Пайка отличается от сварки тем, что для соединения деталей используется припой - материал, существенно отли­чающийся по химическому составу от со­единяемых деталей. Этот процесс идет, как правило, при более низких температу­рах, чем сварка, позволяет соединять де­тали из разных материалов, требует мень­ших трудозатрат, чем сварка, дает корро­зионно-стойкие соединения. Процесс пай­ки состоит в установке и закреплении паяемых элементов, введении в зазор при­поя, сжатии элементов, установке индук­тора для электронагрева (при индукцион­ной пайке), подаче в него тока высокой частоты, выключении тока, выдержке для затвердевания припоя и остывания соеди­нения.

Основной тип паяных соединений - нахлесточные. Для пайки труб применяют соединения нахлесточные, косостыковые и стыковые с V-образной разделкой (рис. 5.87). При пайке других объектов обычно используют один из показанных типов соединений.

Вопросы неразрушающего контроля паяных соединений в общем виде рас­смотрены в ГОСТ 24715-81. В нем указа­на возможность применения практически всех методов неразрушающего контроля и перечислены ограничения в их примене­нии. Каких-либо рекомендаций по схемам и параметрам контроля в ГОСТ не содер­жится.

Более детально вопросы ультразву­кового контроля паяных соединений рас­смотрены в ГОСТ 26126-84, рекоменда­ции которого далее излагаются. Система­тическое исследование ультразвукового контроля паяных соединений выполнено в МГТУ А. Л. Ремизовым, работы которого также здесь использованы.

Наиболее распространенный дефект паяных соединений - непропай (82 ... 89 %). Значительно реже встречаются по­ры (8 ... 13 %), шлаковые включения (3 ... 5 %). Трещины возникают редко, при гру­бом нарушении технологического режима, загрязнении припоя примесями.

В нахлесточных соединениях шири­ной 20 ... 100 мм и длиной 10 ... 200 мм наиболее часто встречаются непропай

площадью 10 ... 30 мм2. Непропай в вер­шине стыкового соединения с V-образной разделкой обычно имеет длину 20 ... 80 мм. Прочностные исследования при статиче­ских и динамических нагрузках показали, что в строительных конструкциях толщи­ной 4 ... 20 мм внутренние непропай пло­щадью до 40 % площади соединения мож­но отнести к допустимым. Для дефектов, выходящих на поверхность, допустимы непропай площадью 30 %. Таким образом, несмотря на то, что большинство дефектов паяных соединений относится в плоскост­ным, нормы на величину подлежащих вы­явлению дефектов не являются жесткими.

При контроле паяных соединений эхометодом от границы сплавления (без дефектов) возникает сигнал, связанный как с разнородностью соединяемых ме­таллов (если пайка применяется для со­единения разных материалов), так и с раз­ными акустическими свойствами основно­го металла и припоя. При пайке стали слой припоя толщиной Ах меньше длины волны ультразвука по своим отражатель­ным свойствам приблизительно эквива­лентен плоскодонному отражателю диа­метром 2 мм. Признаком наличия дефекта типа непропая служит увеличение ампли­туды сигнала выше этого уровня.

На рис. 5.88 показаны основные схе­мы контроля паяных соединений перечис­ленных выше типов. Направление акусти­ческой оси ультразвукового пучка должно быть по возможности перпендикулярным к разделке соединения. Это обеспечивает

хорошее обнаружение непропаев.

Контроль нахлесточных соедине­ний. Нахлесточные соединения толщиной 2 ... 20 мм строительных конструкций кон­тролируют PC-преобразователем на часто­ту 2,5 ... 5,0 МГц, по схеме рис. 5.88, а. Желательно, чтобы фокальная точка поля преобразователя располагалась на глубине зоны пайки: это повысит точность опреде­ления границ дефектной зоны.

Настройку скорости развертки и чув­ствительности выполняют по донному сигналу элемента, со стороны которого выполняется контроль (рис. 5.89). По по­ложению на развертке донный сигнал сов­падает с эхосигналами от возможных де­фектов. Этот участок развертки выделяют стоб-импульсом. После этого чувстви­тельность повышают на 12 дБ - поиско­вый уровень. Уровень фиксации на 3 дБ меньше. Для обнаруженных дефектов из­меряют длину - максимальный размер. Паяные соединения строительных конст­рукций бракуют, если протяженность одиночного дефекта или суммарная про­тяженность нескольких дефектов превы­шает максимальный размер нахлестки (длину или ширину).

Приведем примеры работ других ав­торов по контролю паяных соединений, выполненных внахлестку. При контроле пайки медным припоем износостойкой твердосплавной пластины диаметром 34 мм к стальному корпусу толкателя (рис. 5.90) В. В. Зумберовым и др. установ-

лено, что амплитуда эхосигнала от полно­го непропая на 10 ... 15 дБ больше, чем от качественной пайки. Контроль ведется со стороны пластины. Ввиду ее небольшой толщины применяют преобразователь на частоту 5 МГц. Для поиска дефектов при­меняют преобразователь небольшого раз­мера, а для оценки площади непропая применяют преобразователь с площадью пьезопластин 105 мм2. Площадь непропая определяли по амплитуде эхосигнала с помощью экспериментальной градуиро­вочной кривой.

Подобная методика применена для контроля паяных сплавных соединений шайбы из кремния с вольфрамовым тер­мокомпенсатором в силовом полупровод­никовом приборе. Диаметр шайбы - 40 мм, ее толщина 0,35 мм. Использовали преобразователь на частоту 13,5 МГц. Чувствительность настраивали по отвер­стию диаметром 3 мм, выполненному в вольфраме, так, что образовывалось плос­ко доное отверстие на границе соединения. Признаком дефекта считали резкое (на 6 ... 10 дБ) увеличение эхосигнала от гра­ницы. Возможно было применение также реверберационного метода. Удавалось обнаруживать дефекты диаметром 1 мм.

Размеры небольших дефектов измеряли по амплитудному признаку, а больших - определением границ дефектов.

Применение PC-преобразователя так­же позволило решить задачу контроля пайки серебряным припоем трубы прямо­угольного сечения из коррозионно-стой­кой стали к медному основанию (В. В. Сажин и др) Настройку выполняли по плоскодонному отверстию диаметром

1,5 мм, а выявляли дефекты площадью 0,8 мм2.

А. Е. Глаголевым и др. [83] разрабо­таны аппаратура и методика контроля пайки металлокерамических узлов. Внут­ренний диаметр узла 6 ... 30 мм, толщина 0,5 ... 4 мм (рис. 5.91) Для контроля при­менен теневой метод с иммерсионным контактом. Излучателем служит пьезопла­стина на 15 МГц с частичной фокусиров­кой.

Рис. 5.89. Настройка скорости
развертки и чувствительности при контроле
нахлесточных соединений

Приемный преобразователь снабжен волноводом из оптического волокна диа­метром 0,6 мм, что повышает фронталь­ную разрешающую способность. Пьезо­пластина в приемнике окружена торои­дальной индукционной катушкой. При­менение такой системы вместо обычно применяемой емкостной (электроды па плоскостях пьезопластины) в данной кон­струкции приемника позволило на поря­док увеличить чувствительность. Уста­новка позволяет выявлять дефекты диа­метром 0,3 мм. Достоверность оценки годных изделий равна 0,97.

Е. Ф. Кретовым и др. [423, с. 131] ис­следованы оптимальные параметры УЗ - контроля пайки бериллиевой или вольфра­мовой облицовки на медную или бронзо­вую основу элементов термоядерного ре­актора. Пайка выполнялась припоем CuInSnNi. Толщина облицовки 3 ... 10 мм.

Наилучшие результаты были получе­ны при контроле со стороны облицовки PC-преобразователем с минимальным размером фокуса 1,6 х 2,6 мм2. Структура материалов - мелкозернистая и однород­ная, поэтому возможно выявление плос­кодонных отверстий диаметром 1 мм и даже меньше. С учетом наличия эхосигна­
ла от бездефектной границы минимальный диаметр обнаруживаемого плоскодонного отверстия 0,25 ... 1,25 мм. Когда диаметр плоскодонного отверстия превосходил 2 ... 4 мм, амплитуда эхосигнала переста­вала увеличиваться. В этом случае оценку размера реальных дефектов можно было проводить путем оконтуривания.

Разрезка и металлографическое ис­следование образцов показали, что досто­верность результатов, определенная как отношение числа участков, где результаты УЗ-контроля совпадали с металлографией, к общему количеству рассмотренных уча­стков, составляет 81 %.

Качество паяного соединения сталь­ных обшивок со стальным сотовым за­полнителем в шумогасящих сотовых па­нелях реактивных авиационных двигате­лей на одном из заводов успешно контро­лируют акустическим импедансным мето­дом. Толщина обшивок 0,5 мм, толщина панелей около 20 мм. Контроль выполня­ют вручную дефектоскопом АД-40И. Вы­являют дефекты соединения обшивки с сотовым блоком диаметром более 10 ... 15 мм.

В НИАТе В. А. Катуркиным, В. И. Са- фрончиком и др. разработана установка

новка УКН-3 для автоматизированного контроля импедансным методом стальных паяных сотовых панелей размером 1100 х х 1600 мм. Механическое сканирующее устройство перемещало преобразователь по поверхности панели по параллельным прямым, разделенным небольшим шагом, который мог регулироваться в пределах 2 ... 5 мм. Скорость сканирования поряд­ка 15 м/мин. Для уменьшения фрикцион­ных шумов и износа контактного нако­нечника преобразователя поверхность панели смазывали минеральным маслом. В установке использовали импедансный дефектоскоп ИАД-2 с приставкой ПСК-1, служащей для питания пера самописца. Результаты контроля в масштабе 1:2 запи­сывали на электротермическую бумагу. Диаграмма записи дает наглядное пред­ставление не только о выявленных дефек­тах, но и о структуре сотового запол­нителя.

И. Б. Московенко и др. установили эффективность применения низкочастот­ных акустических методов контроля пайки [423, с. 217]. Контролировалась пайка кожуха с демпфером по измерению числа
периодов N послезвучания за определен­ное время. Колебания возбуждались нор­мированным механическим ударом: маят­ником с определенными массой, длиной и углом отвода. При нормальной пайке вре­мя послезвучания было не менее 700 мс. С улучшением качества пайки число перио­дов колебаний за это время увеличива­лось. Другой вариант низкочастотного метода был основан на измерении скоро­сти шарика v после его отскока от места соединения кожуха с демпфером (прибор "Эквотип"). Рис. 5.92 показывает одно­временное увеличение параметров v и N с улучшением качества пайки.

Контроль пайки стыковых соеди­нений труб с толщиной стенки 4 ... 20 мм. Методика разработана в МГТУ им. Баумана А. Л. Ремизовым. Стыковые соединения труб контролируют наклон­ным преобразователем с углом ввода 50° на частоту 2,5 МГц (рис. 5.93). При этом не стремятся строго выполнить условие перпендикулярности падения ультразвука на кромку соединения. В качестве стан­дартных образцов предприятия использу­ют неспаянные трубные элементы

(рис. 5.94), толщина которых отличается от номинальной не более чем на 10 %, а диаметр соответствует номинальному диа­метру трубы. Контроль выполняют одно­кратно (7) и двукратно (2) отраженными лучами с одной стороны шва и двукратно отраженным лучом (3) с другой стороны соединения (см. рис. 5.93).

Длительность развертки настраивают по максимальным эхосигналам от дву­гранных углов (положения преобразовате­ля 7, 2 и 3, рис. 5.94). Положения импуль­сов отмечают на линии развертки, а всю зону их появления стробируют.

Предложен способ настройки чувст­вительности по опорному сигналу от от­верстия диаметром 6 мм в СО-2.

Приведем требования по результатам контроля ультразвуковым и радиографи­ческим методами паяных швов с кососты­ковой разделкой кромок, действующие при строительстве трубопроводов. Годны-

ми считаются соединения, в которых:

а) отсутствуют трещины любой про­тяженности;

б) ширина непропая (отсутствие сце­пления припоя с соединяемыми кромками труб) и неметаллических включений не превышает 20 % ширины шва при протя­женности шва не более 50 мм;

в) имеются поры или неметалличе­ские включения размером не более 10 % ширины шва при расстояниях между со­седними дефектами менее трехкратного размера дефекта на участке шириной не более 20 % ширины шва с суммарной длиной не более 1/5 периметра стыка;

г) имеются цепочки пор и неметалли­ческих включений шириной не более 20 % ширины шва с суммарной длиной не более 1/5 периметра трубы.

Приведенные требования разработа­ны для оценки качества соединений по результатам радиографического контроля, но непригодны при оценке качества по результатам ультразвукового контроля, поскольку они в основном сформулирова­ны в терминах, недоступных измерениям ультразвуком. В табл. 5.12 приведены ре­комендации по оценке качества стыковых паяных соединений труб строительных конструкций толщиной 4 ... 20 мм, сфор­мулированные в пригодном для ультра­звукового контроля виде.

В графе "Чувствительность" указано количество децибел, которое нужно при­бавить (+) или отнять (-) от значения опорного сигнала. С учетом того, что ра-

нее при контроле сварных соединений отмечалось возникновение ошибок при настройке чувствительности по образцу с плоской поверхностью, при последующем переходе к контролю по поверхности тру­бы, целесообразно изменить способ на­стройки чувствительности и использовать в качестве опорных сигналов отражения от рекомендованных выше СОП.

Контроль расплавления припоя. Ультразвуковой контроль процесса рас­плавления припоя выполняют методами прохождения или отражения. Метод про­хождения применяли [194] при контроле пайки серебряным припоем материалов типа меди с коваром, стали с коваром и ковара с коваром. Использовали припой в виде фольги толщиной 30 ... 50 мкм. При экспериментах соединяемые детали имели вид стержней диаметром 20 мм длиной от 30 до 190 мм. При производственном кон­троле детали имели вид малогабаритных трубочек, пластин или шайб. В этом слу­чае применяли стальные волноводы.

Прямые преобразователи на частоту

1,8 или 2,5 МГц устанавливали вблизи торцов деталей. Для возбуждения приме­няли ЭМА-преобразователь, а для приема - пьезоэлектрический преобразователь с сухим контактом. Сила прижатия до ЮН.

Преобразователи располагали вне нагре­вательного устройства. Момент расплав­ления припоя очень четко фиксировался по резкому увеличению сквозного сигнала на 10 ... 20 дБ в зависимости от типа при­поя. При дальнейшем повышении темпе­ратуры сигнал медленно увеличивался или уменьшался.

В МГТУ разработана аппаратура для контроля расплавления припоя при стыко­вой пайке стальных труб диаметром 57 мм с толщиной стенки 3 ... 8 мм [229]. Тем­пература пайки достигала 1200°, а в месте установки преобразователей (около 100 мм от шва) температура была приблизительно 200°. С учетом этого применяли преобра­зователи с металлическими призмами, но лучшие результаты были получены с ис­пользованием преобразователей с плекси­гласовыми водоохлаждаемыми призмами (рис. 5.95). Преобразователями с металли­ческими призмами возбуждали продоль­ные наклонные волны, а преобразователи с плексигласовыми призмами - головные волны. Применяли частоту 1,8 МГц.

При вводе продольных наклонных волн наблюдали многократные эхосигна - лы от торца трубы, которые возникали в результате переотражений и трансформа­ций волн внутри стенки. При повышении

Рис. 5.95. Контроль процесса расплавления припоя методом отражения продольными (1) и головными (2) волнами. Ослабление амплитуды А в зависимости от температуры

температуры амплитуды сигналов умень­шались и практически исчезали при тем­пературе, близкой к температуре расплав­ления припоя (7). При вводе головных волн наблюдали один большой импульс, который при нагреве уменьшался (2). При температуре расплавления припоя ослаб­ление составляло 30 дБ, что служило его признаком.

Рассмотренные примеры позволяют сделать вывод о том, что наиболее удоб­ная схема контроля расплавления припоя - метод прохождения. Необходимость при­
нятия мер для теплозащиты преобразова­теля усложняет аппаратуру для контроля.

Дефектоскопия припоя. Специаль­ная задача - контроль ленты, используе­мой в качестве припоя. Ее сплошность - важное условие достижения высококаче­ственной пайки. Поскольку толщина лен­ты обычно не превосходит 0,5 мм, рацио­нально применение нормальных волн. Рекомендуется применение МОДЫ 5] на частоте 5 МГц (Н. М. Иванов и др.) Для серебряной ленты угол плексигласовой призмы должен быть 56° вдоль направле­ния прокатки и 52° в поперечном направ­лении, поскольку лента обладает большой анизотропией свойств. Достигалась чувст­вительность, обеспечивающая выявление сквозного отверстия диаметром 3 мм при контроле вдоль направления прокатки и 0,5 мм в поперечном направлении.

Контроль свертных паяных труб. В Украинском трубном институте (г. Днеп­ропетровск) разработана установка для контроля в потоке свертных паяных труб диаметром 6 ... 15 мм с толщиной стенки 0,7 ... 0,9 мм. Такая труба образуется дву­мя слоями омедненной стальной ленты. При нагреве и обжатии происходит рас­плавление меди и соединение слоев. Ос­новной тип дефекта — непропай.

Разработанная установка предусмат­ривает контроль в локальной иммерсион­ной ванне с помощью нормальных волн, распространяющихся вдоль оси трубы. Возбуждение и прием волн осуществляют кольцеобразными пьезопластинами 1 с фокусировкой линзой и отражением от конического зеркала 2 (рис. 5.96). Такая конструкция устраняет необходимость вращения преобразователя или трубы и повышает производительность контроля. Предпочтительнее применение метода прохождения, так как он позволяет оце­нить площадь непропая, в то время как метод отражения определял только грани­цы непропая. Надежно выявляются рас­слоения шириной 4 и длиной 25 мм.