СПОСОБ ПАЙКИ ИЗДЕЛИЙ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК B23K1/19 B23K103/18 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности, к области диффузионной пайки изделий из молибдена и стали.

В промышленности широко используются конструкции, выполненные из молибдена, спаянного с другими металлами. Технология пайки изделий из молибдена и стали описана в пат. Японии N 51-15826, опубликованном 09.05.76 г. Краткая аннотация его изложена в р.ж. "Сварка", 1977, N 3, N 3.63.395П. В качестве припоя используют медь или ее сплавы. После установки припоя между соединяемыми поверхностями изделие паяют в защитной среде. В процессе нагрева происходит переход железа в припой. После образования шероховатого слоя на соединяемой поверхности молибдена, глубина которого больше толщины образующегося хрупкого слоя сплава молибдена с железом, проводят пайку с помощью медного припоя.

Однако при использовании известного способа пайки прочность паяного соединения недостаточно высока в связи с относительно низкой температурой распая медного припоя.

Известен способ пайки изделий, содержащих детали из молибдена и стали, включающий нанесение на паяемые поверхности деталей слоев медного покрытия толщиной 12-15 мкм, размещение серебряного припоя и пайку в вакууме 1•10^-2 мм рт. ст. при температуре 920±5^oC и выдержке 5 мин (см. пат. России N 1593813, кл. B 23 K 1/00, 1987).

Недостатком указанного способа является недостаточная работоспособность изделий при повышенных температурах и в агрессивных средах. Обусловлено это слабой адгезией медносеребряного припоя с молибденом и низкой температурой распая паяного шва (ниже 1000^oC).

Цель изобретения создание паяных изделий с высокой степенью герметичности и работоспособности в условиях агрессивных сред и температур до 1200^oC.

Цель достигается тем, что при использовании в качестве припоя сплава, содержащего до 70 мас. марганца и никель, осуществляют медленный нагрев до температуры 600±10^oC со скоростью 10- 15^oC/мин и выдержку при ней в течение 25-30 мин, далее скорость нагрева увеличивают до 65-100^oC/мин и при температуре 970-1000^oC производят выдержку в течение 10-15 мин с последующей пайкой при температуре 1170±10^oC в течение 3-5 мин. Согласно второму варианту изобретения при использовании в качестве припоя сплава, содержащего 15-20 мас. марганца и медь, на паяемую поверхность детали из молибдена наносят слой медного покрытия толщиной 15-20 мкм, на паяемую поверхность детали из стали наносят слой никелевого покрытия толщиной 15-20 мкм, осуществляют медленный нагрев до температуры 600±10^oC со скоростью 10- 15^oC/мин и выдержку при ней в течение 25-30 мин, далее скорость нагрева увеличивают до 50-70^oC/мин и при температуре 820-830^oC производят выдержку в течение 10-15 мин с последующей пайкой при температуре 1020±10^oC в течение 2-3 мин.

Технический результат изобретения повышение степени герметичности паяного соединения и работоспособности изделия в условиях агрессивных сред (морская вода, туман) при температуре до 1200^oC за счет повышения температуры распая паяного шва.

Объединение двух технических решений в одну заявку связано с тем, что два приведенных выше способа имеют единый изобретательский замысел повышение герметичности и работоспособности изделий за счет повышения температуры распая паяных швов, решаемый принципиально одним и тем же путем использованием в качестве припоя сплавов, содержащих марганец, использованием никеля или в составе припоя, или в качестве покрытия на стальную деталь, а также применением нагрева с промежуточными выдержками при различных его скоростях до температуры пайки. Указанные два способа пайки изделий являются равноценными для решения поставленной задачи.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Паяли конструкции, содержащие паяные пластины из молибдена и стали и выполненные с отверстием посредине. На паяемые поверхности пластин из молибдена и стали наносят гальваническим методом из сернокислых растворов слои медного покрытия толщиной 15-20 мкм каждый. Предварительно пластины подвергают обезжириванию, травлению и промывке. Далее между паяемыми поверхностями пластин располагают припой, содержащий марганец, никель и хром, марки Г70НХ, т.е. содержащий до 70 мас. марганца. Собранное изделие помещают в контейнер, пространство которого вакуумируют от насоса до разрежения 1•10^-2 мм рт.ст. Контейнер с изделием располагают в печи, где происходит его нагрев и и пайка. Вначале нагрев осуществляют медленно со скоростью 10-15^oC/мин, при температуре 600±10^oC проводят выдержку в течение 25- 30 мин. За это время с поверхности молибденовой и стальной пластин интенсивно удаляются газы, в особенности водород. После указанной термообработки скорость нагрева увеличивают до 70- 100^oC/мин и при достижении температуры 970-100^oC проводят выдержку в течение 10-15 мин. Увеличение скорости нагрева до 70-100^oC необходимо для того, чтобы уменьшить сублимацию марганца из припоя, а выдержка при температуре 970-100^oC необходима для выравнивания температур молибденовой и стальной пластин. Наличие марганца в припое и его ограниченная сублимация в рабочее пространство контейнера позволяет создать в этом пространстве дополнительную защитную атмосферу, улучшить растекаемость и смачиваемость припоя. Пайку осуществляют при температуре 1170±10^oC в течение 3- 5 мин. В процессе пайки протекает диффузия элементов из основного металла в припой и их взаимодействие с его элементами, например, никелем и хромом. Резко повышается плотность и прочность паяного соединения, а также температура его распая до 1250^oC. Повышение температуры распая паяного шва позволяет повысить работоспособность изделия в агрессивных средах до 1200^oC. Охлаждение контейнера со спаянным изделием проводят на воздухе до комнатной температуры. Далее контейнер разгерметизируют.

Была проведена проверка на адгезионную прочность паяного соединения. Металлографические исследования показали полную взаимную диффузию молибдена и стали с элементами припоя. Швы плотные, без дефектов. Высокое качество швов сохраняется и после испытаний в натурных условиях.

В соответствии с данным изобретением в качестве припоя могут быть использованы сплавы, содержащие до 20 мас. марганца и медь. При этом варианте на паяемую поверхность молибденовой пластины наносят гальваническим способом слой медного покрытия толщиной 15-20 мкм, а на паяемую поверхность стальной пластины слой никелевого покрытия толщиной 15-20 мкм. Между паяемыми поверхностями располагают припой марки ПМ-17, содержащий 17 мас. марганца и медь. Собранное изделие помещают в контейнер, его вакуумируют до 1•10^-2 мм рт.ст. и располагают в печи для пайки. Нагрев осуществляют сначала медленный до температуры 600±10^oC со скоростью 10-15^oC/мин, а затем после выдержки в течение 25-30 мин скорость нагрева увеличивают до 50-70^oC/мин и при температуре 820-830^oC проводят выдержку в течение 10-15 мин. Вторые скорость нагрева и температура выдержки несколько ниже по сравнению с первым вариантом способа из-за несколько меньшей температуры начала плавления припоя. Пайку проводят при температуре 1020±10^oC в течение 2-3 мин. В процессе пайки происходит диффузия элементов основного металла в припой. Дефицит марганца в паяном соединении, образованный в результате его сублимации при нагреве, компенсирует никель, продиффундированный из покрытия на стальной пластине в припой. В результате пайки по второму варианту получают прочное и плотное соединение с температурой его распая до 1200^oC, что обеспечивает работоспособность изделия до 1200^oC.

Металлографические исследования показали полную взаимную диффузию молибдена и стали с элементами припоя. Швы плотные, без дефектов.

Способ может быть использован при диффузионной пайке изделий из молибдена и стали. На паяемые поверхности изделий наносят слои медного покрытия. Размещают припой. Пайку производят в вакууме 1•10^-2 мм рт.ст. По первому варианту используют припой с содержанием марганца до 70 мас.%, никель - остальное. Изделие нагревают со скоростью 10-15^oC/мин до 600±10^oC и выдержкой 25-30 мин. Скорость нагрева увеличивают до 70-100^oC/мин. При 970-1000^oC проводят выдержку 10-15 мин. Пайка при температуре 1170±10^oC в течение 3-5 мин. По второму варианту на паяемую поверхность стальной пластины наносят слой никелевого покрытия 15-20 мкм. Используют припой с содержанием марганца до 20 мас.%, медь - остальное. Изделие нагревают в печи до 600±10^oC со скоростью 10-15^oC/мин с выдержкой 20-30 мин. Далее нагревают со скоростью 50-70^oC/мин до температуры 820-830^oC с выдержкой 10-15 мин. Паяют при температуре 1020±10^oC в течение 2-3 мин. Способ повышает герметичность паяного соединения и работоспособность изделия в агрессивных средах. 2 с.п. ф-лы.

1. Способ пайки изделий, содержащих детали из молибдена и стали, включающий нанесение на их паяемые поверхности слоев медного покрытия, размещение припоя, нагрев и пайку в вакууме 1•10^- 2 мм рт.ст. отличающийся тем, что в качестве припоя используют сплав, содержащий 65 70 мас. марганца и никель остальное, осуществляют медленный нагрев до (600 ± 10)^oС со скоростью 10 15 град./мин и выдержку при ней в течение 25 30 мин, далее скорость нагрева увеличивают до 70 100 град./мин и при 970 1000 ^oC проводят выдержку в течение 10 15 мин с последующей пайкой при температуре (1170 ± 10)^oC в течение 3 5 мин. 2. Способ пайки изделий, содержащих детали из молибдена и стали, включающий нанесение на паяемую поверхность детали из молибдена медного покрытия, размещение припоя, нагрев и пайку в вакууме 1•10^- 2 мм рт.ст. отличающийся тем, что в качестве припоя используют сплав, содержащий 15 20 мас. марганца и медь остальное, на паяемую поверхность детали из стали наносят слой никелевого покрытия толщиной 15 20 мкм, осуществляют медленный нагрев до (600 ± 10)^oC со скоростью 10 15 град./мин и выдержку при ней в течение 25 30 мин, далее скорость нагрева увеличивают до 50 70 град./мин и при 820 830^oC производят выдержку в течение 10 15 мин с последующей пайкой при (1020 ± 10)^oC в течение 2 3 мин.