает |
ся a_i (или ст* j ). |
|
Предел выносливости ст_! и |
для раз |
личных конструкционных материалов и пая ных соединений определяют экспериментально [5, 15, 17]. Однако имеются многочисленные рекомендации по расчету с использованием механических свойств и теплофизических кон стант материалов, таких, как предел прочности (91), предел текучести, твердость, теплота и температура плавления и др. В результате оценки характера связи между пределом вы носливости и пределом прочности материалов
сучетом изменения температуры установлено:
•1. При комнатной температуре ТА= 293 К отношение предела прочности к пределу вы носливости, т.е.
C = a B/a_,, |
(98) |
изменяется для разных сплавов в широких пре делах, а именно от 1,67 до 3,7. Однако для всех сталей, температура начала плавления которых достаточно стабильна (Т\ = 1720 ± 50 К), при комнатной температуре, т.е. при КА= 0,165 0,175, имеет место устойчивое равенство: С = 2.
• 2. При температурах ниже комнатной, т.е. при КА< 0,165, значение С для сталей не сколько снижается.
• 3. С повышением температуры предел выносливости сталей и других сплавов, как и при комнатной температуре, довольно тесно связан с пределом прочности при растяжении, причем значение С сначала возрастает, дости гая максимума при КА> 0,5, а затем снижается, приближаясь к единице при КА-> 1.
Эти положения позволяют рассматривать критерий С для разных сплавов при одинако вых гомологических температурах КАу полагая, что при КА= \ С= 1.
Проверка данной гипотезы проведена на примере сопоставления <тв(Г4) и с.\(ТА) для коррозионно-стойких и жаропрочных паяе мых сталей, в результате найдена зависимость 1пС = / (КА), графически представленная на
Рис. 10. Зависимость In С от К4для коррозионностойких и жаропрочных сталей
рис. 10 (точками обозначены экспериментальные данные, а линии - результат аппроксимации).
На основе рис. 10, как и при определении коэффициента^, получаем зависимости:
С= ехр(0,5 + 0,81Кл) при 0 <>КА<i 0,175;
С= ехр(0,62 + 0,12Ка)
при 0,175 <КА<0,581; |
{ |
С = ехр(1,65 - 1,65/С4)
при 0,581 < КА< 1.
3. Расчетные и экспериментальные значения предела выносливости для коррозионностойких и жаропрочных сталей
|
|
|
|
Эксперимент |
Расчет по формулам |
Погреш |
||
Сталь (марки СШ А |
|
КА |
|
|
|
|||
Л , К |
|
|
, МПа |
|
ность ± х, |
|||
и отечественные) |
Ощ* , МПа |
(98) и (99) ст?1, МПа |
||||||
|
|
|
% |
|||||
|
|
|
|
N = 107 |
и |
|
|
|
304 |
293 |
0,175 |
1475 |
- |
785 |
777 |
- 1 ,0 |
|
- |
||||||||
304 |
195 |
0,117 |
1700 |
880 |
937 |
+6,5 |
||
304 |
77 |
0,046 |
2110 |
- |
1070 |
1230 |
+14,9 |
|
322 |
293 |
0,175 |
1270 |
- |
660 |
668 |
+1,2 |
|
322 |
195 |
0,117 |
1400 |
- |
865 |
773 |
-1 0 ,6 |
|
322 |
77 |
0,046 |
1700 |
- |
ИЗО |
993 |
-12,1 |
|
448 |
293 |
0,175 |
1050 |
495 |
560 |
553 |
-1 ,3 |
|
448 |
573 |
0,342 |
895 |
401 |
453 |
461 |
+1,8 |
|
448 |
673 |
0,402 |
880 |
353 |
398 |
451 |
+13,3 |
|
448 |
773 |
0,462 |
760 |
274 |
310 |
387 |
+24,8 |
|
448 |
873 |
0,521 |
570 |
212 |
240 |
286 |
+ 19,2 |
|
2X13 |
293 |
0,175 |
711 |
375 |
405 |
374 |
-7 ,7 |
|
2X13 |
573 |
0,342 |
657 |
277 |
313 |
338 |
+8,0 |
|
2X13 |
773 |
0,462 |
534 |
255 |
288 |
272 |
-5 ,6 |
|
2X13 |
823 |
0,491 |
455 |
195 |
220 |
231 |
+5,0 |
|
12Х18Н9Т |
293 |
0,175 |
540 |
250 |
250 |
284 |
+13,6 |
|
13Х14НЗВ2ФРА |
773 |
0,462 |
920 |
483 |
548 |
469 |
-1 4 ,4 |
|
1Х12Н2ВМ Ф |
823 |
0,491 |
800 |
422 |
458 |
406 |
- н , з |
|
ХН62М ВКЮ |
1173 |
0,702 |
560 |
285 |
330 |
342 |
+3,6 |
|
Х13НЗВФЛ |
293 |
0,175 |
900 |
415 |
468 |
474 |
+1,3 |
|
Х13НЗВФЛ |
673 |
0,402 |
780 |
330 |
372 |
400 |
+7,5 |
|
Х13НЗВФЛ |
823 |
0,491 |
520 |
290 |
290 |
264 |
-9 ,0 |
Результаты проверки справедливости за висимостей (99) и (98) для американских (№ 304, 322, 448) и отечественных сталей, а также для никелевого сплава ХН62МВКЮ в широком диапазоне температур приведены в табл. 3. Экспериментальные данные для этих целей заимствованы из работ [5, 15].
Как видно из табл. 3, в 90 % случаев рас чета по полученным формулам имеются по грешности не более ± 15 %, что можно при знать вполне удовлетворительным для постав ленных целей.
С учетом изложенного выше для модели рования условия выносливости можно реко мендовать следующий общий метод восполне ния недостающей информации о пределе вы носливости. Если для заданного сплава требу ется выяснить непрерывную температурную
зависимость a_i(r4) или а * (Г4), когда извест ны лишь отдельные экспериментальные значе ния а_ь полученные на некоторой базе У, то необходимо сопоставить их со значениями
по формуле (98) при соответствующих гомо логических температурах и определить зави симость In С = f(K 4) типа (99) по аналогии с изложенными выше приемами.
Проверка этого общего метода проведена на примере анализа свойств стали 09X15Н8Ю. Экспериментальные значения а в и а_i на базе 106 циклов заимствованы из работы [5]. Для расчета зависимостей а [4 и а?4, при принятом
Т{ = 1723 К получены следующие формулы: Л, = ехр (1,02 + 3,08Кл) при 0 < КА<>0,170;
Ах= ехр(8,96КА) при 0,170 <; К4 <, 0,275;
А] = ехр (2,0 +1,68А'4) при 0,275 < К4 £ 0,430; /1, = ехр (4,77 - 4,77К4) при 0,430 <; К4 < 1,0; >
С= ехр (0,5 +1,56К4) при 0 < К4 < 0,170;
С= ехр (0,8 - 0,18КА) при 0,170 < К4 < 0,581;
С = ехр (1,66-1,66Х4) при 0,581 £ КА<1,0.
( 100)
Совместное решение выражений (84), (100) и (98) представлено искомыми кривыми на рис. 11. Точками здесь обозначены соответ ствующие экспериментальные данные. Смеще ние одной точки (Т4 = 21 К) объясняется из вестной аномалией свойств стали 09X15Н8Ю в области, близкой к абсолютному нулю.
бя’, б- i , МПа
Рис. 11. Зависимость предела прочности и предела выносливости (TV = 106) стали 09Х15Н8Ю от тем пературы Т4по данным расчета и эксперимента
Условие пластичности. Наиболее рас пространенной характеристикой пластичности является относительное удлинение материала при разрушении 5.
Минимально допускаемым значением от носительного удлинения для материалов со временных конструкций можно считать
6Д0П>(1 5) %. (101)
Это требование можно предъявить и к паяным соединениям. Однако как в тех случа ях, когда жесткость паяных соединений выше жесткости элементов конструкции, например в соединениях внахлестку из тонколистовых материалов, допускаемое удлинение материала
шва 6*оп может быть несколько меньше и со ставлять
5;ОП^(0,5 1)%. (102)
Относительное удлинение определяют экспериментально. Наряду с этим предлагают ся расчетные методы определения 6. Так, Г. К. Щербак рекомендует следующую формулу:
85 = * — , |
(ЮЗ) |
о . |
|
где б5 - относительное удлинение, |
определяе |
мое при отношении длины образца к диаметру, равном 5, %; к - коэффициент, зависящий от природы материала; а„ - ударная вязкость; с в - предел прочности.
Выражение (103) справедливо для конст рукционных сталей в области умеренных тем ператур. Установлено, что коэффициент к свя зан с ударной вязкостью стали выражением
к = к0/ а н, |
(104) |
где ко - константа, характеризующая особенно сти той или иной марки стали. В частности, для стали 20 ко = 1200, для стали 40Х ко = 1500.
В общем случае относительное удлине ние связано со средней скоростью ползучести 6 (%/ч) и временем до разрушения т следую
щим соотношением [16]: |
|
6 = ёт |
(105) |
В свою очередь, ё зависит от напряже |
|
ния ст и температуры Т4: |
|
ё = ст0стп, |
(106) |
где а 0 и п - коэффициенты, зависящие от тем пературы и природы сплава.
При подстановке выражения (106) в фор
мулу (105) получаем |
|
|
5 = ст0тст" |
(107) |
|
В диапазоне 500 |
800 °С |
показатель |
степени п для перлитных и аустенитных сталей изменяется от 4,6 до 15,5. В частности,
для стали |
Х16Н25М6 |
при |
700 |
°С п |
= 9 и |
in-14 |
% |
|
в |
этом |
случае |
ст0 =10 |
---------- , поэтому |
||||
|
МПа - ч |
|
|
|
|
выражение примет вид 5 = |
10"|3та9 |
Отсюда |
|||
следует, что, например, |
при |
ст = 1,52 |
МПа и |
т = 600 ч 6 = 2,4 %, что означает возможность хрупкого разрушения изделий. При ст = 3,88 МПа и т = 1 ч 6 = 15,8 %, что свидетельствует о дос таточной пластичности сплава и отсутствии опасности хрупкого разрушения.
С повышением температуры показатель степени п заметно снижается, что согласно (107) означает уменьшение пластичности и возможность хрупкого разрушения при срав нительно высоких скоростях ползучести, или при малой продолжительности эксплуатации изделия.
Зная характер зависимости п и ст0 от Т4, можно произвести учет влияния последней, в соответствии с формулой (107), на относитель ное удлинение и дать количественную оценку согласно выражениям (101) и (102) принятому конструктивно-технологическому решению для соблюдения условия пластичности.
Условие коррозионной стойкости и старения. С течением времени под действием агрессивных сред прочность паяных соедине ний изменяется [14]. Если эти изменения про исходят с той же или меньшей интенсивно стью, что и в материале конструкции, то можно считать их приемлемыми. Используя выраже ние (82), условие коррозионной стойкости
dip |
d\\i |
dx |
dx |
|
V - V К т. т $ ]. |
|
(108) |
где ф и у - характеристики разупрочнения конструкционного материала и соответственно паяных соединений; W - фактор, характери зующий природу окружающей среды; т - время.
Для изделий, работающих при повышен ных температурах в окислительной среде, со гласно формуле (108), должна быть проверена прежде всего сопротивляемость паяных швов газовой коррозии. Изучение кинетики окисле ния металлов и сплавов показывает, что ско рость их окисления во времени определяется линейной, параболической или логарифмиче ской зависимостью и соответственно выража
ется следующими уравнениями [16]: |
|
||
|
* = *■ т; |
(Ю9) |
|
|
в* = *»т; |
(НО) |
|
g = *3lg (a T + l), |
(111) |
||
где g - количество |
вступившего в |
реакцию |
|
кислорода; т - |
продолжительность |
процесса |
|
окисления; кь к2, £3 и a - константы. |
|
||
Константы |
kj |
характеризуют |
скорость |
процесса окисления и являются основными его параметрами. Для большинства процессов окисления металлов и сплавов эти константы определяют по уравнению Аррениуса
к = AQ QX P [ - Q / ( R T 4)] , |
( 1 1 2 ) |
где А0 - постоянная; Q - энергия активации |
|
реакции окисления; R - газовая |
постоянная; |
Т4 - эксплуатационная температура. Наилучшими защитными свойствами об
ладает окисная пленка на металлах и сплавах, процесс окисления которых происходит по логарифмическому закону (111). В этом случае на поверхности металла образуется только один окисел постоянного состава; окисная пленка плотная и непроницаемая. Диффузия атомов металла или кислорода через такую пленку затруднена. Пленка практически защи щает металл от дальнейшего окисления [16].
По логарифмическому закону медь окис ляется при температуре ниже 140 °С, железо - ниже 200 °С, цинк - ниже 225°, марганец - ниже 290 °С. Подобным образом окисляются многие жаростойкие стали и сплавы. Так, на
пример, сталь 12Х25Н16Г7АР окисляется при Г4 = 1273 К по уравнению
|
Ag = 2,3 |
lg т - 0,41, |
(113) |
где Ag - |
«привес» материала за счет окисления, |
||
г/м2; т - |
время, мин. |
|
|
Полагая, что преобладающей фазой в по |
|||
следнем |
случае будет |
двойной окисел |
типа |
шпинели FeCr20 4 с соотношением массовых частей металлов и кислорода 2,5:1, можно по казать, что, например, за т = 10 мин расчетная толщина элементов изделия из стали 12Х25Н16Г7АР согласно формуле (113) уменьшается на 1,3 %. Но если учесть, что с повышением температуры Г4 до 1673 К ско рость окисления возрастает в несколько раз, необходимо ограничить срок службы такого изделия либо увеличить толщину его элемен тов по сравнению с расчетной.
Рассматривая старение изделий как наи более общий процесс изменения рабочих свойств материала и паяных швов на стадиях хранения, транспортирования и применения по назначению, включая все виды коррозии, целе сообразно считать выражения (108) - (113) как частные случаи основного уравнения старения
\пР = \пР0-Л Че"^/е, |
(114) |
или после логарифмирования и разрешения относительно т в форме
1пт = ln(ln/>0 -\n P ) - \n k '+ Q |
/e , (115) |
где Р - мгновенная прочность; Р0 - |
начальная |
прочность; к" - функция природы и концен трации реагирующих веществ, а также кон станты к\ зависящей от свойств материала, и константы ко, характеризующей размер дефек та; т - длительность старения; Q - энергия ак тивации; е - энергия реакции.
Из анализа уравнения (114) видно, что при постоянстве внешней среды прочность изделий уменьшается со временем по экспо ненциальному закону. Срок службы т изделия до достижения заданной прочности обратно пропорционален концентрации агрессивной среды. Как видно из (115), логарифм долговеч ности изделия, отвечающей определенному значению прочности, прямо пропорционален энергии активации и обратно пропорционален энергии реакции.
Условие долговечности. Свойство изде лия сохранять работоспособность (с возмож
ными перерывами для технического обслужи вания и ремонта) до разрушения или другого предельного состояния получило название долговечности [9].
Долговечность паяных соединений дос тигается, если соблюдаются следующие соот ношения:
т ^ т 0; т*р £ т р; т;р г>тпр, |
(116) |
где TJ, т;, т*р - соответствующие характери-
стики долговечности, относящиеся к паяным соединениям.
Значения т0, тр и тпр определяются прежде всего технико-экономическими требованиями, однако их значения уточняют при испытаниях.
Оценивая характеристики долговечности изделий по усталостным явлениям в материале конструкции и паяных соединениях, необхо димо обеспечить следующие условия:
М0 <Ыпр[са(ТА)> с ш(ТА))Л
л ^ л г рК ( г ^ > < ( г < ) ] ,| |
(117) |
где NQ и Ад - числа циклов нагружения мате
риала конструкции и паяного соединения изде
лия за период выработки ресурса; Nnp и /V*p -
предельно допускаемые числа циклов нагру жения материала конструкции и паяного со единения при амплитудах напряжений, превы шающих соответствующие пределы выносли
вости a_i и а!.!, причем в общем случае
*„р + К , и N 0 + N ; .
Для установления связи между Nnpf а_|,
ст0 (Г4) и соответственно УУ*р,а!.,, при
умеренных температурах используют следую щую зависимость [16]:
где Q - коэффициент сопротивления металла пластической деформации, МПа • цикл; аа - пе ременные усталостного цикла нагружения; о_1 и а_|Т - соответственно предел выносливо сти, циклический предел текучести материала конструкции (паяного соединения), МПа.
При оценке фактора долговечности, ис ходя из условия пластичности, следует пользо ваться выражением (107), решая его относи тельно т:
т0 = т = 8/(о 0а " ). |
(119) |
Наконец, параметры т0, тр, тпр и соответ ственно ij, I*, т*р должны быть сопоставлены
сфактором времени, учитываемым в формулах
(108)-(111), (113)-(115). В последнем случае после потенциирования имеем:
*пР = т = ^ 1п7 - еС/Е |
(12°) |
Отказ изделия согласно (120) произойдет тогда, когда мгновенная прочность снизится до значения приложенной нагрузки. В этом случае долговечность будет исчерпана и надежность станет равной нулю.
Условие надежности. Проблема надеж ности технических устройств является одной из центральных.
В качестве одного из основных числовых показателей надежности паяных соединений
можно принять интенсивность отказов X* [7], показывающую, какая доля работающих в мо мент времени т паяных соединений выходит из строя в единицу времени. Тогда условие на дежности можно записать в виде:
X" <Ху < Ху, |
(121) |
где Ху - интенсивность отказов паяных узлов
(сборочных единиц, агрегатов) изделия; Ху - интенсивность отказов прочих узлов изделия.
Если для изделия принять Ху = 5 • (10“3
КГ8) ч"1 (при доверительной вероятности а = = 0,95), то выражение (121) получит вид
X* <5*10“8 ч_| и Х*у < 5 -10~3 ч_| (122)
Наиболее достоверным методом опреде ления X* является испытание паяных соедине ний на работоспособность в условиях экс
плуатации |
в |
течение |
заданного времени |
TJ, т* или |
т*р . |
Однако |
практически это |
трудно осуществить, и поэтому прибегают к ускоренным испытаниям на форсированных режимах.
Интенсивность отказов по результатам испытаний вычисляют по формуле:
где п - число отказавших паяных узлов; Ат - интервал времени, для которого вычисляют X*;
N*cp - среднее число исправных паяных узлов
за время Ат.
Из выражения (123) следует, что необхо димо обеспечить такие значения Ат и Ncpy что бы получить п £ 1.
Значение X* можно вычислить также на основе обработки статистических данных об отказах паяных узлов в эксплуатации. В частно сти, в работе [16] приводятся следующие значе ния интенсивности отказов паяных соединений
X*: наибольшее- 5 |
• КГ9 |
ч-1, среднее- 4 • |
КГ9 ч-1 |
и наименьшее - 2 |
10“ю |
ч-1 Как видно |
из этих |
данных, технологический процесс пайки по зволяет получить значения X*, удовлетворяю щие условию (122).
Если принять Х*= const, то прочие харак теристики надежности можно определить по
следующим формулам: |
|
/ ( т) = Гехр(-ХЧ), |
(124) |
где / (т) - частота отказов, или плотность рас
пределения времени |
безотказной |
работы; |
т - время (в частности, |
xj или х* ); |
|
тср=1/Х \ |
(125) |
где тср - средний срок службы (математическое ожидание), ч;
/>(х) = ехр(-Х’х), |
(126) |
где Р (т) - вероятность безотказной работы.
В последнем случае, приняв для некото рого цельнопаяного узла, состоящего из боль
шого числа паяных соединений, xj = 2 ч и
Р{т0) = 0,999, можно вычислить по формуле
(126) допускаемое значение Х*у для узла: 2Ху = = - In 0,999 = 10"3, откуда Ху = 5 • 10"4 ч"1, что
не противоречит выражению (122).
Если же принять предельный срок служ бы паяных соединений в изделии х*р = 5 лет = = 8,76 • 103 ч и Р( х'р) = 0,999, то Х*= 1,1410‘V , что также согласуется с условием (122).
Таким образом, выражения (122) - (126) могут быть использованы для совместного решения с выражениями (116) и (118) - (120).
В общем случае А.* и Х*у зависят от времени и
характеристики надежности имеют иной вид.
ЗАДАЧИ И ПРИНЦИПЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Основными задачами при проектирова нии технологического процесса (11111) являются:
-разработка принципиальной схемы технологического процесса, т.е. установление определенной последовательности операций по получению заготовок и преобразованию их в законченное изделие, которое соответствовало бы заданным технико-экономическим требова ниям (ТЭТ);
-составление технических условий (ТУ) на заготовки и приемку изделия, включая операции обработки деталей, сборки и контроля;
-расчеты или выбор режимов подгото вительно-заключительных и основных опера ций технологического процесса;
-выбор оборудования, проектирование технологической оснастки и составление тех нической документации;
-расчет норм времени, загрузки обору дования, рабочих мест и уровня механизации;
-организация рабочих мест.
Задачи ПТП решаются на базе опреде ленных принципов.
Главный из них - принцип использования новейших достижений отечественной и зару бежной науки и техники. Другим не менее важным принципом является принцип обеспе чения минимальных сроков ПТП.
Следующий принцип состоит в том, что при технологическом проектировании выби рают наиболее экономичные методы изготов ления для обеспечения должной работоспособ ности, долговечности и надежности изделия. Наряду с этим должен соблюдаться принцип учета производственных возможностей при одновременной ориентации на передовые фор мы организации и технологии производства.
Весь комплекс вопросов, решаемых в хо де ПТП и конструирования изделия (КИ), а также устанавливающиеся при этом прямые и обратные связи изображены в виде логиче ской блок-схемы (рис. 12). Исходным задаю щим блоком является техническое задание (ТЗ),
Рис. 12. Логическая блок-схема разработки нового изделия (агрегата, узла)
содержащее технико-экономические требова ния, а также условия транспортировки, хране ния и эксплуатации (УТХЭ) изделия. В распо ряжении конструкторской (КС) и технологиче ской служб (ТС) находится блок технической и экономической информации (ТЭИ) в виде ан нотаций, рефератов, руководящих материалов, справочников, стандартов, нормалей, описаний изобретений и патентов, результатов научноисследовательских работ и других данных, имеющихся к началу поступления ТЗ.
В результате конструирования изделия (КИ) и ПТП составляется технико-экономичес кое обоснование проекта (ТЭОП) изделия, по зволяющее начать экспериментальные иссле дования (ЭИ): опытно-конструкторские работы (ОКР) и опытно-технологические работы (ОТР). Получаемая при этом информация по каналам обратной связи направляется в блок ТЭИ и через него в блоки КИ и ПТП. Пре образуясь в этих блоках в результате корректи ровки проекта изделия и технологического процесса его изготовления, информация вновь поступает в блок ЭИ. На определенном этапе этот кругооборот позволяет реализовать вы ходные данные в опытном образце изделия (ООИ), который затем сдается в серийное про изводство.
Длительность воплощения ТЗ в ООИ за висит как от характера объекта изготовления, так и от технологического совершенства про изводства в данной отрасли.
Получив техническое задание (ТЗ), тех нологическая служба (ТС) совместно с конст рукторами выбирает материал для разрабаты ваемого изделия. С выбором определенной марки материала ТС получает дополнитель ную исходную информацию для следующих этапов ПТП.
С этого момента весьма эффективным мероприятием является включение в общий механизм технологического проектирования математической модели технологического процесса (ММТП) пайки. После расчета тем пературного условия можно приступить ко второму этапу ПТП: по полученным расчет ным и справочным данным выбрать марку припоя.
С этого этапа ход ПТП сопровождается экспериментальными лабораторными исследо ваниями. При наличии подходящего припоя производят уточняющий расчет температурно го условия, поскольку известны окончательные значения /3 = const и А/3 = const, а также рас
чет всех остальных условий. Параллельно с этим по мере поступления информации произ водится выбор метода пайки, что составляет содержание третьего этапа.
Затем переходят к следующему этапу ПТП, так как имеется возможность уточнить предопределенные расчетами способ и ско рость нагрева, термический цикл пайки, вы брать способ нанесения (подачи) припоя, сре ды для пайки изделия (вакуум, активная газо вая среда, флюс); оценить реализацию условия взаимодействия окисной пленки и металла с паяльной средой, условия смачиваемости и растекаемости припоя, конструктивной прием лемости изделия, теплового баланса, а также металлургического взаимодействия припоя с паяемым материалом. На этом этапе можно построить график термического цикла пайки, т.е. t (°С) = /(т), и выдать исходные данные для проектирования технологической оснастки и оборудования.
При соблюдении перечисленных условий появляется возможность для оценки техноло гичности изделия. Если критерии технологич ности оказываются удовлетворительными, то полученная при ПТП информация поступает в блок технико-экономического обоснования проекта (ТЭОП) и далее в блок эксперимен тальных исследований для проведения ОКР и
ОТР. Если при данных обстоятельствах усло вие технологичности не может быть выполне но, то весь цикл работ по ПТП должен быть повторен на базе какого-то другого метода изготовления изделия, например с помощью сварки и т.п.
В результате работ по ПТП создается схема типового технологического процесса изготовления паяных изделий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Гржимальский Л. Л., Ильевский И. И. Технология и оборудование пайки. М.: Маши ностроение, 1979. 240 с.
2.Инженерный справочник по косми ческой технике / Под ред. А. В. Солодова. М.: Воениздат, 1977. 342 с.
3.К вопросу создания АСУ проектиро ванием технологии ремонта деталей авиацион ной техники гражданской авиации / В. П. Фро лов, В. П. Сладков, Ю. Н. Макин и др. - В кн.: Повышение эффективности систем и методов ремонта воздушных судов. Тезисы докладов Всесоюзной научно-практической конферен ции. М.: Транспорт, 1982. 142 с.
4.Кольчак В. В., Фролов В. П. Новый метод разработки сплавов-припоев путем мо делирования на ЭЦВМ. - В кн.: Надежность и качество паяных изделий. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции.
Ч.1 / Под общей ред. И. Е. Петрунина. М.: НТО Машпром, 1982. С. 18-21 .
5.Конструкционные материалы: Эн циклопедия современной техники. В 3-х т. М.: Советская Энциклопедия, 1963 - 1965.
6.Лоцманов С. Н., Фролов В. П. Тех нологичность паяных конструкций. - В кн.: Технологичность конструкций (Библиотека конструктора): Справочное пособие / Под ред.
С.Л. Ананьева и В. П. Купровича. М.: Маши ностроение, 1969. 418 с.
7.Мартынов Г. К. Надежность элек трических соединений, выполненных пайкой легкоплавкими припоями. М.: Изд-во стандар тов, 1968. 52 с.
8.Петрунин И. Е., Лоцманов С. Н., Николаев Г. А. Пайка металлов. М.: Метал лургия, 1973. 279 с.
9.Проников А. С. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. 591 с.
10.Руководство по пайке металлов / Пер. с англ.; Под ред. С. Н. Лоцманова. М.: Оборонно, 1960. 192 с.
11.Руководство по пайке металлов мяг кими припоями / Пер. с англ.; Под ред. В. Р. Вер ченко. М.: Оборонно, 1963. 186 с.
12.Смирнов Н. Н., Ицкович А. А. Об служивание и ремонт авиационной техники по состоянию. М.: Транспорт, 1980. 229 с.
13. Справочник по пайке / Под. ред. С. Н. Лоцманова, И. Е. Петрунина, В. П. Фро лова. М.: Машиностроение, 1975. 407 с.
14.Стеклов О. И., Лапшин Л. Н. Кор розионно-механическая стойкость паяных со единений. М.: Машиностроение, 1981. 101 с.
15.Форрест П. Усталость металлов / Пер. с англ.; Под ред. С. В. Серенсена. М.: Машиностроение, 1968. 352 с.
16.Фролов В. П. Методы выбора опти мальных конструкционных материалов и тех нологии изготовления полипланных панелей с ортогональной решеткой. Научно-методичес кие материалы. М.: ВВИА им. Н. Е. Жуковско го, 1974. 243 с.
17.Хейвуд Р. Б. Проектирование с уче том усталости / Пер. с англ.; Под ред. И. Ф. Об разцова. М.: Машиностроение, 1969. 674 с.
18.Безумов А. В., Ковалёв В.Д., Фро лов В. П. Математическая модель прогноза вероятности совпадения результатов расчета
Стдэ и CTJ’2 с экспериментальными данными
для титановых сплавов / В сб.: Инженерные ме тоды обеспечения безопасности полетов при экс плуатации и ремонте авиационной техники гра жданской авиации. М. МИИГА, 1987. С. 56 - 78.
19.Варшавский А. Д., Плаунов В. П., Ильин А. М., Чикунов М. И. Автоматизиро ванный расчет предела прочности и модуля упругости в функции температуры с помощью ЕС ЭВМ / В сб.: Инженерные методы обеспе чения безопасности полетов при ремонте авиа ционной техники гражданской авиации. М.: МИИГА, 1986. С. 9 4 - 102.
20.Каберда С. А., Фролов В. П. Опре деление температуры плавления медных спла вов на основе химического состава / В сб.: Эф фективность процессов восстановления авиа ционной техники гражданской авиации. М.: МИИГА, 1985. С. 94 -106 .
21.Информационная поддержка САПР технологических процессов производства и ре монта ДА и двигателей с применением пайки и сварки современных конструкционных сплавов /
В.П. Фролов, В. Н. Семенов, В. М. Засимов, А. В. Жариков. М.: Машиностроение, 1996. 367 с.
22.Решетчатые крылья / С. М. Белоцер ковский, Л. А. Одновол, Ю. 3. Сафин и др.; Под ред. С. М. Белоцерковского. М.: Машино строение, 1985. 320 с.