ММК Спецтехнология ЛА 2013

Рисунок 10.25. Приспособления для прижатия частей паяемых изделий с применением вакуума:

1 — паяемое изделие; 2 — контейнер; 3 — стальной мешок

Внесение в соединительный зазор необходимого количества припоя производится или при сборке, или в процессе пайки. Из пластичных припоем могут изготавливаться кольца, шайбы, втулки и другие элементы, которые устанавливаются в соединительный зазор, в специальные проточки в паяемых элементах детален или сверху шва.

Для закрепления припоя при необходимости применяется точечная сварке или приклеивание его акриловой смолой. Большое значение при сборке имеет точная дозировка припоя, так как это наряду с экономией устраняет необходимость зачистки шва после пайки.

При пайке сталей медью для предупреждения растекания припоя места, подлежащие защите, хромируют. Образующаяся в этом случае при нагреве поверхностная пленка окислов хрома препятствует смачиванию детали медью. Ограничить растекание припоя можно соответствующим конструированием шва, предусмотрев в необходимых местах резкое увеличение зазора (посредством выточек, уступов, скашивания углов), а также охлаждением детали сразу после образования в паяном шве галтелей. Однако лучшим способом предупреждения растекания припоя является его точная дозировка и соблюдение режима пайки.

Выбор способа пайки определяется конструкцией паяемой детали, материалом, из которого она изготовлена, применяемым припоем, количеством изготовляемых деталей и имеющимся оборудованием. При массовом производстве деталей наиболее рациональна механизированная пайка в печах с применением контролируемых газовых сред.

Режим пайки включает в себя температуру и условия нагрева, длительность выдержки при температуре пайки и условия охлаждения. Пайка производится при рабочей температуре — это оптимальная температура, при которой припой активно взаимодействует с паяемым материалом, заполняет соединительный зазор, и образовывает качественное соединение. Повышение температуры пайки улучшает растекание припоя по паяемой поверхности, ускоряет процессы диффузионного взаимодействия между припоем и основным металлом.

Скорость нагрева при пайке определяется теплопроводностью материала и толщиной стенок паяемого изделия. При низкой теплопроводности материала и большой толщине стенок нагрев паяемого изделия необходимо производить медленно во избежание коробления и образования трещин.

Выдержка при температуре пайки, определяемая на основе экспериментальных данных, должна обеспечивать расплавление припоя, заполнение им зазора и образование галтелей. В зависимости от способа пайки она может быть от нескольких секунд до часа и более. Кратковременные выдержки характерны для индукционной пайки и пайки погружением.

Режим охлаждения после пайки должен предупреждать излишнее окисление металла изделия и не вызывать разрушения шва, когда припой еще находится в твердо-жидком состоянии. Максимальные значения скорости охлаждения ограничиваются опасностью образования трещин вследствие чрезмерных термических напряжений и возникновения пористости в результате сокращения времени пребывания металла в жидком состоянии (в течение этого времени растворенные в расплавленном металле газы не успевают выделиться).

Пайка в печах. Различают пайку в печах с воздушной нейтральной, активной средой и в вакууме. Пайка в печах с воздушной средой осуществляется посредством нагрева деталей, на которые заранее нанесены флюс и припой. Этот способ пайки обеспечивает равномерный и глубокий прогрев больших деталей и позволяет получить прочные паяные соединения. Недостатком этого способа пайки является значительное окисление основного металла в процессе нагрева.

Пайка в печах с контролируемой средой (нейтральной или активной) является наиболее прогрессивным способом соединения деталей.

Пайка меди и ее сплавов. При пайке меди в газовых восстановительных средах следует иметь в виду, что обычная техническая медь подвержена так называемой водородной болезни, т. е. растрескиванию по границам зерен. Это объясняется тем, что при взаимодействии с медью водород растворяется в ней и восстанавливает закись меди, расположенную на границах зерен. Образующиеся при этом под большим давлением пары воды разрывают металл, имеющий при высокой температуре низкую прочность. Бескислородную медь марки МО и медь вакуумной переплавки можно паять в восстановительных средах, не опасаясь ее растрескивания по границам зерен.

Медные сплавы, легированные такими активными металлами, как алюминий, бериллий, хром и другие, целесообразно покрывать перед пайкой слоем никеля или меди толщиной 5...10 мкм. По никелю и меди припои хорошо растекаются без флюса не только в восстановительной среде, но и в вакууме или инертной среде, образовывая прочные паяные швы.

Для получения жаропрочных и кислотостойких паяных соединений применяются припои на никеле-хромо-марганцевой основе. Из припоев на медной основе можно использовать припои типа ВПр1.

Пайка никеля и его сплавов никаких затруднений не вызывает. Можно применять припой, флюсы и газовые среды, рекомендованные для пайки сталей и медных сплавов.

Значительно труднее паять жаропрочные сплавы на основе никеля (нихромы), поверхность которых покрыта весьма стойкой окисной пленкой. В случае легирования нихромов алюминием и титаном химическая стойкость окисной пленки возрастает. При пайке жаропрочных сплавов на основе никеля в восстановительных газовых средах необходимо тщательно очищать их от остатков кислорода с помощью платинового или дунитового катализаторов, а также дополнительно осушать до точки росы (70° С). При пайке в вакууме или нейтральных газовых средах нихромы нужно покрывать слоем никеля толщиной 7...10 мкм, обеспечивающим хорошее смачивание паяемых поверхностей без применения флюса.

Для повышения жаропрочности и кислотостойкости паяных соединений применяются припои на никелехромовой основе, легированные для снижения температуры плавления марганцем, бором или кремнием. Припои, легированные марганцем, дают более пластичные паяные соединения.

Пайка титана и его сплавов. Титан и титановые сплавы обладают высокой химической активностью по отношению к газам. При взаимодействии с воздухом титан не только окисляется, но и образует нитриды. В результате взаимодействия с водородом на поверхности титана и его сплавов образуются также хрупкие гидриды. Поэтому газовые среды, содержащие азот и водород, для пайки титана и титановых сплавов непригодны.

На поверхности титана всегда имеется альфированный слой, насыщенный атмосферными газами. Перед пайкой этот слой необходимо удалить пескоструйной обработкой или травлением в растворе: 20... 30 мл HF + 30...40 мл НСl на литр воды. Время травления при комнатной температуре 5...10 мин. Пайка титана и его сплавов производят в среднем вакууме или в аргоне Ar, который тщательно очищен от примесей кислорода, азота и паров воды. Только в такой чистой среде или в вакууме окисная и нитридная пленки титана растворяется в металле. Температура пайки титана 800...1000°С способствует быстрой очистке поверхности титана и хорошему смачиванию его припоями.

При выборе припоя, способа и режимов пайки необходимо иметь в виду, что титан образует хрупкие интерметаллиды в паяном шве почти со всеми элементами, входящими в припои. Поэтому в качестве основы припоя лучше использовать серебро, образующее с титаном менее хрупкие интерметаллиды. Припои на основе алюминия образуют с титаном ограниченную область твердых растворов, при этом можно получать менее хрупкие паяные соединения.

Серебряные припои позволяют получить пайкой в печи при температуре 950...1000° С высокопрочные паяные соединения. Так, например, при пайке титана ВТ1Д чистым серебром в среде аргона предел прочности паяных соединений составляет 18...20 кгс/мм2, а при пайке серебром, легированным марганцем (10…15%), достигает 28 кгс/мм2.

Для получения более пластичных и прочных соединений применяется так называемая диффузионная пайка титана, сущность которой заключается в том, что изделие, паяное минимально возможным количеством припоя (например, никель, железо и другие металлы), выдерживается при температуре пайки до тех пор, пока в соединении не образуется пластичный твердый раствор. Прочность соединений, полученных таким способом, близка к прочности основного металла.

При пайке титана с разнородными металлами, особенно при высокой температуре, паяные соединения получаются очень хрупкими и непрочными. Так, например, при пайке титана с медью серебряным припоем прочность паяного соединения, как правило, не превышает 10 кгс/мм2, из-за того, что титан и медь быстро растворяются припоем и образуют в паяном шве хрупкие интерметаллиды.

Для повышения прочности таких соединений целесообразно наносить на титан тугоплавкие металлы, которые образуют с ним пластичные твердые растворы.