книги из ГПНТБ / Балицкий А.В. Технология изготовления вакуумной аппаратуры

новенную медь марок МО, Ml, М2 без опасения растрес­ кивания материала. Остальные поделочные материалы ведут себя при пайке в вакууме так же, как и при пайке в водороде. Припоями здесь также могут служить чистая медь, серебро или эвтектический серебряный припой, припой ВПр-4.

Для пайки нержавеющей стали медью и серебря­ ными припоями в вакууме требуется большая выдержка при температуре 1 200°С.

В вакууме можно паять нержавеющие стали и жаро­

(температура плавления припоя 940—980°С).

Пайка может производиться не только в вакууме, но и в инертных газах, а с быстрым нагревом токами высо­ кой частоты — на воздухе.

На рис. 7-16 показана одна из выпускаемых промыш­ ленностью вакуумных печей — двухколпаковая печь типа СГВ-2,3/15Э—МЛ (СКБ-7019Б). Печь состоит из рабо­ чих колпаков, вакуумного блока, шкафа управления, ме­ ханизма подъема колпаков, трансформатора. Нагрева­ тели— молибденовые, теплоизоляция — экранная. Каж­ дый колпак имеет сверху и сбоку смотровые глазки для наблюдения за ходом процесса.

Вакуумная система печи, показанная на схеме рис. 7-17, состоит из двух механических вакуумных на­ сосов ВН-2МГ, двух паромасляных диффузионных насо­ сов Н5С-М1, двух азотных ловушек, двух вакуумных вентилей Dy=160 мм и трубопроводов с вакуумными вентилями, обеспечивающих возможность откачки рабо­ чих камер до заданного давления 5- 10-5 мм рт. ст. Печь снабжена программированным управлением тепловым процессом с регулируемым нагревом.

Максимальная рабочая температура в этой печи до­ стигает 1 500°С при затрате мощности на нагрев камеры 24 кет, при общей установочной мощности в 55 кет. Ра­ бочее пространство под колпаком имеет диаметр 200 мм и высоту 300 мм. Напряжение на нагревателе до 12 в, напряжение питающей сети — 380 в.

Для пайки более крупных деталей и узлов промыш­ ленность выпускает вакуумно-водородные печи типов ОКБ-8085 и ОКБ-8086. Их габаритный чертеж показан

191

Рис. 7-17. Схема вакуумной системы электропечи СГВ-2.3/15Э-М1.

в табл. 7-6. Печи эти одноколпаковые, причем колпак не поднимается, а опускается для загрузки под печи; смон­ тирован на двух подъемных винтах, работающих от электромеханического привода.

Вакуумная система состоит из двух '.механических ва­ куумных насосов ВН-1МГ и одного паромасляного диф­ фузионного агрегата ВА-5-4ПР с азотной ловушкой и вакуумным вентилем.

Колпак печи сверху закрыт крышкой с аварийным взрывным клапаном на случай взрыва гремучей смеси. Клапан срабатывает при внутреннем давлении 2 кгс/смг.

Печь снабжена системой газоааполиення, состоящей

192

(OOSZ)

Рис. 7-18, Общин вид электропечей ОКБ-8085 и ОКБ-8086 (габа­ ритный чертеж).

/ — вакуумная система; 2 — камера нагрева; 3 — силовой блок.

из блока газораспределения и высокозакуумных венти­ лей. Перед наполнением рабочей камеры водородом (при использовании печи в качестве водородной уста­ новки) производится продувка ее азотом. Система газонаполнения позволяет производить работу как с посто­ янной поддувкой водорода (проточный режим), так и при закрытом рабочем пространстве с постоянным под­ пором газа.

Вакуумные печи служат не только для пайки, но и для высококачественного отжига некоторых металлов перед их обработкой, а также металлических, графито­ вых деталей перед их сборкой и 'металлических деталей перед пайкой со стеклом или керамикой.

Пайка с нагревом токами высокой частоты. Беспла­ менный быстрый нагрев строго определенной зоны изде­ лия токами высокой частоты при пайке деталей пред­ ставляет для вакуумной техники чрезвычайно большой интерес.

Таблица 7-6

Характеристика вакуумно-водородных печей

?

Метод этот имеет ряд преимуществ перед всеми остальными способами нагрева деталей. Именно нагрев токами высокой частоты позволит технологу обеспечить высококачественную пайку различных металлов разны­ ми припоями.

Пайку с нагревом токами высокой частоты можно производить как в атмосфере воздуха, так и в вакууме или в восстановительной атмосфере водорода, или в за­ щитной атмосфере инертного газа, и, наконец, в смешан­ ной атмосфере (например, формиргазе, представляющем собой смесь 95%' азота и 5% водорода).

194

Панка с нагревом токами высокой частоты по харак­ теру нагрева приближается к сварке деталей и особенно к газодуговой сварке. Следует, однако, иметь в виду, что такая пайка выгодна для небольших деталей и осо­ бенно в серийном производстве. Для крупных деталей необходимы были бы очень мощные генераторы, и здесь выгоднее сваривать, а не паять.

На рис. 7-19 показан чертеж общего вида вакуумной

установки с ВЧ-нагревом, предназначенной для отжига и пайки небольших деталей. Установка имеет два рабо­ чих места, на которые устанавливаются стеклянные или кварцевые колпаки 1. Диаметр колпаков 75—80, а высо­ та около 250 мм. Нагрев деталей, помещенных под кол­ паки, осуществляется одним внешним индуктором 2.

Максимальная температура нагрева деталей (при ис­ пользовании стеклянных колпаков) достигает 1200°С.

Откачка рабочего колпака до давления 5-10~7 мм рт. ст. осуществляется последовательно, вначале меха­

тельный титановый сублимационный насос. Максималь­ ная электрическая мощность, потребляемая установкой, составляет 30 кет.

Возможно также производить пайку в восстанови­ тельной (например, формпргаз) или инертной среде, пользуясь кварцевой трубой как упрощенной печной камерой (рис. 7-20). Через трубу с небольшими скоростя­ ми продувается газ, в струе которого и производится пайка. Индуктор охватывает трубу снаружи, но при на­ добности может помещаться и вместе с паяемым изде­ лием внутри трубы. Этот способ пайки весьма универса­

Методом папки с нагревом токами высокой частоты можно получать спаи, не достижимые при других спосо­ бах нагрева. Так, например, удается уверенно получить вакуумные спаи ковара или другого металла с алюми­ нием через слой серебра или серебряного припоя. Для этого коваровую деталь серебрят гальваническим спосо­ бом или покрывают серебряным припоем марки ПСр-70 пли эвтектическим, смазывают флюсом 34-А, разведен­ ным в спирте, и плотно вставляют в заточку алюминие­ вой детали на глубину не менее 5 мм. Нагрев произво­ дится индуктором, подобранным по коваровой детали и охватывающим ее у самого соединения с алюминием, но без захвата алюминия. Пайку можно вести на воздухе, а еще лучше в инертной среде (в аргоне или гелии). Коваровая деталь нагревается до светловишневого цвета. Нагрев выключается сразу при появлении первых при­ знаков оплавления кромки алюминия. Толщина алюми­

196

цы на спирту. Флюсы, замешанные па поде, при данном методе пайки негодны, так как при весьма быстром на­ греве, что характерно и денно в этом методе, вода бур­ но вскипает и разбрасывает флюс, давая в результате пористый шов. Флюс накладывается на место спая пред­ варительно в количестве значительно меньшем, чем при нагреве пламенем горелок.

7-13. ПАЙКА ТИТАНА

Титан — химически активный металл, и пайка его имеет ряд особенностей.

При температурах папки на воздухе твердыми при­ поями титан покрывается слоем окисла, препятствующе­ го смачиванию припоями. Кроме того, образуются и нитриды (с азотом воздуха).

Большинство стандартных припоев вызывает при пай­ ке титана образование хрупких интер'.металлических сое­ динении.

Стандартные флюсы также не применимы для пайки титана, так как большинство из них образует с титаном химические соединения, которые служат помехой для пайки.

Эти особенности определяют условия, обязательные для качественной пайки титана: быстрый нагрев; при­ пои, не содержащие составных частей, образующих хруп­ кие соединения с титаном; особо тщательная защита титана от кислорода и азота воздуха; применение специ­ альных флюсов; пайка в защитной газовой среде высо­ кой чистоты; лужение деталей перед пайкой; пайка в ва­ кууме.

Пайку титана лучше всего вести при нагреве токами высокой частоты в высоком вакууме при давлении не выше 10~5 мм рт. ст. или в аргоне высшей очистки (сорт А).

В случае пайки в вакууме печь не должна загряз­ няться продуктами распада рабочих жидкостей насосов (лучшие результаты дает применение безмаслянных средств откачки), а в случае пайки в аргоне камера печи должна не продуваться аргоном, а предварительно откачиваться механическим вакуумным насосом по край­ ней мере до давления 10-2 мм рт. ст., а затем заполнять­ ся аргоном. Это необходимо во избежание перемешива­ ния аргона с остатками воздуха: титан при высоких тем­ пературах столь интенсивно соединяется с кислородом и

197

азотом, что ого применяют как насадку в очистительных устройствах для наивысшей очистки аргона и гелия.

При пайке на воздухе нагрев должен быть также на­ сколько возможно быстрым, а в качестве зашиты от окисления применяются специальные флюсы, состав ко­ торых приведен в табл. 7-7 [Л. 36].

Если пет возможности вести нагрев токами высокой частоты, то следует применять кислородо-ацетиленовое

Таблица 7-7

Химический состав флюсов для пайки титана, массовая концентрация, %

пламя тли аргоно-дуговую горелку с вольфрамовым электродом. При этом рекомендуются флюсы № I, 3, 5 и 6. Флюсы, указанные в табл. 7-6, применяются и при пайке в аргоне или гелии, если используют газы не очень высокой чистоты.

Пайка титана мягкими припоями производится после лужения оловом путем прогрева металла под слоем хло­ ристого олова при 400 °С. При этом обильно выделяется белый дым (ПСЦ), так что эту операцию необходимо производить в вытяжном шкафу. Вторым методом луже­ ния титана является погружение его в расплавленное олово при температуре 620 °С не менее чем на 15 мин.

Обязательным условием для всех видов пайки слу­ жит предварительная механическая или химическая очистка поверхности титана от окислов и нитридов, кото­ рая производится непосредственно перед папкой или лужением.

Глава восьмая

ПАЙКА МЕТАЛЛОВ СО СТЕКЛОМ И КЕРАМИКОЙ

8-1. ВОЗМОЖ НОСТЬ ПОЛУЧЕНИЯ ВАКУУМНО-ПЛОТНОГО СПАЯ

Получение вакуумно-плотного спая двух ме­ таллов, которые являются кристаллическими вещест­ вами, более или менее близкими ‘(в большинстве случа­ ев) по температурам плавления, требует соблюдения ря­ да обязательных условий т высокой квалификации рабо­ чего. Тем более вакуумно-плотная пайка металла со стеклом или с керамикой, резко отличающимися от ме­ талла структурой, тепловыми свойствами, химическим составом и механическими свойствами, требует особого внимания и неуклонного соблюдения ряда технологиче­ ских требований.

При высокой температуре стекло пластично, а при остывании становится хрупким. Поэтому для возможно­ сти спаивания стекла с металлом важно, чтобы стекло и металл имели близкие тепловые свойства. Иначе стекло при остывании спая как материал менее прочный, буду­ чи деформируемо спаянным с ним металлом, не вы­ держивает возникающих в спае напряжений и растрески­ вается или отделяется от металла.

Спаи металла и стекла с равными или очень близки­ ми температурными коэффициентами линейного расши­ рения называются согласованными и являются наиболее надежными. Спаи, в которых металл и стекло значитель­ но различаются по тепловым свойствам, называются напряженными или несогласованными. В конструкциях согласованных спаев нет надобности прибегать к особым ухищрениям, чтобы сохранить их целостность при осты­ вании и в дальнейшей их работе.

'Несогласованные надежные спаи возможно осущест­ вить только в том случае, если металлическая часть сое­ динения задумана -и выполнена так, чго она без опасных для стекла напряжений будет поддаваться тем деформа­ циям, которые будет претерпевать стеклянная часть в результате остывания или нагрева.

Большая часть сортов технического стекла имеет тем­ пературный коэффициент линейного расширения в пре-

I9?