Способ бесфлюсовой пайки алюминиевых изделий Российский патент 2017 года по МПК B23K1/08 B23K103/10 

Изобретение относится к пайке, в частности к способам бесфлюсовой пайки алюминиевых изделий, например пластинчато-ребристых теплообменников. Способ может найти применение в различных отраслях техники.

Известен способ бесфлюсовой пайки алюминия и его сплавов в вакууме в присутствии паров магния (см. US 3321828 (А), опубл. 30.05.1967), заключающийся в том, что в вакуумную печь рядом с собранными паяемыми деталями помещают навески металла, содержащего магний, производят вакуумирование и нагрев до температуры пайки. Пары магния, способствующие пайке алюминия, образуются за счет испарения с поверхности навесок металла. Недостатком этого способа является конденсация паров магния на стенках камеры печи, экранов, нагревательных элементов и вакуумной системы, что может привести к выходу их строя и требует их периодической очистки.

Известен способ бесфлюсовой пайки алюминиевых конструкций, принятый за прототип (см. RU 2124971 С1, опубл. 07.05.1997), в котором паяемое изделие собирают с размещением в зоне пайки припоя на основе силумина, загружают изделие с твердым неиспаряемым геттером в камеру печи, многократно вакуумируют камеру с последующим заполнением после каждого вакуумирования инертным газом с точкой росы не выше -90°С с содержанием кислорода не более 5⋅10^-5 об. %, нагревают изделие до температуры пайки инертным газом, циркуляцию и повышение температуры которого обеспечивают аэродинамическими нагревателями, встроенными в камеру печи, причем нагрев изделия и геттера ведут одновременно, после нагрева до 300-320°С дегазируют изделие и геттер в вакууме (1-9)⋅10^-2 Па в течение 1-10 ч, после нагрева до 500-520°С дегазируют изделие и геттер в вакууме (1-9)⋅10^-1 Па в течение 1-3 ч, а охлаждение изделия до 400-450°С ведут в статической атмосфере инертного газа. Способ обеспечивает получение прочноплотных паяных соединений без присутствия в припое магния и его паров в камере пайки и поэтому не требует очистки стенок камеры, экранов, нагревательных элементов и вакуумной системы. Однако недостатком указанного способа является необходимость предварительной очистки инертного газа от примесей кислорода и паров воды, а также многократного вакуумирования камеры с целью дегазации изделия и геттера в процессе нагрева.

Цель настоящего изобретения состоит в улучшении процессов бесфлюсовой пайки в вакуумных печах.

Технический результат - упрощение процесса бесфлюсовой пайки алюминиевых изделий.

Технический результат достигается тем, что способ бесфлюсовой пайки алюминиевых изделий, преимущественно пластинчато-ребристых теплообменников, включает сборку деталей изделия с размещением в зоне пайки припоя на основе силумина, загрузку изделия с твердым неиспаряемым геттером в камеру печи и ее вакуумирование, нагрев изделия одновременно с геттером до температуры пайки и последующее охлаждение, нагрев ведут в вакууме (1-5)⋅10^-3 Па с периодическими выдержками при температуре 180-200°С и 520-550°С в течение 1-5 часов для выравнивания поля температур в изделии, выдерживают изделие при температуре пайки в течение 1-5 часов, а охлаждение изделия и геттера осуществляют в вакууме с промежуточной выдержкой при температуре 480-500°С в течение 1-3 часов для регенерации геттера, дальнейшее охлаждение до 100°С ведут в вакууме, после чего изделие с твердым неиспаряемым геттером охлаждают на воздухе.

Непосредственно в процессе нагрева и пайки дополнительная очистка атмосферы камеры производится с помощью неиспаряемого геттера, активность которого по отношению к окислителям (кислороду и парам воды) выше, чем у алюминиевых сплавов и стали 12Х18Н10Т (материал камеры). Поэтому геттер, находясь в камере пайки, будет окисляться в первую очередь, создавая тем самым условия, необходимые для пайки алюминиевых изделий. Паяемое изделие собирают с размещением в зоне пайки припоя на основе силумина, загружают изделие с твердым неиспаряемым геттером в камеру печи, нагревают изделие вместе с геттером в вакууме. Способ реализуется следующим образом.

Паяемое изделие собирают с размещением припоя в зоне пайки и устанавливают в печь вместе с геттером в виде пластин, например, из пористого титана. Применение неиспаряемого геттера при пайке алюминиевых сплавов позволяет вести процесс пайки практически в безокислительной атмосфере. Камеру вакуумируют до давления (1-5)⋅10^-3 Па. Нагрев изделия вместе с геттером от комнатной температуры до температуры пайки производят в вакууме с промежуточными выдержками для выравнивания поля температур изделия. Охлаждение осуществляют с выдержкой при температуре 480-500°С в течение 1-5 часов для регенерации геттера, что обеспечивает возможность многократного его использования.

Приведенный режим нагрева и использование неиспаряемого геттера позволяет вести процесс пайки практически в безокислительной атмосфере, что обеспечивает получение в изделиях прочноплотных соединений. Установлено, что при пайке, например, алюминиевого сплава АМц эвтектическим силумином прочность на срез паяных соединений составляет 100 МПа.

Пакет пластинчато-ребристого теплообменника, собранный в сборочно-паяльном приспособлении, устанавливают вместе с геттером в вакуумную печь. Камеру вакуумируют до давления 3⋅10^-3 Па. Затем осуществляют нагрев и пайку пакета в вакууме (1-5)⋅10^-3 Па с выдержками при температуре 180-200°С и 520-550°С в течение 1-5 часов для выравнивания поля температур в изделии, выдерживают изделие при температуре пайки в течение 1-5 часов, а охлаждение изделия и геттера осуществляют в вакууме с промежуточной выдержкой - при температуре 480-500°С в течение 1-3 часов для регенерации геттера, дальнейшее охлаждение до 100°С ведут в вакууме, после чего изделие с твердым неиспаряемым геттером охлаждают на воздухе. Паяный пакет испытан на прочность давлением 12,5 кг/см².

Технический результат при осуществлении изобретения достигается за счет применения неиспаряемого геттера при нагреве изделия и геттера в вакууме с периодическими выдержками для выравнивания поля температур в изделии и охлаждения изделия и геттера в вакууме с промежуточной выдержкой для регенерации геттера.

Изобретение может быть использовано для бесфлюсовой пайки алюминиевых изделий, например пластинчато-ребристых теплообменников. В зоне пайки размещают припой на основе силумина. Загружают изделия с твердым неиспаряемым геттером в камеру печи. Нагрев осуществляют в вакууме (1-5)⋅10^-3 Па с периодическими выдержками при температуре 180-200°С и 520-550°С в течение 1-5 ч для выравнивания поля температур в изделии. Выдерживают изделие при температуре пайки в течение 1-5 ч. Охлаждение изделия и геттера осуществляют в вакууме с промежуточной выдержкой при температуре 480-500°С в течение 1-3 часов для регенерации геттера. Охлаждение до 100°С проводят в вакууме, после чего изделие с твердым неиспаряемым геттером охлаждают на воздухе. Способ обеспечивает проведение процесса практически в безокислительной атмосфере, что позволяет получить прочноплотные паяные соединения, в частности с высокой плотностью на срез.

Способ бесфлюсовой пайки алюминиевых изделий, преимущественно пластинчато-ребристых теплообменников, включающий сборку деталей изделия с размещением в зоне пайки припоя на основе силумина, загрузку изделия с твердым неиспаряемым геттером в камеру печи и ее вакуумирование, нагрев изделия одновременно с геттером до температуры пайки и последующее охлаждение, отличающийся тем, что нагрев ведут в вакууме (1-5)⋅10^-3 Па с периодическими выдержками при температуре 180-200°С и 520-550°С в течение 1-5 ч для выравнивания поля температур в изделии, выдерживают изделие при температуре пайки в течение 1-5 ч, а охлаждение изделия и геттера осуществляют в вакууме с промежуточной выдержкой при температуре 480-500°С в течение 1-3 ч для регенерации геттера, дальнейшее охлаждение до 100°С ведут в вакууме, после чего изделие с твердым неиспаряемым геттером охлаждают на воздухе.