СПОСОБ ПАЙКИ ДВУХСЛОЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1998 года по МПК B23K1/00 

Изобретение относится к области пайки, в частности к технологии капиллярной пайки двухслойных изделий, выполненных из разнородных материалов.

Капиллярная пайка изделий широко используется в различных отраслях машиностроения с получением прочных паяных соединений [1]. В этой книге на стр. 160 указано, что для повышения механических свойств спаянных при температурах 500 - 550^oC изделий, выполненных из алюминиевых сплавов, можно использовать термическую обработку после их полного охлаждения при температуре около 500^oC.

Однако при пайке двухслойных изделий, выполненных из более тугоплавких материалов, при указанных режимах невозможно достичь прочности паяного соединения на уровне прочности паяемого материала. Кроме того, при пайке изделий из разнородных материалов различие в их коэффициентах теплового расширения приводит к нарушению сплошности спая и появлению дефектов.

Проблема пайки двухслойных изделий из разнородных материалов и достаточно прочным и плотным паяным швом решена в способе, описанном в [2]. Согласно этой технологии проводили контактно-реактивную пайку двухслойного узла с внутренней стенкой из бронзы БрХ08 и наружной стенкой из мартенситно-стареющей стали серебряным припоем при температуре 970±5^oC. Предварительно полость между стенками вакуумировали, а снаружи узла (в печи) создавали давление потоком газа аргона. При охлаждении, начиная с 900^oC, увеличивали подачу газа. При температуре 800^oC осуществляли изотермическую выдержку в течение 20 мин. При этой термообработке происходило снятие напряжений в паяном соединении.

Однако при использовании известного способа не удалось получить требуемую пластичность металла наружной стенки изделия. Объясняется это наличием смешанной структуры стали, из которой выполнена эта стенка. Она состоит из составляющих: (α + γ) и (α + мартенсит). Указанная структура из-за различия размеров параметров решеток этих составляющих вызывает большие напряжения в стали, приводящие к снижению ее пластических свойств. Смешанная структура стали возникает в период охлаждения спаянного изделия от 800^oC до комнатной температуры.

Задача изобретения - создание такого режима пайки двухслойных изделий, содержащих мартенситно-стареющую сталь, при которой обеспечивалось бы диффузионное выравнивание структуры стали, устранение в ней напряжений, а значит и повышение ее пластических свойств.

Задача решена за счет проведения капиллярной пайки изделий при температуре 925±5^oC в течение 3 - 5 мин, охлаждения до комнатной температуры с последующим нагревом изделий до 750±10^oC и выдержкой в течение 40±5 мин. При такой термообработке происходит устранение смешанной структуры стали, обеспечивающее снятие в ней напряжений.

Технический результат - повышение пластических свойств спаянного двухслойного изделия из мартенситно-стареющей стали и бронзы, обеспечивающее повышение его стойкости к трещинообразованию.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Проводили капиллярную пайку смесителя, представляющего собой днище, выполненное из стали ВНС25, с набором впаянных в него форсунок, выполненных из бронзы БрХ08. По местам пайки каждой из деталей наносили гальваническим способом никелевое покрытие со слоем 5 - 10 мкм, необходимое для достижения растекаемости припоя. Сборку под пайку проводили серебряным припоем в виде проволоки. Собранное изделие помещали в контейнер, а последний - в индукционную печь. На дне контейнера помещали флюс KBF₆. Далее из него откачивали воздух до получения вакуума 1•10_-2 мм Hg, а затем в него и в пространство печи подавали инертный газ аргон под давлением на проток. Нагрев печи осуществляли до температуры пайки 925±5^oC. Выдержка при пайке составляла 3 - 5 мин. При нагреве флюс испарялся, тем самым предотвращая окисление металла и обеспечивая условия для смачивания и растекаемости припоя по капиллярным зазорам. По окончании процесса пайки контейнер вынимали из печи. Спаянное изделие охлаждали в атмосфере аргона до комнатной температуры. Далее контейнер с изделием снова помещали в печь, нагревали его до температуры 750±10^oC и выдерживали в течение 40±5 мин. Выбор указанной температуры термообработки обусловлен тем, чтобы не превысить температуру распая (779^oC) припоя и в то же время снять внутренние напряжения в стали и повысить ее пластичность.

Пример 1.

Паяли смеситель, содержащий днище из стали ВНС 25 и 19 шт. впаянных в него форсунок из бронзы БрХ08. По местам пайки днища наносили никелевое покрытие слоем 10±3 мм; по местам пайки форсунок - слоем 5±2 мм. Использовали серебряный припой марки ПС_р 37,5 в виде проволоки диаметром 1,0 мм. Пайку осуществляли при температуре 920^oC в течение 5 мин. После охлаждения изделия до комнатной температуры проводили термообработку при 740^oC в течение 45 мин. Далее изделие подвергали пневмо-гидроиспытаниям, а также определению механических свойств. Пластичность стали ВНС25 составляла: относительно удлинение (δ) 15%, относительное сужение (ψ) 45%. Дефекты в зоне паяного шва не обнаружены.

Пример 2.

Паяли такой же смеситель, как и в примере 1. Диаметр проволоки серебряного припоя - 1,2 мм. Пайку проводили при температуре 930^oC в течение 3-х мин. После охлаждения изделия проводили термообработку при 760^oC в течение 35 мин. Пластические свойства стали ВНС25 на том же уровне, что и в примере 1. Дефекты в зоне паяного шва не обнаружены.

Использование: технология капиллярной пайки двухслойных изделий, выполненных из разнородных материалов. Сущность изобретения: проводили капиллярную пайку смесителя, состоящего из деталей, выполненных из мартенситно-стареющей стали и бронзы. По местам пайки каждой из деталей наносили никелевое покрытие слоем 5 - 10 мм. Сборку изделия осуществляли с серебряным припоем. Пайку проводили в атмосфере инертного газа аргона при температуре 925±5^oC в течение 3 - 5 минут. После охлаждения до комнатной температуры изделие снова нагревали до 750±10^oC и выдерживали в течение 40±5 мин.

Способ пайки двуслойных изделий, выполненных из разнородных материалов, содержащих мартенситно-стареющую сталь, включающий сборку изделий с серебряным припоем под пайку, нагрев до температуры пайки в атмосфере инертного газа и их термообработку, отличающийся тем, что капиллярную пайку осуществляют при (925 ± 5)^oС в течение 3 5 мин и после охлаждения до комнатной температуры проводят термообработку при (750 ± 10)^oС в течение (40 ± 5) мин.