Способ пайки изделий Советский патент 1984 года по МПК B23K1/00 B23K35/38 

Изобретение относится к пайке, в частности к способам пайки с применением паров легкоиспаряющегося элемента, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения Известны способы пайки с использованием паров легкоиспаряющегося элемента. Легкоиспаряющийся элемент связывает окислительные компоненты в атмосфере пайки, взаимодействует с окиСной пленкой на поверхности па емого металла, легирует заготовку припоя из паровой фазы. При этом возможна пайка без флюса, за счет легирования из паровой фазы можно и менять состав и свойства припоя LIU Недостатками этих способов являю ся неопределенное содержание легкоиспаряющегося элемента в припое пос ле пайки 5 а также излишний расход легкоиспаряющегося элемента. Наиболее близким к изобретению является способ пайки, включающий размещение собранных паяемых детале заготовок припоя и навески легкоиспаряющегося элемента в замкнутом объеме, нагрев деталей до температуры пайки, вьщержку для легировани заготовки припоя легкоиспаряющимся элементом из паровой фазы до необходимого состава и затекания припоя в паяемые зазоры и охла;ждение 2. Для обеспечения необходимого состава припоя в известном способе давление в объеме пайки поддерживаю на уровне давления насыщенных паров легкоиспаряющегося элемента над при поем необходимого состава при темпе ратуре пайки. В связи с тем, что да ление паров чистого легкоиспаряющег ся элемента при высокой температуре вьшш указанного давления, то происходит интенсивньм перенос паров легкоиспаряющегося элемента в зоны замкнутого объема, имеющие меньшую температуру, и в трубопроводы вакуумной и газовой систем, где происходит их конденсация. При этом расход легкоиспаряющегося элемента значительно больше требуемого. .Кроме того, способ не позволяет рег лировать воздействие паров легкоиспаряющегося элемента на атмосферу пайки и паяньй металл при нагреве и охлаждении. Цель изобретения - снижение расхода легкоиспаряющегося элемента. 12 Поставленная цеЛь достигается тем,что согласно способу пайки изделий, включающему размещение собранных паяемых деталей, заготовок припоя и навески легкоиспаряющегося элемента в замкнутом объеме, нагрев деталей до температуры пайки, вьщержку для легирования заготовки припоя легкоиспаряющимся элементом из паровой фазы до необходимого состава и затекания припоя в паяемые зазоры и охлаждение, температуру навески легкоиспаряшщегося элемента во время вьцтержки поддерживают на уровне, при котором давление насыщенных паров легкоиспаряющегося элемента равно давлению насьш1енньк паров этого элемента над припоем необходимого состава, а давление в объеме поддерживают выше указанного давления паров легкоиспаряющегося элемента. Для улучшения качества пайки за счет дополнительной очистки атмосферы и улучшения смачивания паяемых деталей припоем температуру навески легкоиспаряющегося элемента при нагреве деталей до температуры пайки поддерживают вьше температуры паяемых деталей. Для повышения качества паяных изделий путем нанесения антикоррозионного покрытия из легкоиспаряющегося элемента температуру навески легкоиспаряющегося элемента при охлаждении изделия после пайки поддерживают выше температуры изделия. Для дополнительного снижения расхода легкоиспаряющегося элемента температуру навески легкоиспаряющегося элемента при нагреве и охлаждении или хотя бы одной из этих стадий поддерживают ниже теъшературы . паяемого изделия. При этом за счет уменьшения температуры легкоиспаряющегося элемента при выдержке, а также увеличения давления в объеме скорость испарения и расход легкоиспаряющегося элемента уменьшается. Необходимое содержание легкоиспаряющегося элемента в припое обеспечивается за счет заданной температуры испарителя. Легирование припоя легкоиспаряющимся элементом будет идти до получения сплава, давление насыщенных паров легкоиспаряющегося элемента, над которым при температуре пайки равно давлению паров чистого

311

легкоиспаряющегося элемента при температуре испарителя. Степень приближения к равновесию зависит от времени выдержки при достаточном количестве легкоиспаряющегося элемента. При давлении в объеме ниже заданного давления легкоиспаряющегося элемента предельное легирование будет зависет от давления.

В случае отсутствия данных о давлении насыщенных паров легкоиспаряющегося элемента над припоем необходимого состава эту величину рассчитывают по формуле Р д Л Р , где Р - давление насьщенных паров легкоиспаряющегося элемента над припоем необходимого состава при данной температуре Р - давление насыщенных паров чистого легкоиспаря{ощегося элемента при той же температуре 1д - активность легкоиспаряющегося элемента в припое.

В случае отсутствия данных по активности ее можно считать приблизительно равной мольной доле легкоис паряющегося элемента в припое и уточнять при отработке технологии.

При поддержании температуры навески легкоиспаряюшегося элемента вьше температуры паяемых деталей обеспечивается повьщ1енная концентрация испаряющегося элемента в паровой фазе и улучшается очистка атмосферы пайки, усиливается взаимодействие легкоиспаряющегося элемента с окисной пленкой, возможна конденсация легкоиспаряющегося элемента на паяемом изделии, улучшающая смачивание припоем. Все это имеет особое значение при пайке труднопаяемых сплавов или в атмосфере, содержащей большое количество окислительных компонентов.

При нанесении антикоррозионного покрытия из легкоиспаряющегося элемента температуру навески его при охлаждении изделия после пайки поддерживают выше тe fflepaтypы изделия.

В этом случае обеспечивается конденсация легкоиспаряющегося элемента на поверхности паяного изделия, что создает условия наибольшего проникновения легкоиспаряющегося элемента в глубину паяемого металла так как диффузия идет из сплошного слоя легкоиспаряющегося элемента на поверхности. Этот же прием позволяет защитить поверхность изделия от окисления при охлаждении.

Поддержание температуры навески легкоиспаряющегося элемента при нагреве и охлаждении или хотя бы одной из этих стадий ниже температу паяемого изделия возможно в случае, когда для обеспечения высокого качества паяных изделий достаточна пониженная концентрация легкоиспаряющегося элемента. Этот же прием можно использовать для удаления абсорбированного легкоиспаряющегося элемента с поверхности изделий.

Пример 1. Проводили пайку стали 12Х18Н10Т припоем Пер 72 в парах лития. Предварительно определяли температуру навески лития, кбторую необходимо поддерживать при выдержке изделий при температуре пайки. Для предотвращения расслоения припоя, приводящего к повышению вязкости расплавленного припоя и затруднению затекания в зазор, а также к ухудшению механических свойств паяных соединений, содержан лития в припое должно быть не более 0,5%. Температуру пайки выбрали 860°С. Давление паров лития при это температуре составляет 6,8 мм рт.ст /Активность лития в расплаве П,р 72, соответствующая такому процентному содержанию, по экспериментальным даным составляет 0,46. Давление паров лития над припоем требуемого состава Р d Р , . 0,46-6,8 мм рт.ст. 3,13 мм рт.ст. 420 Па. Такое давление насьщенных паров чистого лития достигается при температуре 808°С.

Следовательно, температура навески лития при температуре пайки должна составлять , а общее давление в объеме - бапее 420 Па. Для лучшей очистки атмосферы пайки и подготовки поверхности под пайку следует температуру навески лития при нагреве поддерживать. вьш1е температуры паяемых деталей. Дпя уменьшения расхода лития, а также для удаления адсорбировавшегося лития те шературу навески лития при охлаждении после пайки желательно поддерживать ниже температуры изделия .

Пайку проводили cлeдyющIiм образом.

Паяемые образцы с заготовками припоя и испаритель с литием помещали в разных частях прогреваемой зоны контейнера для пайки. Для нагрева использовали двухсекционную электрическую печь, причем нагрев образцов и испарителя проводили разными секциями печи. Секцию,предназначенную для нагрева испарителя, предварительно разогревали до большей температуры, поэтому температура испарителя превышала температуру образцов при нагреве ниже температуры расплавления припоя. Нагре образцов проводили с большей скоростью таким образом, чтобы к момен ту начала вьщержки обеспечить требу емое соотношение температзф на образцах и 808 С - на испарителе с литием). Такое же соотношение под держивали и при выдержке. Давление остаточных газов в контейнере при вьщержке составило 667 Па. При охлаждении температуру испарителя под держивали ниже температуры образцов Использование такой программы позволило ускорить заполнение зазора припоем, прочность образцов на разрыв составила 240-300 МПа. Микростр тура паяного шва эвтектическая, без расслоения. Расход лития по сравнению с пайкой при температуре испари теля 860°С, равной температуре пайки и давлении 66,7 Па уменьшился в 3 раза. Пример 2. Проводили цайку стали 3 латунью в парах 1щнка. Предварительно определяли требуемую температуру навески цинка, которую необходимо поддерживать при выдержк изделий при температуре пайки. Для обеспечения высокой прочности паяно го шва содержание цинка в латуни должно быть около 40%. Температуру пайки выбрали . Активность цинка в такой латуни при этой температуре с учетом возрастания активности цинка в сплавах медь-цинк при повышении температуры и данных по активности при более низкой температуре принята приближенно равной 0,25. Давление паров чистого цинка при температуре пайки 915°С по данным составляет 800 мм рт.ст. Давление паров цинка над сплавом необходимого сост.ава , izn Zn О, 200 мм рт.ст. 267 гП Такое давление чистого цинка достигается при температуре 790с. Следо вательно, температура навески щтка при вьщержке изделия при температур пайки должна составлять 790 С, а об щее давление в объеме при вьщержке 16. должно быть выше 267 гПа. Для предотвращения окисления -и подготовки стали 3 под пайку не требуется высокая концентрация цинка, поэтому с целью уменьшения расхода цинка рационально температуру навески цинка при нагреве поддерживать ниже те1 шературы паяемого изделия. Для получения цинкового покрытия на поверхности стали можно температуру навески цинка при охлаждении после пайки поддерживать выше температуры изделия. Процесс пай ки осуществляли следующим образом. Образны с медными заготовками припоя и испаритель с навеской цинка размещали в различных зонах прогреваемой части контейнера для пайки. Дпя нагрева использовали двухсекцион ную электрическую печь, причем нагрев образцов и испарителя осуществляли разными секциями печи. Предварительно секилю печи, предназначенную для нагрева испарителя, нагревали до меньшей температуры, чтобы температура испарителя при нагреве быгга ниже температуры изделия. Нагрев проводили таким образом, чтобы температура навески цинка при температуре пайки 915°С на изделии составила 790°С. Эти температуры поддерживали и при вьщержке. Общее давление в объеме, включающем форвакуумньй баллон, за счет нейтральной среды азота составило 300 гПа. После окончания вьщержки контейнер частично вьщвигали из печи так, чтобы температура изделия снижалась быстрее, чем температура испарителя с цинком. После выгрузки из образцов были изготовлены шлифы и проведен металлографический анализ. Структура и микротвердость паяного шва соответствует d+f латуни (39-45% Zn), имеющей хорошие механические свойства. Структура поверхностных слоев стали отличается от структуры более глубоких слоев и соответствует фазам системы железоцинк. Расход цинка по сравнению с пайкой при температуре испарителя 915 С, равной температуре изделия, и давлении в объеме 267 гПа уменьшился в 5 раз. Предлагаемый способ позволяет уменьшить расход легкоиспаряющегося элемента при пайке с получением . заданного состава припоя. Кроме того, способ позволяет регулировать интенсивность действия паров на раз

711079718

личных стадиях термического циклативном случае в объем пайки может

пайки и может быть осуществлен безбыть введено несложное устройство,

использования дополнительного обору-позволяющее изменять температуру ис

дования в случае, когда нагреватель-парителя относительно температуры

мое устройство позволяет осуществлять 5всего нагреваемого объема (например

неравномерный нагрев (например .трубчатый электрический нагреватель

многосекционная электропечь). В про-с возможностью охлаждения газом).

1. СПОСОВ ПАЙКИ ИЗДЕШЙ, включающий размещение собранных паяемых деталей,заготовок припоя и навески легкоиспаряготцегося элемента в замкнутом объеме, нагрев деталей до температуры пайки, выдержку для легирования заготовки припоя легкоиспаряющимся элементом из паровой фазы до необходимого состава и затекания припоя в паяемые зазоры и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода легкоиспаряющегося элемента, температуру навески легкоиспаряющегося элемента во время вьщержки поддерживают на уровне, при котором давление насыщенных паров легкоиспаряющегося элемента равно давлению насыщенных паров этого элемента над припоем необходимого состава, а давление в объеме поддерживают вьше указанного давления паров легкоиспаряющегося элемента. 2.Способ по п.1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью улучшения качества пайки- за счет дополнительной очистки атмосферы и улучшения смачивания паяемых деталей припоем, температуру навески легкоиспаряющегося элемента при нагреве деталей до температуры пайки поддерживают вьше температуры i паяемых деталей. 3.Способ ПОП.1, отличаю(Л щийся тем, что, с целью повышения качества паяных изделий путем нанесения антикоррозионного покрытия из легкоиспаряющегося элемента, температуру навески легкоиспаряющегося элемента при охлаждении изделия после пайки поддерживают выше о температуры изделия. 4.Способ ПОП.1, отлича юсо щ и и с я тем, что, с целью допол vl нительного снижения расхода легкоиспаряющегося, элемента,те шературу навески легкоиспаряющегося элемента при нагреве и охлаждении или хотя бы одной из этих стадий поддерживают ниже температуры паяемого изделия.