Помощь студентам в учебе
Математическое моделирование процессов при пайке в модифицированной воздушной среде
|
Введение 3
1 Пайка в контролируемых средах и математическое моделирование
процессов 6
1.1 Пайка в контролируемых газовых средах 6
1.2 Физико-химические процессы при пайке в модифицированной
воздушной среде 16
1.3 Математическое моделирование в области сварки и родственных процессов 17
1.4 Задачи исследований 23
2 Математическое описание физико-химических процессов при пайке в
ограниченном объеме 25
2.1 Изменение состояния газа при нагреве 25
2.2 Условия создания активной парогазовой атмосферы 40
2.3 Скорость испарения легкоиспаряющихся компонентов паяльной
системы 45
2.4 Насыщение заготовок припоя из паровой фазы 49
2.5 Разработка предложений по комплексному описанию физико-химических процессов при пайке в ограниченном объеме 51
3 Определение зависимости качества паяных соединений от технологических
факторов при пайке в парах цинка 54
3.1 Методика эксперимента 56
3.2 Вывод и анализ уравнений регрессии 58
3.3 Оптимизация технологических параметров пайки в парах цинка 67
4 Поиск активаторов для пайки высоколегированных сталей 74
4.1 Методика и результаты исследований 74
4.2 Анализ и оцифровка результатов исследований 106
Заключение 113
Список используемой литературы и используемых источников 114
1 Пайка в контролируемых средах и математическое моделирование
процессов 6
1.1 Пайка в контролируемых газовых средах 6
1.2 Физико-химические процессы при пайке в модифицированной
воздушной среде 16
1.3 Математическое моделирование в области сварки и родственных процессов 17
1.4 Задачи исследований 23
2 Математическое описание физико-химических процессов при пайке в
ограниченном объеме 25
2.1 Изменение состояния газа при нагреве 25
2.2 Условия создания активной парогазовой атмосферы 40
2.3 Скорость испарения легкоиспаряющихся компонентов паяльной
системы 45
2.4 Насыщение заготовок припоя из паровой фазы 49
2.5 Разработка предложений по комплексному описанию физико-химических процессов при пайке в ограниченном объеме 51
3 Определение зависимости качества паяных соединений от технологических
факторов при пайке в парах цинка 54
3.1 Методика эксперимента 56
3.2 Вывод и анализ уравнений регрессии 58
3.3 Оптимизация технологических параметров пайки в парах цинка 67
4 Поиск активаторов для пайки высоколегированных сталей 74
4.1 Методика и результаты исследований 74
4.2 Анализ и оцифровка результатов исследований 106
Заключение 113
Список используемой литературы и используемых источников 114
Актуальность темы исследования. В условиях массового производства, высокотемпературная пайка с применением флюсов теряет свое лидирующее значение, так как после пайки требуется тщательная обработка готового изделия от остатков флюса. Изделия, работающие в агрессивных средах, при высоких температурах, должны быть обеспечены надежной защитой соединений от коррозии. Подобную защиту довольно сложно обеспечить при флюсовой пайке, особенно если изделие имеет большое количество соединений, находящихся преимущественно в труднодоступных местах. Производить отмывку флюсов после пайки таких изделий сложный, трудоемкий и порой просто невыполнимый процесс. Поэтому есть необходимость применения бесфлюсовой пайки, в частности пайки в контролируемой атмосфере [23].
Известные способы пайки в контролируемых газовых средах, как правило, требуют применения дорогостоящего оборудования, что оправданно только большими программами выпуска изделий. Для мелкосерийного производства наилучшим вариантом является контейнерная пайка в модифицированной воздушной среде с применением различных активаторов.
Вопросами пайки в контролируемых газовых средах занимались как отечественные, так и зарубежные ученые. Исследования проводились в разных направлениях: создание нового оборудования, использование различных газов, активаторов, в частности паров активных металлов. Этими вопросами занимались в разное время такие ученые как С.Д. Миллер (США), O. Сунао (Япония), К.А. Виттке (Германия), В.Ф. Хорунов (Украина), P. Е. Есенберлин, А.А. Суслов, Ю.И Березников, Ю.А. Лебедев. Исследования и разработки данных направлений проводились на кафедре пайки ТПИ (ТГУ) Б.Н. Перевезенцевым, А.Ю. Краснопевцевым, А.Л. Федоровым, О.В. Шашкиным и другими учеными. Интересным направлением явилось получение газовой среды из воздуха (К.А. Виттке, Ю.А. Лебедев, А.Ю. Краснопевцев).
В процессе проведения данного научного исследования были получены хорошие результаты применительно к углеродистым сталям. Но, тем не менее, существует необходимость проведения дальнейших исследований влияния технологических параметров пайки на основные показатели качества паяных соединений. Применительно к нержавеющим сталям, при данном способе пайки, до настоящего времени не было получено соединений удовлетворительного качества. Исследования, направленные на расширение возможностей и области применения пайки в модифицированной воздушной среде продолжаются, в том числе в рамках данной работы.
В настоящее время большое внимание в различных сферах уделяется цифровизации, которая предоставляет новые возможности, в том числе в области науки и технологий. Благодаря использованию математического описания возможно более точное и долговременное сохранение информации, устранение случайных ошибок, выявление скрытых закономерностей, более быстрая адаптация технологий к конкретным условиям производства. Поэтому использование математического описания целесообразно на всех стадиях исследований, от получения первых результатов до внедрения. В настоящей работе предпринята попытка создания математических моделей физико-химических и технологических процессов, происходящих при пайке в модифицированной воздушной среде.
Объектом исследования является пайка в модифицированной воздушной среде.
Предметом исследования является математическое моделирование процессов, происходящих в модифицированной воздушной среде.
Целью данной работы является повышение качества паяных соединений и расширение области применения пайки в модифицированной воздушной среде путем математического моделирования физико-химических и технологических процессов.
Поставленная цель предполагает решение следующих задач:
- поиск зависимостей, описывающих основные физико-химические процессы при пайке в модифицированной воздушной среде, и определение возможного направления их комплексного описания;
- получение эмпирических зависимостей параметров качества соединений при пайке углеродистых сталей в парах цинка от технологических параметров и оптимизация режимов пайки;
- поиск активаторов для расширения области применения пайки в модифицированной воздушной среде и оцифровка результатов исследования изменения массы активаторов при нагреве в модифицированной воздушной среде.
Теоретико-методологическую основу исследования составили труды российских и зарубежных ученых в области бесфлюсовой пайки в контролируемых средах и математического моделирования процессов, происходящих при сварке и других родственных процессах.
Методы исследования, применяемые при выполнении научно-квалификационной работы: механические испытания, термомассометрические исследования, статистические методы обработки полученных результатов, математическое планирование многофакторного эксперимента.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключается в получении зависимостей параметров качества паяных соединений от технологических факторов при пайке в парах цинка, а также новых экспериментальных результатов по изменению массы перспективных активаторов при нагреве в модифицированной воздушной среде.
Практическая значимость исследования. Полученные результаты использованы при оптимизации режимов пайки в модифицированной воздушной среде в парах цинка. Результаты исследования новых активаторов могут быть полезны для расширения области применения пайки в модифицированной воздушной среде.
Известные способы пайки в контролируемых газовых средах, как правило, требуют применения дорогостоящего оборудования, что оправданно только большими программами выпуска изделий. Для мелкосерийного производства наилучшим вариантом является контейнерная пайка в модифицированной воздушной среде с применением различных активаторов.
Вопросами пайки в контролируемых газовых средах занимались как отечественные, так и зарубежные ученые. Исследования проводились в разных направлениях: создание нового оборудования, использование различных газов, активаторов, в частности паров активных металлов. Этими вопросами занимались в разное время такие ученые как С.Д. Миллер (США), O. Сунао (Япония), К.А. Виттке (Германия), В.Ф. Хорунов (Украина), P. Е. Есенберлин, А.А. Суслов, Ю.И Березников, Ю.А. Лебедев. Исследования и разработки данных направлений проводились на кафедре пайки ТПИ (ТГУ) Б.Н. Перевезенцевым, А.Ю. Краснопевцевым, А.Л. Федоровым, О.В. Шашкиным и другими учеными. Интересным направлением явилось получение газовой среды из воздуха (К.А. Виттке, Ю.А. Лебедев, А.Ю. Краснопевцев).
В процессе проведения данного научного исследования были получены хорошие результаты применительно к углеродистым сталям. Но, тем не менее, существует необходимость проведения дальнейших исследований влияния технологических параметров пайки на основные показатели качества паяных соединений. Применительно к нержавеющим сталям, при данном способе пайки, до настоящего времени не было получено соединений удовлетворительного качества. Исследования, направленные на расширение возможностей и области применения пайки в модифицированной воздушной среде продолжаются, в том числе в рамках данной работы.
В настоящее время большое внимание в различных сферах уделяется цифровизации, которая предоставляет новые возможности, в том числе в области науки и технологий. Благодаря использованию математического описания возможно более точное и долговременное сохранение информации, устранение случайных ошибок, выявление скрытых закономерностей, более быстрая адаптация технологий к конкретным условиям производства. Поэтому использование математического описания целесообразно на всех стадиях исследований, от получения первых результатов до внедрения. В настоящей работе предпринята попытка создания математических моделей физико-химических и технологических процессов, происходящих при пайке в модифицированной воздушной среде.
Объектом исследования является пайка в модифицированной воздушной среде.
Предметом исследования является математическое моделирование процессов, происходящих в модифицированной воздушной среде.
Целью данной работы является повышение качества паяных соединений и расширение области применения пайки в модифицированной воздушной среде путем математического моделирования физико-химических и технологических процессов.
Поставленная цель предполагает решение следующих задач:
- поиск зависимостей, описывающих основные физико-химические процессы при пайке в модифицированной воздушной среде, и определение возможного направления их комплексного описания;
- получение эмпирических зависимостей параметров качества соединений при пайке углеродистых сталей в парах цинка от технологических параметров и оптимизация режимов пайки;
- поиск активаторов для расширения области применения пайки в модифицированной воздушной среде и оцифровка результатов исследования изменения массы активаторов при нагреве в модифицированной воздушной среде.
Теоретико-методологическую основу исследования составили труды российских и зарубежных ученых в области бесфлюсовой пайки в контролируемых средах и математического моделирования процессов, происходящих при сварке и других родственных процессах.
Методы исследования, применяемые при выполнении научно-квалификационной работы: механические испытания, термомассометрические исследования, статистические методы обработки полученных результатов, математическое планирование многофакторного эксперимента.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключается в получении зависимостей параметров качества паяных соединений от технологических факторов при пайке в парах цинка, а также новых экспериментальных результатов по изменению массы перспективных активаторов при нагреве в модифицированной воздушной среде.
Практическая значимость исследования. Полученные результаты использованы при оптимизации режимов пайки в модифицированной воздушной среде в парах цинка. Результаты исследования новых активаторов могут быть полезны для расширения области применения пайки в модифицированной воздушной среде.
Выводы:
- выявлены математические модели, которые можно использовать для описания ряда физико-химических процессов, происходящих при пайке в модифицированной среде и предложено направление создания комплексной модели;
- получены зависимости, описывающие влияние технологических факторов на показатели качества соединений при пайке в парах цинка, которые могут использоваться для прогнозирования и управления качеством паяных соединений;
- предложенные методы оптимизации режимов пайки позволяют подобрать режим пайки в зависимости от важности того или иного показателя качества или их совокупности для конкретного изделия;
- выявленные закономерности изменения массы ряда активаторов позволили выявить предпочтительные температурные интервалы их использования, а также предположить механизм некоторых происходящих процессов;
- применение математических методов на каждом из направлений работы позволило повысить объективность и возможность дальнейшего использования полученных результатов;
- полученные результаты позволяют повысить качество паяных соединений и расширить область применения пайки в модифицированной воздушной среде и таким образом достичь поставленной цели работы.
Результаты работы могут быть рекомендованы к использованию при разработке технологических процессов пайки в модифицированной воздушной среде и проведении дальнейших исследований.
- выявлены математические модели, которые можно использовать для описания ряда физико-химических процессов, происходящих при пайке в модифицированной среде и предложено направление создания комплексной модели;
- получены зависимости, описывающие влияние технологических факторов на показатели качества соединений при пайке в парах цинка, которые могут использоваться для прогнозирования и управления качеством паяных соединений;
- предложенные методы оптимизации режимов пайки позволяют подобрать режим пайки в зависимости от важности того или иного показателя качества или их совокупности для конкретного изделия;
- выявленные закономерности изменения массы ряда активаторов позволили выявить предпочтительные температурные интервалы их использования, а также предположить механизм некоторых происходящих процессов;
- применение математических методов на каждом из направлений работы позволило повысить объективность и возможность дальнейшего использования полученных результатов;
- полученные результаты позволяют повысить качество паяных соединений и расширить область применения пайки в модифицированной воздушной среде и таким образом достичь поставленной цели работы.
Результаты работы могут быть рекомендованы к использованию при разработке технологических процессов пайки в модифицированной воздушной среде и проведении дальнейших исследований.