Соединения паяные. Методы испытаний на растяжение и длительную прочность

ГОСТ 28830-90 (ИСО 5187-85)

Группа В09

     

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ


СОЕДИНЕНИЯ ПАЯНЫЕ

Методы испытаний на растяжение и длительную прочность

Soldered and brazed joints.
Test methods for tension and long-term strength

МКС 25.160.50
ОКСТУ 0072

Дата введения 1992-01-01

     
     
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Государственным комитетом СССР по управлению качеством продукции и стандартам

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 28.12.90 N 3466

Настоящий стандарт разработан методом прямого применения международного стандарта ИСО 5187-85 с дополнительными требованиями, отражающими потребности народного хозяйства

3. ВЗАМЕН ГОСТ 23047-78, ГОСТ 25200-82, ГОСТ 26102-84

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

5. ПЕРЕИЗДАНИЕ. Февраль 2005 г.


Настоящий стандарт распространяется на паяные соединения металлов и сплавов и устанавливает методы статических испытаний на растяжение и длительную прочность при нормальных, высоких и низких температурах от минус 269 °С до 1200 °С.

Дополнительные требования и рекомендации выполнены курсивом.

0. ВВЕДЕНИЕ

0. ВВЕДЕНИЕ

Паяное соединение образовано из материалов с разными физическими и химическими свойствами. Оно состоит из паяемого материала и припоя. На контактных поверхностях образцов при пайке протекают диффузионные процессы с образованием новых сплавов в соединении.

Положение теории упругости, применяемое для однородных металлических тел при расчете напряжений, вызванных внешними силами, передаваемыми равномерно от элемента поверхности или объема к соседним элементам для изучения прочности этих разнородных соединений, не используют. Прочность паяного соединения отличается от прочности паяемых материалов, припоев и зависит от различных факторов. Испытания на определение прочности необходимо проводить, принимая во внимание:

- химический состав и прочность паяемого материала;

- форму образца;

- геометрию и состояние поверхности соединения;

- флюс;

- технологию низкотемпературной (мягкой) и высокотемпературной (твердой) пайки (источник нагрева, температура пайки, скорость нагрева и т.д.);

- время выдержки при температуре пайки;

- зазор между паяемыми деталями;

- количество образцов для испытаний;

- используемые методы представления результатов;

- характер и размер дефектов на поверхности излома.

Настоящий стандарт устанавливает следующие характеристики паяных конструкций:

а) при высокотемпературной пайке:

- временное сопротивление при растяжении при низкой, высокой и комнатной температурах;

- предел прочности на срез при низкой, высокой и комнатной температурах;

- предел длительной прочности при повышенной температуре;

б) при низкотемпературной пайке:

- предел прочности на срез при низкой, высокой и комнатной температурах;

- предел длительной прочности при низкой, высокой и комнатной температурах;

- временное сопротивление при растяжении при низкой, высокой и комнатной температурах.

Примечания:

1. Низкими температурами следует считать температуры от минус 269 °С до плюс 15 °С.

2. Комнатной температурой следует считать температуру (20±5) °С.

3. Высокими температурами следует считать температуры от (20±5) °С до (1200±50) °С.


Для получения воспроизводимых и сравнимых результатов испытаний на растяжение и срез стандарт предусматривает методику испытаний и образцы определенного типа.

1. ОБЛАСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

Настоящий стандарт устанавливает основы и методику испытаний, предназначенные для определения стандартных механических характеристик паяных соединений при высокотемпературной и низкотемпературной пайке, предлагает метод обработки полученных результатов.

Стандарт устанавливает требования при статических кратковременных и длительных испытаниях паяных соединений, изготовленных из паяемых материалов, припоев и флюсов путем высокотемпературной и низкотемпературной пайки черных и цветных металлов и сплавов.

Стандарт следует применять при контрольных и исследовательских испытаниях.

2. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

2.1. Типы образцов

2.1.1. Стандартная прочность на срез

Для определения стандартной прочности на срез используют телескопический образец с заданным зазором, а паяное соединение подвергают напряжению среза, если к образцу прикладывают растягивающее усилие. Образцы типов I и II приведены на черт.1 и 2.

Черт.1. Образцы типа I для испытаний на срез

Образцы типа I для испытаний на срез

Черт.1

Черт.2. Заготовки типа I для испытаний на срез

Заготовки типа I для испытаний на срез

Черт.2

Тип выбранного образца указывают в протоколе испытаний (приложение 1).

2.1.2. Стандартное временное сопротивление при растяжении

Для определения стандартного предела прочности используют торцевые соединения двух цилиндрических образцов с заранее заданным зазором в пределах допуска. Размеры образца для испытания на растяжение приведены на черт.3.

Черт.3. Образцы типа II для испытаний на растяжение

Образцы типа II для испытаний на растяжение

Черт.3

2.1.3. Образцы, установленные ИСО 5187, являются основными, однако они не охватывают всех видов паяных соединений и типов нагружений. В целях более полного определения свойств паяных соединений допускается применение дополнительных типов и размеров образцов.

Для испытаний на растяжение можно применять образцы типов II и III, на срез - типов I, IV и V, на длительную прочность - типов I-V.

Форма и размеры дополнительных образцов должны соответствовать указанным на черт.9-13 и в табл.5-7 приложения 2.

При толщине материала меньше 3 мм применяют образцы типа IV, при больше 3 мм - образцы типа V.

Форма и размеры головок плоских и цилиндрических образцов, а также размеры переходных частей от головок образца к его рабочей части не являются обязательными и определяются способом крепления в захватах испытательной машины. Варианты головок приведены на черт.14-16 и в табл.8 приложения 2.

При испытании образцов типов III и IV (без головок) толщиной менее 3 мм допускается применение усиливающих накладок в захватных частях образцов.

Образцы, подлежащие испытанию в термически обработанном состоянии, следует подвергать термической обработке после пайки до окончательной обработки образцов.

2.1.4. Требования к заготовкам

Образцы для испытаний изготовлять из спаянных для этой цели заготовок.

Рекомендуется брать длину заготовок, обеспечивающую вырезку не менее трех образцов типов II, III и IV.

Заготовки для образцов вырезают механическим способом. Допускается применение других способов резки, при этом должен быть предусмотрен припуск, обеспечивающий удаление зоны термического влияния или наклепа.

При пайке заготовок марка паяемого материала, подготовка поверхности, припой, среда или флюс, зазор между паяемыми заготовками, способ и режим пайки должны быть такими, как в разрабатываемом технологическом процессе.

Ширину нахлестки подбирают так, чтобы при испытаниях образцов разрушение происходило по паяному шву.

Ширину зазора при пайке рекомендуется обеспечивать с помощью соответствующих приспособлений. Допускается обеспечение зазора с помощью прокладок. Прокладки рекомендуется изготовлять из паяемого материала. Участок паяного шва с прокладками должен быть удален в процессе изготовления образцов.

2.2. Выбор паяемого металла и зазора

При проведении испытаний предел прочности паяного соединения должен быть ниже (или равен ему) предела текучести паяемого материала. Материал образцов и зазор в паяном соединении должны соответствовать реальным условиям эксплуатации.

Паяемый металл и зазор в паяном соединении указывают в протоколе испытаний (см. приложение 1).

2.3. Подготовка поверхностей

Поверхности перед пайкой должны быть очищены от пыли, окислов, смазки, масла, краски и т.д. В зависимости от свойств паяемого материала устанавливают методы очистки и отмывки.

Поверхность образцов под пайку должна иметь параметр шероховатости 1,6-3,2 мкм для образцов из меди и ее сплавов и 1,6-6,3 мкм - для образцов из нелегированной стали.

Если испытания проводят на образцах специального назначения, то поверхность образцов должна соответствовать установленным требованиям.

В протоколе испытаний приводят метод очистки и очищающее вещество, а также состояние поверхности в месте соединений.

2.4. Применение припоев и флюсов при пайке

Составные части образцов (типов I и II) собирают в вертикальном положении, а припои и флюсы соответствующей формы (проволока, порошок и т.д.) располагают с одной стороны соединения в достаточном количестве для заполнения соединения после пайки.

При необходимости применяют флюс, соответствующий данному припою и паяемому металлу. Флюс применяют согласно инструкциям изготовителя. Характеристики флюса должны быть приведены в отчете испытаний.

Образцы следует изготовлять способами, максимально приближенными к конкретным технологическим процессам изготовления паяных конструкций. В случае проведения исследовательских испытаний способы изготовления паяных образцов должны быть установлены по согласованию с заказчиком.

2.5. Условия нагрева

Для удержания образцов (типов I и II) в вертикальном положении, указанном на черт.1-3, во избежание нагрузки на соединение во время охлаждения используют опорное устройство. Опорное устройство не должно мешать сужению и расширению образца.

Пайку образцов типов III-V допускается проводить в любом положении.

Условия нагрева должны соответствовать выбранному способу изготовления образцов.

В случае нагрева кислородно-ацетиленовым пламенем допускается использование приспособления, приведенного на черт.4. Приспособление состоит из плиты-основания 1, на которую устанавливают опору образца 2, зажимного устройства 3, качающейся опоры 4 для показанной схематически горелки 5. Могут быть использованы другие крепежные приспособления в зависимости от метода нагрева.

Черт.4. Устройство дли пайки образцов

Устройство дли пайки образцов

Черт.4

Весь узел нагревают до температуры пайки при помощи выбранного метода нагрева (горелкой, в печи, индукционным методом и др.). Если узел не нагревается равномерно по всей длине (например при нагреве горелкой или индукционным методом), то необходимо обеспечить одинаковую температуру нагрева на расстоянии 10 мм с каждой стороны.

Примечание. Если образец нагревают горелкой или индукционным методом, то цикл нагрева должен быть таким, чтобы температура пайки была достигнута за 40-60 с; выдержка при этой температуре составляет 5 с. В частных случаях образцы необходимо выдерживать при температуре пайки 10-30 с. Рабочие режимы должны быть записаны в протоколе испытаний. Если образцы изготовляют для получения специальной информации, то режимы нагрева устанавливают при предварительных контрольных испытаниях.

2.6. Количество образцов

2.6.1. По пять образцов для испытания на прочность при комнатной и низкой температурах.

2.6.2. От пяти до десяти образцов для построения кривой ползучести или при высокотемпературных испытаниях.

2.6.3. При проведении исследовательских испытаний число образцов определяют по следующей методике:

а) в большинстве случаев экспериментальные данные о механических свойствах паяных соединений имеют нормальное или близкое к нему распределение;

б) исходя из нормального закона распределения для получения достоверных данных с заданной точностью число образцов определяют следующим образом:

- задают значение относительной ошибки среднего значения определяемой характеристики и одностороннюю доверительную вероятность . Значение выбирают из ряда 0,90; 0,95; 0,99. Для общетехнических целей доверительную вероятность наиболее часто принимают равной 0,95;

- задают ожидаемый коэффициент вариации ;

- для заданных значений , и по табл.1 определяют число образцов .


Таблица 1
   

 Число испытаний при нормальном законе распределения
   

Число образцов уточняют при статистической обработке полученных результатов испытаний;

в) в обоснованных случаях допускается применять другие законы распределения.

Таблица 2

Число испытаний при логарифмически нормальном законе распределения

Таблица 3

Число испытаний при растяжении Вейбулла

2.7. Обработка образцов и требований к образцам

2.7.1. После пайки образцы для испытаний на растяжение и срез обрабатывают согласно черт.1-3, не нарушая прочностные свойства паяного соединения.

2.7.2. Для образцов, подлежащих испытанию в термически обработанном состоянии, следует подвергать термической обработке заготовки после пайки до окончательной обработки образцов.

2.7.3. Правка и рихтовка паяных заготовок не допускается.

2.7.4. Образцы из паяных заготовок должны изготовляться на металлорежущих станках или с помощью анодно-механической резки. Образцы из тонколистовых материалов допускается вырезать вулканитовыми дисками. Заусенцы на гранях образцов должны быть удалены легкой запиловкой с радиусом скругления не менее 1 мм.

2.7.5. Перед испытаниями измеряют с погрешностью не более 0,1 мм:

- поперечное сечение цилиндрических образцов в месте расположения паяного шва;

- длину и ширину паяного шва плоских образцов;

- ширину нахлестки.

По полученным результатам вычисляют площадь паяного шва, округляя значения до 0,5 мм.

При вычислении площади паяного соединения сечение галтели не учитывать.

2.7.6. Каждый образец необходимо маркировать в местах, указанных на черт.9, 11, 13, 14, 15.

2.7.7. Образцы, имеющие на паяном шве или рабочей части коробление, механические повреждения, подрезы, выходящие на поверхность инородные включения, поры, непропай и неспай, расслоения, раковины, трещины, к исследовательским испытаниям не допускаются.

При контрольных испытаниях вид и число дефектов образцов не должны превышать допустимых значений, установленных для паяных изделий.

2.7.8. Допускаемые отклонения от заданной расчетной длины образцов, длины участка рабочей части образца, на котором измеряется удлинение, не должны превышать ±1%.

2.7.9. Биение цилиндрического образца при проверке в центрах не должно превышать 0,02 мм.

2.7.10. Допускаемое отклонение по площади поперечного сечения не должно превышать ±0,5%.

2.7.11. Требования к точности измерения образцов до испытаний должны соответствовать ГОСТ 9651, если не предъявляются более жесткие требования.

2.7.12. Допуск плоскостности образца типа IV не должен превышать 2% толщины образца.

2.7.13. При изготовлении образцов типов I, IV и V следует обеспечивать радиус галтели не более 0,3 мм. Допускается механическая обработка галтели.

2.8. Проведение испытаний на срез, растяжение и длительную прочность

2.8.1. Испытания проводят в приспособлениях, специально обработанных для уменьшения изгибающих напряжений в образцах. Испытания на срез образцов, приведенных на черт.1 и 2, проводят в приспособлениях, приведенных на черт.5 и 6.

Черт.5. Устройство для испытаний образцов типа I на срез

Устройство для испытаний образцов типа I на срез

Черт.5

Черт.6. Приспособление для испытаний образцов типа II на растяжение

Приспособление для испытаний образцов типа II на растяжение

Черт.6

Прочность паяного соединения, выраженную в мегапаскалях, определяют путем деления усилия разрушения, выраженного в ньютонах, на площадь поверхности паяного шва, выраженную в квадратных миллиметрах. Результаты исследования разрушений должны быть указаны в отчете испытаний.

Для получения сравнительных характеристик испытуемых припоев при кратковременных испытаниях на срез и растяжение при низких и высоких температурах, а также комнатной температуре необходимо нагружение образцов на испытательной машине выполнять с регулируемой скоростью перемещения в микрометрах в секунду или регулируемым усилием в ньютонах в секунду.

Образцы для испытаний на срез или растяжение при нагреве должны быть подвергнуты нагрузкам в машине для испытания на растяжение, оснащенной печью. Температура образца должна быть стабилизирована в течение 1 ч до приложения нагрузки, а регулировка температуры печи должна быть менее ±1%.

Образцы испытания на длительную прочность испытывают в разрывных машинах, в которых температура испытания должна быть стабильной в течение 2 ч до приложения нагрузки, при этом температура печи должна иметь регулировку менее ±1%.

Если испытания на ползучесть проводят при комнатной температуре, то машину выбирают без печи.

Поверхности излома разрушенных образцов исследуют на наличие дефектов, а результаты исследований записывают в журнале испытаний.

2.8.2. В качестве испытательных машин при кратковременных испытаниях на растяжение и срез должны применяться разрывные и универсальные испытательные машины по ГОСТ 28840.

2.8.3. Выбор скоростей перемещения активного захвата по ГОСТ 1497.

2.8.4. Образцы типа I следует испытывать в приспособлении, приведенном на черт.5. Размеры приспособлений следует пересчитать в соответствии с размерами образцов (предел прочности материалов приспособления - не ниже 700 МПа).

2.8.5. Криостат (или сосуд с охлаждающей жидкостью) должен обеспечивать охлаждение образцов и возможность поддержания постоянства заданной температуры образца при испытании.

Конструкция и схема размещения образцов в криостате приведены на черт.19 и 20 приложения 3.

2.8.6. Для охлаждения образцов в качестве охладителей могут быть применены:

- до минус 70 °С - этиловый спирт в смеси с твердой углекислотой;

- от минус 70 °С до минус 100 °С - этиловый спирт с жидким азотом;

- от минус 100 °С до минус 196 °С - парожидкостная смесь азота;

- от минус 196 °С до минус 269 °С - парожидкостная смесь гелия.

В качестве охладителей могут быть применены и другие жидкости органического и неорганического происхождения или смеси хладагентов, которые не должны быть токсичными, агрессивными, взрывоопасными. Содержание кислорода в жидком азоте, применяемом для охлаждения образцов, - по ГОСТ 9293.

Применение в качестве охладителя жидкого кислорода или жидкого воздуха запрещается.

2.8.7. Для измерения температуры охлаждающей среды применяют жидкостные термометры с ценой деления шкалы не более 1 °С или термоэлектрические термометры сопротивления, или термоэлектрические преобразователи со вторичными приборами, отвечающими указанным требованиям в отношении цены деления шкалы.