Главная Отклонение сварного шва 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 [ 56 ] 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 В при11еденных уравнниях; г,; - радиусы капилляра; о- - поверхностное натяжение жидкости; а - psccToniiSie между пластинами; у - плотность жидкости; g - ускорение свободного падения; L ~ высота подъема жидкости в капилляре. Оптимальные зазоры при пайке припоями различных систем приведены ниже. припой Зазор, мм Алюминиевый , ,......... , , , 0,15-0,25 Медный................ 0,01 - 0,05 Медно-цинковый ........., . . . 0,05-0,15 Медио-фосфорный ..... 0,03--0,1 Серебряный ............... 0,05-0,1 Никелевый ............... 0,05-0,15 Оловянно-свннцовый ......, . . , . 0,1 - 0,2 Когда выдержать требуемые зазоры при сборке не удается, используют метал-локерамическую пайку или принудительное заполнение зазоров припоем под давлением. Припой может быть использован в виде фольги, ленты, проволоки, порошка, прутка, таблеток, стружки и т. д. При конструировании соединений учитывают возможность при сборке размещения, укладки и закрепления припоя. Примеры фиксации деталей при сборке, укладке, размещения и закрепления припоя при пайке различных конструктивных элементов приведены на рис. 2. Задача фиксации и размещения припоя упро-ьцается в тех случаях, когда припой наносят на поверхности деталей предварительно (лужением, гальваническим способом, термовакуумным напылением, шоопированием, плакированием и другими способами). ПАЙКА РАЗЛИЧНЫХ МЕТАЛЛОВ ПАЙКА УГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ К этой группе материалов относятся низкоуглеродистые стали, неупрочняемые термической обработкой, среднеуглеродистые стали и низколегированные конструкционные стали, подвергающиеся термической обработке (нормализации, закалке, отпуску). Максимальная температура нагрева углеродистых сталей при пайке должна быть ограничена температурами 1100-1150° С, для низколегированных сталей - температурами 850-900° С. Основные трудности, возникающие при пайке углеродистых и низколегированных сталей, сводятся к обеспечению смачивания их припоями. Для сталей, подвергающихся термической обработке, задача выбора припоя иногда дополнительно услолняется необходимостью совмещения температуры пайки с температурой термической обработки. Низкотемпературную пайку указанных сталей можно проводить оловянно-свинцовыми припоями. При использовании этих припоев смачивание достигается применением активированных и кислотных флюсов, содержащих в растворах канифоли, воды, глицерина активные добавки: ZnClg, НС1, HPOg, гидразин, солянокислый анилин и др. Для улучшения смачивания в некоторых случаях низкотемпературную пайку проводят по гальваническим покрытиям из меди и никеля, наносимым на паяемые поверхности. Наибольшее применение для низкотемпературной пайки нашли малосурьмянистые и сурьмянистые оловянно-свинцовые припои типа ПОССу 30-0,5; ПОССу 30-2 и др. При высокотемпературной пайке этих металлов используют в основном припои медные, медно-цинковые и серебряные. Из медных припоев исключа.ются медно-фосфорные из-за опасности образования на границе сталь-припой хрупких соединений. Широким применением в промышленности пользуется процесс пайки низкоуглеродистых и низколегированных сталей медными и медно-цинковыми припоями в печах с активными газовыми средами водорода и диссоциированного аммиака. Достоинства процесса: относительная простота, малые дефицитность и стоимость припоя, а также применяемой газовой среды, хорошая внешняя поверхность деталей после пайки, исключающая необходимость последующей обработки паяных узлов. В связи с достаточно высокой температурой плавленя меди (1083° С) имеется возможность последующей термической обработки паяных узлов. Наряду с преимуществами этот процесс имеет недостатки: из-за высокой температуры плавления меди пайку осуществляют при температурах ИЗО-1200° С. Это приводит к росту зерна и снижению свойств паяемых металлов. В некоторых случаях для улучшения свойств металла после пайки применяют нормализацию. Высокая температура пайки и большая жидкотекучесть меди приводят к проникновению ее по границам зерен в поверхностные слои паяемого металла и дополнительному снижению его свойств. В связи с высокой жидкотекучестью меди требуется очень точная обработка деталей при сборке для соблюдения зазоров в некоторых случаях в пределах О-0,03 мм [12j. Это усложняет и удорожает технологию пайки. Для снижения требований к допустимой величине зазоров иногда применяют способ металлокеракической пайки порошком меди, разведенным на связке. Применение активной среды водорода ограничивает номенклатуру паяемых сталей, в которых недопустимо обезуглероживание поверхности. Для ограничения роста зерна при пайке медью иногда используют способы пайки с нагревом ТВЧ, в соляных ваннах, электросопротивлением и др. При таких способах нагрева существенно сокращается время пребывания металла при высоких температурах и ограничивается рост зерна паяемого металла. При пайке медью на воздухе применяют флюсы: 18В, буру, 200 и 201. При пайке медью имеются рекомендации по применению газовых сред неполного сгорания смеси воздуха с пропаном, природным газом и другими горючими газами. Пайку рассматриваемых сталей медью можно проводить .в среде аргона и в вакууме. Применение для пайки рассматриваемых сталей медно-цинковых припоев позволяет получить ряд преимуществ: в связи с меньшей температурой плавления этих припоев снижается температура нагрева под пайку и ограничивается рост зерна паяе.мого металла, появляется возможность совмещения температуры пайки с температурой термической обработки многих углеродистых и низколегированных сталей При пайке медно-циккоьыми припоями требования к величине зазоров менее жесткие (допускаются зазоры от 0,05 до 0,1 мм). Это обстоятельство позволяет снизить требования к точности обработки деталей и упрощает процесс их подготовки, В процессе пайки медно-цинковыми припоями наблюдается испарение цинка, что приводит к потышению температуры распая соединений но иногда вызывает пористость в паяных швах. Пайка медно-цикковыми припоями может проводиться на воздухе с теми же флюсами, что и для пайки медью, в активных газовых средах водорода и диссоциированного аммиака и в нейтральной среде аргона. Из-за испарения цинка пайка медно-цинковыми припоями в вакууме исключается. Применяемые для пайки медно-цинковые припои имеют температуру плавления в пределах 905- 940° С, что позволяет проводить пайку при температурах 960-980 С. Применение для пайки рассматриваемых сталей серебряных припоев открывает большие возможности для расширения диапазона температур пайки. Это в свою очередь упроогает решение задачи совмещения температуры пайки с температурой термической обработки или проведения термической обработки после пайки Например, при пайке серебряными припоями с низкими температурами плавления (припой ПСр40) можно решить задачу пайки закаленных узлов при температурах, соответствующих температурам высокого отпуска, ниже точки Aci. Чистое серебро не взаимодействует с железом и не применяется для пайки сталей из-за плохой смачиваемости. В связи с этим серебряные припои также обладают малой активностью по отношению к углеродистым и низколегированным конструкционным сталям. Для активации поверхности паяемых металлов необходимо применять более активные флюсы, чем при пайке медью и медно-цинко-выми припоями. Пайка серебряными припоями на воздухе может проводиться с применением активных флюсов 209 и 284, в газовых средах водорода, диссоциированного аммиака и аргона. ПАЙКА КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ, ЖАРОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ К указанной группе материалов можно отнести коррозионно-стойкие стали, имеющие в основе железо и содержащие в качестве легирующих элементов хро.м; хром и никель; хром, никель, титан; хром, никель, алюминий; коррозионно-стойкие, жаропрочные стали, отличающиеся от коррозионно-стойких сталей высоким содержанием никеля (от 18 до 37%) и титана (от 2,1 до 3,7%) и жаропрочные сплавы на никелевой основе, легированные хромом, алюминием и титаном. Основное значение для этой группы материалов имеет высокотемператзфная пайка, преследующая цель получения соединений, способных работать при высокой температуре. Максимальная температура пайки коррозионно-стойких сталей и жаропрочных сплавов, при которой сохраняются их исходные свойства, совпадает с температурой их термической обработки и для разных марок сталей и сплавов находится в пределах 920-1250° С. Присутствие в рассматриваемых сталях и сплавах указанных легирующих элементов приводит, вследствие избирательного их окисления, к появлению на их поверхности окисных пленок сложного состава, содержащих окислы хрома, алюминия, титана и их комплексы. В связи с наличием окисных пленок слоншого состава наибольшей трудностью при пайке материалов этой группы является обеспечение смачиваемости жидким припоем их поверхности [3J. Данные о структуре и составе окисных пленок, образующихся при нагреве на воздухе различных сталей и сплавов, приведены в работе [5J. Там ж.в дано уравнение для расчета критической концентрации компонентов в сплаве, с превышением которой на поверхности сплава образуется только окисел этого элемента. Уравнение для расчета критической концентрации компонентов удовлетворяет соотношению где V - молярный объем сплава; Zq - валентность атомов компонента; Mq - относительная атомная масса кислорода; D - коэффициент диффузии компонента В в сплаве; /?пар - константа параболической скорости исключительного обра.зо-вания окисла компонента В. Рассматривая структуру .этого уравнения, можно сделать вывод, что окисел обогащается легирующим элементом в степени тем большей, чем больше сродство этого элемента к кислороду и чем легче условия диффузии иона через пленку. Последнее, как правило, облегчается при уменьшении ионного радиуса элемента. По имеющимся данным [2], при наличии в легированных сталях хрома в окисной пленке появляются соединения (Сг, Ре)аОз или FeCrgOi. Вследствие более высокого сродства алю.миния к кислороду наблюдается его избирательное окисле-кие. Например, на стали, содержащей 23,5% Сг, 1,8 А! и 1,3 Si, после 1000 ч выдержки при температуре 1200° С окисный слой содержал 49,7% А1 и 3% Сг; кpeший в нем отсутствовал. На избирательное окисление алюминия в сплавах железа с хромом указывается в этой же работе: в сплаве Fe - 22% Сг - 5% А1 Б температурном интервале 800-1100 С окисная пленка состоит главным образом из а-модификации AlgOg- В работе [6] выдвигается два основных положения о смачиваемости окислов жидкими расплавленными металлами. 1. Смачиваемость окисла улучшается с ростом сродства жидкого металла к кислороду. 2. Смачиваемость окисла ухудшается с увеличением свободной энергии образования окислов, т. е. с ростом энергии связи кислорода в окисле. Взаимодействие жидкого металла с окислом определяется взаимодействием этого металла с кислородом окисла по реакции Me 4- МеО Me + Ме 0; FF - F, где AF н Af - свободные .энергии реакции окисления жидкого металла и металла, образующего твердый окисел. Энергия такой реакции при протекании ее от начального состояния, характеризующегося наличием Me , МеО, до равновесия (присутствуют все четыре вещества), по мнению автора работы, является работой адгезии. Приведенные данные позволяют заключить, что смачивание таких окислов, как AlgOg, жидкими металлами (Ni, Sb, Fe, Pb, Cu, Co, Cr, Si), входящими в состав многих промышленных припоев, затруднено даже при очень высоких температурах нагрева (большие значения Af и краевых углов смачивания); то же можно сказать и об окислах титана. Смачивание окислов хрома затруднено в меньшей степени, чем окислов алюминия и титана. На основании приведенных выше соображений о смачиваемости окислов металлами рассматриваемые материалы по содержанию легирующих элементов можно разделить на пять групп: I группа - коррозионно-стойкие стали, содержащие хром; П группа - коррозионно-стойкие стали содержащие хром и алюминий HI группа - коррозионно-стойкие стали, содержащие хром и титан; IV группа - жаропрочные стали, содержащие хром, алюминий и титан; V группа-жаропрочные сплавы, содержащие хром, алюминий и титан. Наиболее широко применяемые стали и сплавы, входящие в эти группы, с оценкой их смачиваемости по растеканию припоев при нагреве до температур (1000-1250)° С в вакууме с остаточным давлением ЫО -М0~* мм рт. ст. приведены в табл. 3. Сопоставление полученных результатов позволяет сделать общие выводы. 1. Содержание хрома в сталях до 26-30% (I группа) не является препятствием к смачиванию и затеканию припоя в зазор. При температуре 1250° С в вакууме обеспечивается смачиваемость и заполнение зазора при пайке даже чистого хрома. 2. Элементами, ухудшающими смачиваемость, являются алюминий и титан. Присутствие алюминия в составе сталей более 1,3% (И группа) приводит к резкому ухудшению смачивания и вызывает необходимость применения для пай.ча активных газовых сред или дополнительного флюсования. 3. Действие титана (1П группа) проявляется в меньшей степени, и при содержании его в коррозионно-стойких сталях до 0,5% практически не влияет на смачиваемость. Ухудшение смачиваемости наблюдается при содержании титана от 1% и выше. 4. Одновременно присутствие алюминия и титана в жаропрочных сталях (IV группа) резко ухудшает смачиваемость и приводит к необходимости проведения процесса пайки в активных газовых средах. 5. В жаропрочных сплавах (V группа), основу которых составляет никель, присутствие алюминия и титана оказывает меньшее влияние на смачиваемость, видимо, в связи с тем, что часть алюминия и титана связываются никелем в соединение NisfAl, Ti), играющее роль упрочнителя. 3. Группы коррозионно-стойких сталей и жаропрочных сплавов в зависимости от легирования окислообразующими элементами
со to § Продолжение табл. 3
|
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |