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 Панка титана низкотемпературными припоями затруднена из-за окисной пленки, находящейся на его поверхности В связи с этим пайку указанными припоями можно проводить в безокислительной среде при температурах выше 750 С или на воздухе по покрытиям при более низких температурах. В качестве покрытий наибольшее распространение получили: никель, наносимый гальваническим и химическим способами, и медь, наносимая гальваническим способом. Возможно горячее лужение титана оловом в ваннах при температурах выше 700-750° С и процесс пайки оловом в вакууме или аргоне при тех же температурах. ПАЙКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ Слолность пайки алюминия и его сплавов определяется прежде всего трудностями удаления и разрушения окисной пленки, имеющейся на поверхности паяемых деталей. Окись алюминия имеет температуру плавления 2050 С и нерастворима ни в твердом, ни в жидком металле. В связи с разницей в коэффициентах теплового расширения при нагреве в окисной пленке возникают мельчайпше трещины, однако в контакте с атмосферой, содержащей кислород, сплошность пленки восстанавливается. Для удаления и разрушения окисной пленки при пайке используют флюсы на основе хлористых и фтористых солей калия, на1рия, лития; в качестве активных растворителей в флюсы вводят добавки фторидов. Окисная пленка, имеющаяся на поверхности алюминия и его сплавов, защищает металл от коррозии, поэтому применение активных флюсов, разрушающих окисную пленку, содержащих в составе хлориды и фториды, вызывает опасность коррозии паяных соединений. Последующая промывка соединений от остатков флюса, особенно нахлесточных, мало эффективна. В связи с этим большое внимание уделяется процессам пайки без применения флюса. Среди этих процессов можно назвать пайку в парах магния (аргон или вакуум 10 мм рг. ст. -\- пары магния) [14], в глубоком вакууме (Ю--Ю мм рт. ст.), а гак.ке припоями, содержащими галлий [15]. Первый и второй процессы основаны на применении для нагрева при пайке алюминия среды с низким парциальным давлением кислорода. В первом случае такая среда создается в результате связывания кислорода парами магния, во втором случае - за счет глубокого вакуума. Действие паров магния связывают с непосредственным взаимодействием пароз магния с поверхностью алюминия и припоя [14]. При нагреве магний, испаряясь, разрушает окисную пленку на алюминии, проникая в ее поры и трещины, и обеспечивает смачивание паяемой поверхности чаще припоями типа силумин. Галлий обладает высокой проникающей способностью и при нарушении сплошности пленки легко проникает в мельчайшие трещины и ее дефекты, создавая условия для растекания припоя. Алюминий обладает относительно ни-зкой температурой плавления 660° С, в связи с чем для пайки технически чистого алюминия (сплав АД1) может быть допущена температура нагрева не выше 600-620° С. Химический состав и допустимые температуры нагрева для некоторых сплавов алюминия приведены в табл. 10. Сплавы алюминия, упрочняемые нагартовкой, нечувствительны к нагреву Б отожженном состоянии до любой температуры, не превышающей предельно допустимую для них. При необходимости сохранить прочность нагартованного состояния следует выбирать припои с температурой ниже 350-400° С (температура разупрочнения). Сплавы алюминия, упрочняемые термической обработкой, нужно паять при температуре 200-250° С или совмещать температуру пайки с температурой термической обработки для данного сплава, равномерно нагревать в печи и охлаждать на воздухе, т. е. создавать условия неполной закалки. Последующее 10. Химический состав и допустимые температуры нагрева некоторых алюминиевых сплавов
Упрочняемые термической обработкой
Al -АЬО. САП-1 Специальные материалы Спеченный алюминий с содержанием At20., около 10% 200 - 250 или 450 - 505 170 - 250 или 500-540 До 475 До 500 * Алюминий остальное. старение (искусственное или естественное) приводит к получению высокой прочности. Пайку алюминиевых материалов типа САП (спеченный алюминиевый сплав) проводят при температурах до 500° С вследствие его вспучивания и деформации при более высокой температуре. Для низкотемпературной пайки алюминия и его сплавов применяют припои на основе олова, цинка с добавками кадмия, алюминия, меди, серебра и других элементов, имеющих температуру плавления до 350-450° С и используемых с неорганическими флюсами на основе фтористых и хлористых солей, олова, цинка, натрия, и органическими флюсами на основе 4 орборатов кадмия, цинка, аммония. Температура плавления флюсов Ф59А, Ф61А, Ф54А находится в пределах 180-250° С. Применение при низкотемпературной пайке высокоактивных флюсов требует тщательного удаления их остатков после пайки, гак как они представляют потенциальную опасность появления коррозии. Для того чтобы исключить опасное действие флюсов, разработаны методы пайки по барьерным покрытиям, наносимым гальваническим и химическим способами, напылением и плакированием. В качестве покрытий используют медь, никель, цинк, серебро, никельфосфорные покрытия, осажденные из специальных растворов. Пайку по покрытиям оловянно-свинцовыми припоями проводят с применением бескислотных и активированных флюсов. Для низкотемпературной пайки или лужения без флюса используют способы удаления пленки абразивом, ультразвуком. В первом и втором случаях окисная пленка удаляется с помощью абразивных инструментов: шабера, металлических щеток, напильника, металлическим порошком, а также кристаллами припоя, находящегося в твердо-жидком состоянии. Процесс разрушения окисной пленки с помощью ультразвука основан на явлении кавитации, возникающей в припое под действием ультразвуковых колебаний, передающихся от высокочастотного генератора через магнитострикционный излучатель к припою. Лужение или пайку производят с помощью ультразвуковых паяльников или погружением в ванны с расплавленным припоем, оснащенные ультразвуковым устройством. Для лужения и пайки ультразвуком рекомендуются припои, со-дерлащие олово, цинк и кадмий. Для высокотемпературной пайки алюминия и его сплавов применяют припои на основе алюминия, содержащие .медь, кремний, цинк. Наиболее применимы силумин эвтектический и припой 34А с температурами плавления 577 и 525 С соответственно. Для пайки с флюсами широкое применение нашел флюс 34А. Ввиду большой активности флюса 34А и воз.можного растворения алюминия хлористым цинком, входящим в его состав, для тонкостенных конструкций рекомендуют флюсы менее активные - тина Ф5, в которых хлористый цинк заменен хлористым оловом. При пайке алюминия погружением в солевые ванны, выполняющие роль флюса и среды для нагрева, возможно применение ванн с флюсами различных составов. Примером может служить флюс состава: 49-51% КС1, 22-25% ZnCl 15-15% NaCl, 3-5% KF, 3-5% AlFg [A. с. 361047 (СССР)]. Прочность соединений, паянных с флюсами, невысока; при пайке силумином максим.чльная прочность на отрыв составляет 7-9 кгс/мм (сплав АМц, температура пайки 550° С). При высокотемпературной пайке используют бесфлюсовые способы: контактного плавления в вакууме, в парах магния и в глубоком вакууме с остаточным давлением Ы0--Ы0- мм рт. ст. При контактном плавлении на поверхность алюминия наносят тонкие слои покрытий, например, меди или серебра, которые при нагреве проникают сквозь дефекты окисной пленки и образуют с алюминием жидкую фазу - припой. Образовавшаяся жидкая фаза обеспечивает смачивание и растекание припоя по всей паяемой поверхности. Пайку контактным плавлением проводят в вакууме Ь 10~-ьЫ0~ мм рт. ст. с приложением давления, способствующего удалению излишков жидкой фазы из зоны соединения. Этот метод можно использовать при пайке алюминия с медью при нанесении на медь серебряного покрытия, а также паять алюминий, используя контактное плавление в системах алюминий-медь, серебро, кремний. Покрытия наносят на поверхность алюминия с помощью термовакуумного напыления, плакирования, гальванических процессов и других способов. При пайке в парах магния применяют контейнеры с аргоном или вакуумом, в которые закладывают магний. При пайке в парах магния на сплавах АМц и АМг получены соединения с высокой прочностью и хорошей коррозионной стойкостью. Получены положительньГе результаты по пайке алюминия и его сплавов в глубоком вакууме (Ы0~-Ы0~ мм рт. ст.). ПАЙКА ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе обладают высокими температурами плавления и термоэмиссионными свойствами, способностью активно окисляться и поглощать газы при повышенных температурах. Материалы этой группы обладают высокой коррозионной стойкостью Б определенных агрессивных средах. Молибден и вольфрам образуют летучие окислы, интенсивно испаряющиеся при нагреве выше 600 С. В связи с этим на детали, изготовленные из этих материалов, предназначенные для работы на воздухе при высоких температурах, требуется наносить защитные покрытия. Молибден и вольфрам отличаются малой плотностью при 20° С и охрупчи-ваются после нагрева выше температур рекристаллизации вследствие роста зерна. Ниобий и тантал при нагреве на воздухе выше 200 С активно окисляются и взаимодействуют с азотом. Окисление этих металлов и взаимодействие с азотом приводит к образованию на поверхности окисных и нитридных пленок. В связи с высокой активностью тугоплавких металлов к взаимодействию Рис. 5. Схема пайки в кварцевой трубке с нагревом ТВЧ: / - резиновый шланг для подачи аргона; 2 - трубка для подачи аргона; 3 - резиновая пробка; 4 - кварцевая трубка; 5 индуктор; 6 - паяемый образец; 7 - керамические трубки; 8 - подставка; 9 - трубка для выхода аргона с газами и способностью окисляться при нагреве для пайки требуется высокая чистота среды по кислороду и азоту. Молибден и вольфрам рекомендуется нагревать в вакууме, аргоне, гелие, а также в среде водорода и диссоциированного аммиака с точкой росы -40-;-50° С. Для пайки ниобия и тантала следует использовать вакуум с остаточным давлением не выше ЫО~* мм рт. ст. и очищенные нейтральные газы (аргон, гелий). Для сохранения свойств исходного материала максимальная температура пайки материалов этой группы не должна превышать температуру их рекристаллизации. Однако для деталей, предназначенных для работы при более высоких температурах (2000° С и выше), температура пайки может превышать температуру рекристаллизации и в этом случае снижение свойств паяемого металла неизбежно. Пайку легкоплавкими и среднеплавкими припоями (ГОСТ 19248-73) проводят при температурах до 1200- 1300° С, а пайку высокоплавкнми и тугоплавкими припоями - при более высоких температурах в зависимости от требований, предъявляемых к условиям работы изделий при эксплуатации. Нагрев под пайку до температур 1200-1300° С можно осуществлять в обычных электрических печах с применением герметичных контейнеров, заполненных необходимой для пайки средой, в вакуумных печах различных типов и в водородных печах. Нагрев под пайку при температурах выше 1250-1300° С можно производить токами высокой частоты (ТВЧ), световым лучом, электросопротивлением в герметичных контейнерах, камерах, кварцевых трубках, в вакууме или газовой среде, а также расфокусированным или сканирующим электронным лучом в электронно-лучевых установках. На рис. 5 приведена схема пайки в кварцевой трубке с нагревом ТВЧ. При нагреве ТВЧ и электросопротивлением необходимо учитывать форму и сечение стенок нагреваемых деталей. Нагрев ТВЧ целесообразно применять для деталей, имеющих форму тел вращения, а электросопротивлением - для деталей с постоянной толщиной стенок в зоне нагрева. При панке припоями указанных групп возникают различные трудности. При пайке легкоплавкими и среднеплавкими припоями наиболее сложным вопросом является обеспечение смачивания, а при пайке тугоплавкими припоями - по возможности сохранение исходных свойств паяемого металла. Пайку тугоплавких металлов оловянно-свинцовыми припоями можно осуществлять при температурах до 350-400° С по медным или никелевым покрытиям, наносимым на паяемые поверхности термовакуумным напылением, гальваническим и другими способами. Для лучшего сцепления никелевого покрытия с поверхностью тугоплавких металлов рекомендуется применять термическую обработку деталей в вакууме при 850-900° С после нанесения покрытий. Для пайки молибдена и вольфрама без покрытий оловянно-свинцовыми припоями, а также припоями на основе серебра и меди можно рекомендовать способ предварительноголужения поверхности деталей, включающий следующие операции: нанесение на поверхности, подлежащие пайке или лужению, водного раствора окислов молибдена (М0О2, MoOg), доведенного до сметанообразного состояния; 12 Под ред. Ю. Н. Зорина 11, Сопрогинление срезу образцов из сплавов BMI (числитель) и ВН2 (знаменатель) паяных припоями ВПр2 и ВПр4
сушку при температурах до 100 С и нагрев деталей в среде водорода с точкой росы - 40-:-50° С для восстаноБлекия окислов молибдена. Последуюш.ее лужение молибдена и вольфрама по восстановленному слою окислов ведут в среде водорода, аргона и в вакууме при температуре выше 800° С. При нагреве в среде водорода процессы восстановления окислов и лужения можно совместить в одну операцию нагрева. Слой окислов представляет сеть разветвленных капилляров, течение припоя Б которых возможно при углах смачивания поверхности припоем 6 < 90°. По такой технологии молшо нанести припой на поверхность практически любой величины и заданной конфигурации [8]. Процесс лужения по слою окислов может рассматриваться как способ управления течением припоя по поверхности и в около .галтельных участках шва. Для высокотемпературной пайки в интервале температур 1200-1300 С могут быть использованы припои на основе серебра, меди, никеля и палладия. Пайка тугоплавких металлов в этом интервале температур для каждого металла имеет свои особенности. Молибден и вольфрам плохо смачиваются припоями на основе серебра и меди, поэтому пайку их этими припоями лучше вести при температурах, превышающих температуру пайки для обычных металлов на 50-150° С, т. е. при 950- 1200° С. Для пайки лучше использовать самофлюсующие припои на основе меди и серебра или применять пайку по покрытиям нз меди и никеля. При выборе припоев для высокотемпературной пайки ниобия в интервале 1200-1300° С необходимо учитывать способность его к образованию интерметаллического соединения с никелем, входящим в состав многих стандартных припоев. Для пайки ниобия в качестве припоя можно рекомендовать чистую медь, припои на основе меди и палладия. Средние прочностные свойства паяных соединений из сплавов молибдена и ниобия приведены в табл. 11, Тантал и его сплавы особенно чувствительны к примесям газов, имеющихся в нейтральной среде. Поэтому пайку тантала и его сплавов осуществляют в вакууме при остаточном давлении ниже ЫО-*-т-ЫО~ мм рт. ст. Тантал плохо смачивается припоями; пайку среднеплавкими припоями рекомендуется вести по покрытиям из серебра, меди, никеля. При пайке тугоплавкими припоями для всех указанных металлов в качестве припоев можно применять чистый титан, цирконий и сплавы на их основе; для пайки вольфрама - чистый ниобий и тантал. Указанные металлы-припои образуют с молибденом, ниобием, танталом и вольфрамом сплавы в виде непрерывного ряда твердых растворов. Учитывая, что пайку тугоплавкими припоями проводят при температурах, значительно превышающих температуры рекристаллизации указанных материа- лов, механические свойства паяных соединений при температурах испытаний ~2000° С не превышают 2-6 кгс/мм. Исследование большого числа тугоплавких припоев показало, что для пайки в качестве припоев могут быть использованы системы сплавов: Ti-Nb, Ti-Nb- Сг, Ti-Mo, Ti-Mo-Cr, Ti-Mo-Zr, Nb-Zr, Nb-Zr-Cr, Mo-Cr, Nb-V, Nb-V-Zr, Ti-Ta, Ta-Zr, Nb-Cr и др. В этих системах большая часть припоев-твердые растворы, оказывающие небольшое влияние на охрупчивание паяемых металлов, но имеющие более высокие температуры плавления и довольно широкий интервал кристаллизации. Припои эвтектического состава (сплавы Та-Zr, Nb-Сг) часто позволяют снизить температуру пайки при той же рабочей температуре соединений. Припои титан-ниобий, содержащие от 20 до 40% Т1 - пластичные и могут быть получены в виде фольги; при содержании титана более 40% пластичность их снижается. Введение в их состав до 10-15% Сг позволяет снизить температуру [шавления припоев и повысить пластичность. Припои титан-молибден, содержащие 15-45% Ti, имеют температуру плавления 1850-2000° С; введение хрома и циркония в эти припои снижает температуру их плавления. Припои, содерлсащие ванадий и цирконий в твердых растворах Nb-V и Nb-Zr, обладают лучшим смачиванием и затеканием в зазоры. Из стандартных припоев-сплавов для пайки тугоплавких металлов нашел применение сплав ЦН-25 (цирконий-ниобий) с температурой пайки 1850° С. При пайке вольфрама припоем платина - бор с добавками порошка вольфрама в результате диффузии образуется сплав, работающий при температуре 2000° С. Для пайки узлов и изделий из молибдена, вольфрама и ниобия, работающих на воздухе при температурах до 1600° С и имеющих защитные покрытия при выборе припоя, необходимо учитывать особенности взаимодействия припоя с элементами, входящими в состав защитного покрытия. ПАЙКА МЕДИ И ЕЕ СПЛАВОВ Особенности пайки меди и ее сплавов определяются теплофизическими свойствами меди, составом сплавов, температурой их плавления и свойствами окисных пленок. Трудность пайки меди и ее сплавов в значительной степени определяется высокой теплопроводностью меди и сложностью нагрева деталей, имеющих большую массу. Пайка медных сплавов дополнительно осложняется выбором припоев, имеющих температуру плавления ниже температуры плавления сплавов, а также обеспечением смачивания прнпоями поверхности при наличии сложных окисных пленок, в состав которых могут входить прочные окислы AI2O3, ВеО, СгаОд и др. Для пайки этих материалов могут быть использованы различные группы припоев: оловянно-свинцовые, свинцовые, кадмиевые, серебряные, медно-цинковые, медно-фосфорные и др. Нагрев при низкотемпературной пайке в зависимости от массы деталей осуществляют с помощью паяльников, газовых горелок, кварцевых ламп, погружением в ванны с расплавленным припоем и другими методами. Нагрев при высокотемпературной пайке осуществляют в печах: воздушных, вакуумных, с восстановительной средой водорода, диссоциированного аммиака или нейтральной газовой средой. Используют также нагрев в соляных ваннах, газовыми горелками, ТВЧ, электроконтактным методом и др. Медь промышленных марок МО, Ml, М2, МЗ, М4, отличающихся содержанием примесей, имеет температуру плавления, близкую к 1083 С. При нагреве ниже 375° С на поверхности меди образуется окисел СиО, а при нагреве выше 375° С окислы СиО и CUaO, легко удаляемые при пайке. В связи с этим низкотемпературная пайка меди не представляет больших трудностей даже при применении малоактивных канифолевых флюсов, не вызывающих коррозии паяных соединений. Однако во многих случаях при пайке сложных конструкций из меди применяют активные флюсы ЛТИ-1, ЛТИ-120, ЛК-2, хлористый цинк и др. После пайки с активными флюсалш изделия тщательно промывают. |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |