Каталог организаций

Пайка различных металлов и сплавов

Изделия, очищенные и подготовленные для пайки, не должны храниться продолжительное время во избежание окисления. Их следует возможно скорее загружать в печь или контейнер с обеспечением защитной среды. Особенное внимание должно быть уделено удалению воздуха при пайке высоколегированных сталей и сплавов, содержащих легкоокисляемые элементы. Удаление воздуха может достигаться вакуумированием или продуванием защитного газа — аргона. При продувании температура должна повышаться постепенно, начиная от комнатной до 800—900 С (1073— 1173 К). Этот процесс требует значительного расход аргона. Вакуумирование более рационально, так как при этом значительно снижается расход аргона. Большое значение при пайке имеет контроль температуры нагрева изделия; перегрев может оказать вредное влияние.

Общее время пребывания припоя в расплавленном состоянии состоит из времени:

t = t1 + t2 + t3

где t1 — время нагрева от температуры плавления припоя до температуры пайки; t2 — время выдержки при пайке; t3 — время охлаждения от температуры пайки до температуры кристаллизации припоя.

В случае взаимодействия припоя с основным металлом t1 и следует, возможно, сокращать. После окончания процесса панки необходимо удалить флюс, очистить окисленные поверхности, устранить наплывы и участки растекания припоя, в особенности в тех местах, которые подлежат последующей обработке. Требование удаления флюса вызвано возможным отрицательным влияние его, например появлением коррозии (в алюминиевых сплавах).

Флюсы (для пайки алюминиевого сплава) удаляют промывкой горячей и холодной водой при условии последующей обработки в растворе хромового ангидрида. Флюсы на основе буры образуют на поверхности твердую корку. Их удаляют механическим путем или погружением деталей в горячую воду. Паяные швы на алюминиевых сплавах обрабатывают металлической щеткой и вторично промывают от флюсов, могущих остаться в порах швов. Растекающийся припой удаляют механическим, химическим или электромеханическим способами.

Для контроля качества паяных соединений применяют разные методы. Существенное значение имеет внешний осмотр швов. Швы проверяются на прочность, плотность, электропроводность. Паяные швы можно контролировать физическими методами: рентгеновским просвечиванием, применением радиоактивных изотопов, прозвучиванием.

Кроме испытания паяных образцов без их разрушения, нередко применяют испытания с доведением их до разрушения. Результаты, полученные при испытаниях до разрушения нескольких образцов, позволяют установить механические свойства серии аналогичных изделий.

К углеродистым и низколегированным сталям относится стали, имеющие температуру плавления 1450—1520 С (1723—1793 К). При низкотемпературной пайке сталей применяются главным образом оловянно-свинцовые припои с активными флюсами. Перед пайкой рекомендуется детали облуживать. Это ускоряет процесс пайки и позволяет обеспечивать высокие механические свойства соединений.

Более часто для пайки сталей применяют высокотемпературные медно-цинковые припои с добавкой серебра (температура плавления 940—700 С (1213—973 К). Однако вследствие легкого испарения цинка эти припои не применяют для вакуумной панки. Их целесообразно использовать при пайке в среде с низкими окислительными свойствами, например продуктов неполного сгорания азотно-водородной смеси с флюсом в виде буры, борного ангидрида и т. д. Для пайки углеродистых сталей в качестве припоя применяют также чистую медь, в особенности при пайке в печах в среде водорода. Медь хорошо растекается, заполняет малые зазоры. При этом прочность соединений превосходит прочность самой меди.

К высоколегированным сплавам относятся коррозионно-стойкие аустенитные стали 0Х18Н9, 12Х18Н9 со стабилизирующими добавками — титаном, ванадием, ниобием и т. д., кислотоупорные хромистые стали Х17, Х25 и другие ферритного класса, жароустойчивые никелевые сплавы, например, имеющие около 80% Ni и др.

Указанные сплавы могут паяться легкоплавкими припоями с применением активных флюсов. Однако пайка легкоплавкими припоями указанной группы сплавов технически нецелесообразна. Рациональнее применять для их соединений высокотемпературные припои (табл. 1).

В соответствии с маркой припоя применяются флюсы с различными составляющими. Некоторые припои при быстром нагреве т. в. ч. теряют свои составляющие.

Высоколегированные сплавы и стали можно паять в среде аргона, водорода, в вакуумных печах, Недостаток пайки в аргоне — не вполне удовлетворительная растекаемость припоя. Для улучшения растекаемости во флюсы вводят добавки, например литий. Пайка в атмосфере водорода требует высокой его чистоты; использование водорода всегда сопряжено с некоторой опасностью взрыва.

Пайка в вакууме дает хорошие результаты при применении припоев, не содержащих легко испаряющихся элементов (цинка и др.). При пайке указанных выше материалов могут возникать поры вследствие испарения некоторых составляющих припоя, например, цинка: непровары в результате неудовлетворительного смачивания расплавленным припоем соединяемых частей или недостаточной очистки поверхностей; трещины при проникновении жидкого припоя между границами зерен основного металла. Особенно часто образуются трещины при пайке медно-цинковыми и медно-серебряными припоями. Применением более высокотемпературных припоев можно избежать растрескивания паяных соединений.

Таблица 1. Состав припоев, %

 

Применение никелевых припоев иногда сопровождается образованием подрезов основного металла в местах перехода к швам. Это происходит вследствие того, что припой этого рода имеет способность растворять основной металл. Чтобы избежать этого явления, следует вести технологический процесс пайки при возможно более низкой температуре.

При помощи пайки хорошо соединяются изделия из чистой меди и медных сплавов. Чистая медь хорошо паяется при нагреве в вакуумных печах, а также в атмосфере хорошо очищенного водорода без каких-либо примесей кислорода. Медно-цинковые сплавы, содержащие 4—38% Zn, при длительном нагреве теряют его (цинк испаряется), поэтому латунные детали перед пайкой целесообразно покрывать медью.

Пайка широко применяется для соединений различных бронз; алюминиевых, содержащих 5—10% Аl; бериллиевых, применяемых в приборостроении и имеющих в своем составе 2—2,5% Be; хромовых, содержащих около 0,5% Сr; оловянных, применяемых при обработке давлением, содержащих олово, а также фосфор и др.

Медь и ее сплавы легко паяются при применении низкотемпературных припоев с использованием канифольных флюсов, не вызывающих коррозии. Нередко перед пайкой поверхности деталей облуживают чистым оловом слоем толщиной 0,005 мм на стали и 0,0075 мм на меди. Низкотемпературные припои не обеспечивают высокой прочности паяных соединений, поэтому рекомендуется пайка в печах высокотемпературными твердыми припоями. Целесообразно применение медно-фосфорных и серебряных припоев и флюсов на основе буры с добавлением фтористых соединений. Алюминиевые бронзы хорошо паяются серебряными припоями с никелем, который препятствует проникновению в припой алюминия и повышает производительность технологического процесса.

Титан и его сплавы паяют в электрических печах, т. в. ч., газопламенным горелками. Наилучшие механические свойства спая достигаются при пайке ТВЧ. Это объясняется тем, что в результате сокращения термического цикла при этом способе пайки отсутствует рост зерна, приводящий к охрупчиванию соединений. При пайке титановых сплавов целесообразно применять серебряные припои, имеющие температуру плавления ниже температуры рекристаллизации титана и выше температуры, требуемой для удовлетворения условий смачивания припоем паяных деталей.

Очень важная задача производства — соединение пайкой различного рода керамических материалов и окислов друг с другом и с металлами. Возможны разные случаи: металлы более тугоплавки, нежели керамика, при этом соединение обеих деталей происходит в твердом состоянии, контакт обеспечивается необходимым давлением, применением покрытий. В последнем случае соединение достигается при температурах ниже температуры плавления каждой из соединяемых деталей.

Особенно благоприятные условия для соединения, когда металлы имеют температуру плавления ниже температуры плавления керамики и в результате своих специфических химических свойств склонны к образованию связи с последней. Гак, например, титан и цирконий имеют большое сродство к кислороду и образуют твердые растворы со многими металлами и окислами. Окислы титана и циркония весьма тугоплавки. При некоторых условиях эти металлы восстанавливают окислы металлов, образующих керамику, и присоединяют к себе освобожденный кислород. Такое восстановление, необходимое для прессовой пайки, следует проводить в условиях вакуума или в среде аргона.

Серьезные затруднение пайки керамик с металлами — существенная разница в их температурных коэффициентах расширения, в результате чего в соединениях образуются остаточные напряжения значительной величины. В неблагоприятных случаях, при недостаточной пластичности материалов в них возникают трещины. Для устранения этого явления иногда между соединяемым металлом и керамикой прокладывают пластины из пластичного металла, например молибдена. При пластических деформациях последнего опасность возникновения трещин в керамике значительно уменьшается.

С помощью специальных присадочных металлов можно получать качественные соединения не только однородных элементов, например Al2O3 + Al2O3, но и разнородных. Сплавы, содержащие сильные карбидообразующие элементы — молибден, тантал, титан, цирконий и др., - хорошо смачивают графит.

Также по теме:

Концентрация напряжений. Напряжения и деформации при пайке.

Прочность паяных соединений. Свойства соединений пайкой.