SU1155911A1

SU1155911A1 - Method of analysing spread of melt on solid surface

Info

Publication number: SU1155911A1
Application number: SU833667208A
Authority: SU
Inventors: Михаил Аронович Криштал; Петр Викторович Лошкарев; Александр Александрович Боргардт
Original assignee: Тольяттинский политехнический институт
Priority date: 1983-11-24
Filing date: 1983-11-24
Publication date: 1985-05-15

Description

СПSP

елate

1 one

Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике и может быть использовано дл изучени и контрол процессов смачивани и растекани на системах металл-расплав легкоплавкого металла, а также дл управлени процессами пайки, контрол работоспособности изделий с легкоплавкими покрыти ми при повышенных температурах.The invention relates to measuring instrumentation and can be used to study and control the processes of wetting and spreading on metal-melt systems of a low-melting metal, as well as to control the processes of soldering, to control the performance of products with low-melting coatings at elevated temperatures.

Известен способ исследовани процесса растекани , заключающийс в нанесении вещества на пластину кварцевого резонатора, нагреве пластины до требуемой температуры, нанесении на ту же пластину в зоне нечувствительности резонатора другого вещества, растекание которого необходимо исследовать и измерении зависимости частоты резонатора от времени,по которой суд т о параметрах процесса растекани Cl3.A known method for studying the process of spreading consists in applying a substance to a quartz resonator plate, heating the plate to the required temperature, applying another substance on the same in the insensitivity zone of the resonator, the spreading of which needs to be investigated and measuring the dependence of the resonator frequency on the time judged by Cl3 spreading parameters.

Однако этот способ требует специальной подготовки объекта и применим только дл лабораторных исследований . Кроме того, непрерывный контроль процесса растекани возможен при растекании иленок очень малой толпрны из-за значительных энергетических потерь возбуждаемого сигнала в жидкой фазе.However, this method requires special preparation of the object and is applicable only for laboratory research. In addition, continuous monitoring of the spreading process is possible with the spreading of very small foils due to the significant energy loss of the excited signal in the liquid phase.

Известен способ изучени растекани , заключакш91йс в приведении вертикальной пластины из исследуемого материала в контакт с жидкостью и непрерьюном измерении силы действующей на пластину со стороны жидкости 23,A known method of studying spreading, concludes with bringing a vertical plate of the material under study into contact with a liquid and continuously measuring the force exerted on the plate by the liquid 23,

Недостаток этого способа - невозможность изучени растекани по горизонтальной поверхности.The disadvantage of this method is the impossibility of studying the spreading over a horizontal surface.

Наиболее близким по технической сущности к щ)едпагаемому вл етс способ исследовани процесса растекани расплавов по поверхности твердого тела, заключакхссийс в нанесении навески легкоплавного материала на поверхность твердого тела и нагреве твердого тела с навеской . В щ оцессе нагрева до заданной температуры провод т киносъемку процесса растекани капли расплава СЗ 3.The closest in technical essence to the g) is a method of studying the process of melt spreading over a solid surface, concluding in applying a sample of a light-melting material to the surface of a solid and heating a solid with a hinge. In the process of heating up to a predetermined temperature, the process of spreading a drop of the NW 3 melt is filmed.

Недостаток такого способа его неосуществимость в случае,когда невозможно визуальное наблюдение , например, при растекании вещества в закрытой полости. ПриThe disadvantage of this method is its impracticability in the case when visual observation is impossible, for example, when a substance spreads in a closed cavity. With

5911259112

исследовании процессов растекани расплава легкоплавкого металла по поверхности более тугоплавкого металла не обеспечиваетс высоJ ка точность регистрации момента .смачивани расплавом поверхности металла вследствие того, что взаимодействие начинаетс под каплей расплава.Investigation of the process of melt spreading of a low-melting metal on the surface of a more refractory metal does not ensure high accuracy of recording the moment of metal wetting of the metal surface due to the fact that the interaction starts under the melt drop.

0 Цель изобретени - расширение области применени способа.0 The purpose of the invention is to expand the scope of application of the method.

Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу исследовани процесса растекани расплавовThe goal is achieved by the fact that, according to the method of studying the process of melt flow

5 по поверхности твердого тела,заключающемус в нанесении навески легкоплавкого, материала на поверхность твердого тела и нагреве твердого тела с навеской, в гфоQ цессе нагрева регистрируют акустические колебани в твердом теле, по изменению интенсивности которых во времени определ ют начало процесса растекани и его длительность.5, acoustic oscillations in the solid are recorded in the heating process, and the duration of the spreading process and its duration are determined by varying the intensity over time.

5 В основе способа лежит св зь ме ду возникновением акустических колебаний при смачивании металла расплавом и последующем взаимодействии металла и расплава.5 The method is based on the relationship between the occurrence of acoustic oscillations during wetting of the metal with the melt and the subsequent interaction of the metal and the melt.

jj Изменение параметров акустической эмиссии отражает этапы взаимодействи металл-расплав следующим образом. Возникновение сигналов свидетельствует о смачивании металла расплавом. Процесс растекани ,т.е. смачивани расплавом новой поверхности металла, характеризуетс высокюш амплитудами всех параметров акустической эмиссии. О завершении растекани можно судить по значительному (не менее, чем на пор док величины) ослаблению сигналов акустической эмиссии. При кристаллизации расплава сигналы исчезают. В качестве параметра акустической эмиссии удобнее всего использовать интенсивность акустических колебаний .jj The change in acoustic emission parameters reflects the steps of the metal-melt interaction as follows. The appearance of signals indicates the wetting of the metal with the melt. Spreading process, i.e. wetting with a melt of a new metal surface, is characterized by high amplitudes of all acoustic emission parameters. The completion of the spreading can be judged by the significant (no less than an order of magnitude) weakening of the acoustic emission signals. When the melt crystallizes, the signals disappear. As a parameter of acoustic emission, it is most convenient to use the intensity of acoustic oscillations.

На фиг.1 приведена блок-схема 0 аппаратуры, необходимой дл осуществлени способа; на фиг.2 - запись изменени интенсивности акустической эмиссии с температурой в процессе нагрева.Figure 1 shows a block diagram 0 of the apparatus necessary for carrying out the method; 2 shows the recording of the change in the intensity of acoustic emission with temperature during the heating process.

5 Способ осуществл ют следующим образом.5 The method is carried out as follows.

На исследуемый образец 1 помещают легкоплавкий металл и при не3On the test sample 1 is placed a low-melting metal and at he3

об:;одимости флюс. Затем в любом удобном месте к объекту прикрепл ю пьезоэлектрический преобразователь 2. В случае высокотемпературных исследований пьезоэлектрический преобразователь можно крепить к вьшеденному из зоны нагрева концу звуковода, например стальной проволоки , соединенной с объектом сваркой или прижатой к нему с помощью струбцины. Затем начинают нагревать объект и включают аппаратуру, регистрирующую сигналы акустической эмиссии. При смачивании объекта расплавом в нем возникают сигналы акустической эмиссии, которые воспринимаютс пьезоэлектрическим преобразователем. Возникающие на гран х преобразовател электрические сигналы усиливаютс предусилителем 3 и усилителем 4 анализатора волн напр жений. Анализатор волн напр жений преобразует сигналы в параметры акустической эмиссии, в частности, интенсивность, котора записьгоаетс самописцем 5. Другой канал этого самописца записывает показани термопары, прикрепленной к образцу.about:; odimosti flux. Then, in any convenient place, the piezoelectric transducer 2 is attached to the object. In the case of high-temperature studies, the piezoelectric transducer can be attached to the end of the sound guide ejected from the heating zone, for example steel wire connected to the object to be welded or pressed to it with a clamp. Then they begin to heat the object and turn on the equipment recording the acoustic emission signals. When the object is wetted with a melt, acoustic emission signals appear in it, which are perceived by a piezoelectric transducer. The electrical signals appearing on the face of the converter are amplified by the preamplifier 3 and the amplifier 4 of the voltage wave analyzer. The voltage wave analyzer converts the signals into acoustic emission parameters, in particular, the intensity recorded by the recorder 5. The other channel of this recorder records the readings of the thermocouple attached to the sample.

Одновременно можно наблюдать за изменением интенсивности с помощью осциллографа 6. Возникновение акустической эмиссии соответствует началу процесса растекани , а ее исчезновение - прекращению растекани . По получейньм зависимост м интенсивности эмиссии и температуры образца от времени можно определить температуру , соответствующую началу растекани , а также врем растекани .At the same time, it is possible to observe the change in intensity using an oscilloscope 6. The occurrence of acoustic emission corresponds to the beginning of the spreading process, and its disappearance - to the cessation of spreading. By determining the intensity of the emission and the temperature of the sample as a function of time, it is possible to determine the temperature corresponding to the onset of spreading, as well as the spreading time.

Пример 1. Исследуют температуру смачивани железа индием в вакууме 6,5 МПа. Испытани провод т в вакуумном посте ВУП-Д. Образцом .служит фольга из армкожелеза размерами ,2 мм. К фольге с помощью струбцины прижимают стальную проволоку, котора служит звуководом . к противоположному концу звуковода, выведенному за пределы вакуумной камеры, креп т пьезоэлектрический преобразователь анализатора волн напр жений АВН. На фольгу помещают индий и приваривают термопару . Затем откачивают вакуумную камеру и разогревают фольгу.Одновременно с началом нагрева включаютExample 1. Investigation of the iron wetting temperature with indium in a vacuum of 6.5 MPa. The tests are carried out in a vacuum post VUP-D. It serves as a sample. Armkhozhelez foil size, 2 mm. To the foil with a clamp clamp steel wire, which serves as sound guide. To the opposite end of the sound guide, which is extended outside the vacuum chamber, a piezoelectric transducer of the voltage analyzer ABN is attached. Indium is placed on the foil and the thermocouple is welded. Then the vacuum chamber is pumped out and the foil is heated. At the same time with the start of heating they turn on

559114559114

аппаратуру,, регистрирующую сигналы акустической эмиссии.equipment recording acoustic emission signals.

Анализатор волн напр жений работает ч следующем режиме: усиление 50 дБ, частота 160-250 кГц, порог 0,3. Записывают интенсивность сигналов акустической эмиссии с помощью двухкоординатного самопишущего потенциометра ПДС-021 К клеммам координаты у подключают выход анализатора волн напр жений, к клеммам координаты х - термопару . На фиг.2 приведена запись изменени интенсивности акустической f5 эмиссии N, котора представл ет собой число зарегистрированных в единицу времени сигналов акустической эмиссии и пропорциональна интенсивности акустических колебаний в образце в зависимости от температуры нагрева Т. Эта запись в нагл дной и удобной форме дает информацию о температуре начала растекани (температура Т,соответствующа по влению сигнала) инди по железу в данных услови х опыта.The voltage wave analyzer operates in the following mode: gain 50 dB, frequency 160-250 kHz, threshold 0.3. The intensity of the acoustic emission signals is recorded using a two-coordinate recording recorder potentiometer PDS-021. The output of the voltage wave analyzer is connected to the terminals of the coordinates y, and the thermocouple to the terminals of the coordinates x. Figure 2 shows the record of the change in the intensity of the acoustic f5 emission N, which is the number of acoustic emission signals recorded per unit time and is proportional to the intensity of the acoustic oscillations in the sample depending on the heating temperature T. This record provides information in an instant and convenient form. the temperature of the start of spreading (temperature T, corresponding to the appearance of the signal) of indie iron in the given experimental conditions.

Пример 2. Исследуют вли ние кремни на растекание инди по железу. Образцы из железа и егоExample 2. Silicon effect on indium iron spreading is investigated. Iron samples and his

30 сплавов с 1,7 и 3% кремни размерами 40П X. 1 5 . 1 мм отжигают в вакууме 6,7 МПа и электролитически полируют. Индий прокатьтают в фольгу толщиной 150 мкм и вырезают пластинки 10 200 мм. На поверхность образцов нанос т флюс: 40 г ZnCI, 5 г Cf, , 0,5 г CuCEj , 5 г нее и 50 г , помещают пластинку инди и приваривают термопару. К противоположному30 alloys with 1.7 and 3% silicon with dimensions 40P X. 1 5. 1 mm is annealed in a vacuum of 6.7 MPa and electrolytically polished. Indium is rolled into foil with a thickness of 150 microns and plates of 10 200 mm are cut out. A flux is applied to the sample surface: 40 g ZnCI, 5 g Cf,, 0.5 g CuCEj, 5 g of it, and 50 g, put an indium plate and heat the thermocouple. To the opposite

Q концу образца креп т пьезоэлектрический преобразователь. Участок образца с помеп|енным на него индием нагревают на воздухе до 600 С. Запись параметров акустической эмис 5 сии провод т с начала нагрева до достижени требуемой температуры. Используют анализатор волн напр жени АВН-3, которьш работает в режиме: усиление 50 дБ, частота. 160JQ 250 кГц, порог 0,2. Анализатор преобразует поступающие сигналы в интенсивность акустической эмиссии,Q end of the sample is attached to the piezoelectric transducer. A sample of the sample with indium applied to it is heated in air to 600 ° C. The recording of the parameters of acoustic emission 5 is carried out from the beginning of heating until the desired temperature is reached. An ABH-3 voltage wave analyzer is used, which operates in the following mode: 50 dB gain, frequency. 160JQ 250 kHz, threshold 0.2. The analyzer converts the incoming signals to the intensity of acoustic emission,

котора записьшаетс с помощью многоканального самописца Н338-6П. К 55 . одному из каналов этого самописца подключена термопара, приваренна к образцу. Вли ние содержани кремни в сплавах железа на растекание 5 инди по поверхности образцов вы вл ют путем сравнени записей, сдела ных на образцах с различным содержанием кремни . Обработка полученных результатов показьшает, что скорость растекани инди , характеризуема амплитудой огибающей интенсивности акустической эмиссии, уменьшаетс с ростом содержани кремни . Использование предлагаемого способа исследовани процесса растекани обеспечивает по сравнению со 1 способом киносъемки следующие преимущества: более точное фиксирование момента начала растекани ; позвол ет проводить исследовани при растекании расплава в закрытых полост х, например, в узких щел х, . при пропитке расплавом пористых материалов, информаци о npoqeice записьгоаетс в более удобной дл последующей обработки опытных данных форме исключаютс операции обработки и просмотра киноматериалов, сокращаетс врем исследований.which is recorded using the multi-channel recorder H338-6P. K 55. A thermocouple is connected to one of the channels of this recorder, welded to the sample. The effect of silicon content in iron alloys on the spreading of 5 indies over the surface of the samples is revealed by comparing the records made on samples with different silicon contents. The processing of the results obtained shows that the spreading rate of indium, characterized by the amplitude of the envelope intensity of acoustic emission, decreases with increasing silicon content. The use of the proposed method for studying the spreading process provides the following advantages as compared to 1 filming method: a more accurate fixation of the start of spreading; allows to carry out investigations during melt spreading in closed cavities, for example, in narrow gaps,. When molten porous materials are melted, the information on npoqeice is recorded in a form that is more convenient for subsequent processing of the experimental data, and the processing and viewing of cinema materials are eliminated, and the research time is reduced.

250250

200200

тt

BOD Фиг.2BOD Figure 2

800800

WOOWOO

Claims

METHOD FOR RESEARCHING THE PROCESS OF DISSOLVING MELTS ON THE SURFACE OF A SOLID, which consists in applying a sample of fusible material to the surface of a solid and heating a solid with a sample, characterized in that, in order to expand the scope of the method, acoustic vibrations are recorded in the solid during heating , the change in intensity of which over time determines the beginning of the spreading process and its duration.

• 5

1 11