Способ бесфлюсовой пайки титана и его сплавов с алюминием и его сплавами Советский патент 1990 года по МПК B23K1/19 B23K35/38 

Изобретение относится к области пайки, в частности к способам бесфлюсовой пайки титано-алюминиевых конструкций припоями на основе алюминия, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.

Цель изобретения - повышение качества паяных соединений путем улучшения смачиваемости титана расплавленным припоем и упрощение процесса пайки.

Способ реализуют следующим образом.

Паяемые детали обезжиривают и травят в стандартных для титановых и алюминиевых сплавов растворах, при необходимости осветляют, промывают, сушат и собирают под пайку. Припой в виде фольги или в другой компактной форме обезжиривают в органическом растворителе, обрабатывают в

стандартном для алюминиевых сплавов щелочном растворе с последующими промывками, осветлением сушкой и укладкой в паяльный зазор или рядом с ним. Порошок силумина используют в состоянии поставки в виде пасты на органической связке. Собранные изделия помещают в контейнер с затвором, изготовленный из углеродистой или нержавеющей стали, туда же помещают компактную навеску свинца из расчета 3 г/л объема контейнера. Контейнер с изделием помещают в вакуумируемую камеру, например разборный вакуумный контейнер, создают форвакуум, нагревают, обеспечивая остаточное давление не выше 12 Па, до температуры пайки, выдерживают 5-20 мин (в зависимости от марки припоя, массы и геометрии изделия) и охлаждают.

сд ел

Јь

00

Ю

10

В качестве источника паров свинца может быть использован свинцовый порошок, вводимый в порошкообразный припой.

Затвор контейнера может быть уплотнен кусочками измельченной титановой губки, плотно уложенной в несколько слоев. При этом в нижнем слое уплотнения равномерно по периметру размещают несколько навесок магния. Применение паров магния необходимо для активирования поверхности паяемого алюминиевого сплава и алюминиевого припоя, но неэффективно для активирования поверхности титана. Пайка в этом случае возможна лишь с укладкой припоя в зазор в виде тонкой фольги и обязательного сдавливания соединяемых поверх- 15 ностей при длительной выдержке припоя в расплавленном состоянии. Испарение свинца внутри вспомогательного контейнера обеспечивает растекание силумина по поверхности титана, но в свою очередь неэффективно для активирования поверхности алю- 0 миния и его смачивания силумином. Однако одновременное введение навесок магния и свинца внутрь вспомогательного контейнера затрудняет испарение свинца (вследствие образования на его поверхности легкоокис- 25 ляемых соединений с магнием) и доставку его паров к поверхности титана, что при полном смачивании силумином алюминия не обеспечивает стабильного смачивания титана Данное противоречие устраняется посредством размещения навесок магния перед от- качными отверстиями вспомогательного контейнера и засыпкой их титановой губкой, а свинца - в компактной форме или в виде порошка в смеси с порошком припоя, внутри контейнера. Свинец, применяемый в качестве испаряемого металла, не является активным геттером по отношению к титану и алюминию, не вступает с ними в контактное твердогазовое плавление, но обеспечивает смачивание титана алюминиевыми припоями в том числе силумином, при температуре пайки, допустимой для нагрева алюминиевой части комбинированных титано-алюми- ниевых конструкций.

Пример 1. Паяли натурные образцы комра ТБМ-60, после чего эти пластины вершинами гофр вдавливались в равномерный по толщине слой припоя. Глубина вдавливания составляла 1 мм. После нанесения припоя с обеих сторон гофрированная плас тина собиралась с двумя плоскими пластинами из ВТ1 -0 (6 0,2 мм), помещалась между двумя плоскими пластинами (б 5 мм), собранный пакет сжимался с помощью струбцины так, чтобы зазоры в местах пзйки вершин гофр к титановым не превышали 0,1 мм, и в таком состоянии фиксировался с помощью стяжек, вырезанных из титановой фольги, с использованием конденсаторной сварки. Собранные для пайки образцы размещали во вспомогательном составном контейнере цилиндрического типа, изготовленном из нержавеющей стали и при сборке образующем затвор, который уплотняли засыпкой в 4-5 слоев кусочков измельчен ной титановой губки (размеры частиц 1 - 2 мм). Контейнер с образцами загружали в вакуумируемый форвакуумным насосом разборный контейнер с «холодной крышкой, который нагревали в электропечи.

Пайку осуществляли при остаточном давлении 6-11 Па с выдержкой 10 мин при температуре пайки 600±5°С, скорость нагрева 30°С/мин. Размещение испаряющихся металлов осуществляли по следующим схемам:

а)размещение внутри вспомогательного 30 контейнера в стальном стаканчике компактной навески свинца (3 г/л);

б)размещение внутри вспомогательного контейнера компактной навески магния (0,1 г/л);

в)одновременное размещение внутри вспомогательного контейнера, компактных навесок свинца и магния в указанных количествах;

г)размещение внутри вспомогательного контейнера компактной навески свинца (3 г/л) и в затворе под титановой губкой трех одинаковых кусочков магния (суммарная навеска 0,1 г/л);

д)размещение кусочков магния в затворе под титановой губкой (аналогично пункту г) и введение порошка свинца (размеры частиц

35

40

бинированного титано-алюминиевого теплообменника, в которых гофрированная пласти- 45 60-80 мкм) в порошок силумина в коли- на из сплава АМЦ (30X30X0,3 мм, вы- честве 3 и 5%.

сота гофр 6 мм) помещалась между двумя плоскими пластинами из сплава ВТ1-О (30X30X0,2 мм). Образцы обезжиривали спиртом, обрабатывали в стандартных для титановых и алюминиевых сплавов травиль- $® ных растворах с последующими промывками, осветлением и сушкой. В качестве припоя использовали порошок эктектического силумина с размером частиц 120-160 мкм. ПриПосле пайки проводили визуальный контроль качества формирования галтелей и механические испытания на отдир.

Сравнительный анализ паяных образцов показал, что при введении испаряющихся металлов по схеме а припой смачивает и растекается только по титану, а по схеме б - только по алюминию. В обоих случаях после пайки пластины из ВТ1-0 легко

0 5

ра ТБМ-60, после чего эти пластины вершинами гофр вдавливались в равномерный по толщине слой припоя. Глубина вдавливания составляла 1 мм. После нанесения припоя с обеих сторон гофрированная пластина собиралась с двумя плоскими пластинами из ВТ1 -0 (6 0,2 мм), помещалась между двумя плоскими пластинами (б 5 мм), собранный пакет сжимался с помощью струбцины так, чтобы зазоры в местах пзйки вершин гофр к титановым не превышали 0,1 мм, и в таком состоянии фиксировался с помощью стяжек, вырезанных из титановой фольги, с использованием конденсаторной сварки. Собранные для пайки образцы размещали во вспомогательном составном контейнере цилиндрического типа, изготовленном из нержавеющей стали и при сборке образующем затвор, который уплотняли засыпкой в 4-5 слоев кусочков измельчен ной титановой губки (размеры частиц 1 - 2 мм). Контейнер с образцами загружали в вакуумируемый форвакуумным насосом разборный контейнер с «холодной крышкой, который нагревали в электропечи.

Пайку осуществляли при остаточном давлении 6-11 Па с выдержкой 10 мин при температуре пайки 600±5°С, скорость нагрева 30°С/мин. Размещение испаряющихся металлов осуществляли по следующим схемам:

а)размещение внутри вспомогательного 0 контейнера в стальном стаканчике компактной навески свинца (3 г/л);

б)размещение внутри вспомогательного контейнера компактной навески магния (0,1 г/л);

в)одновременное размещение внутри вспомогательного контейнера, компактных навесок свинца и магния в указанных количествах;

г)размещение внутри вспомогательного контейнера компактной навески свинца (3 г/л) и в затворе под титановой губкой трех одинаковых кусочков магния (суммарная навеска 0,1 г/л);

д)размещение кусочков магния в затворе под титановой губкой (аналогично пункту г) и введение порошка свинца (размеры частиц

5

0

5 60-80 мкм) в порошок силумина в коли- честве 3 и 5%.

После пайки проводили визуальный контроль качества формирования галтелей и механические испытания на отдир.

Сравнительный анализ паяных образцов показал, что при введении испаряющихся металлов по схеме а припой смачивает и растекается только по титану, а по схеме б - только по алюминию. В обоих случаях после пайки пластины из ВТ1-0 легко

Изобретение относится к пайке и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при изготовлении титано-алюминиевых конструкций. Цель изобретения - повышение качества паяных соединений путем улучшения смачиваемости титана расплавленным припоем на основе алюминия и упрощение процесса пайки. Паяемые детали обезжиривают, травят и производят сборку деталей с размещением в зоне паяемых зазоров припоя на основе алюминия. Сборку помещают в контейнер, расположенный в вакуумной камере и сообщающийся с ней через откачные отверстия. Вакуумируют камеру с контейнером и производят нагрев до температуры пайки с подачей в контейнер паров магния и свинца. В качестве источника паров свинца может быть использован свинцовый порошок, вводимый в порошкообразный припой. Пары свинца обеспечивают хорошее растекание припоя на основе алюминия по поверхности титана. Надежные паяные соединения формируются при более низкой температуре и менее глубоком вакууме. Для пайки не требуется взаимного прижатия деталей. 2 з.п. ф-лы.

пои наносили в состоянии поставки на вер- 5g отделялись от алюминиевой гофрированной шины гофр теплопередающих элементов из пластины. При нагреве с одновременным использованием компактных источников паров магния и свинца внутри вспомогательного контейнера (схема в) припой смачивал обе

сплава АМЦ следующим образом: поверхность гофрированных пластин покрывали органической связкой на основе сополимеразнородные поверхности, однако образование галтелей и заполнение зазора было нестабильное, поэтому сравнительно легко отделялись друг от друга. При этом навеска свинца либо не изменяла, либо увеличивала свой вес после нагрева, а ее поверхность приобретала матовый серый цвет. При нагреве по схемам г и д происходила качественная пайка образцов с образованием плавных, хорошо сформированных галтелей по всем поверхностям контакта гофр с по- крывными пластинами. При отдире образцы разрушались как по шву, так и по металлу гофрированной пластины, Наилучшие результаты были получены при нагреве по последней схеме. Дополнительно проведенные коррозионные испытания паяных соединений показали, что введение в шов 3-5% свинца не ухудшает их коррозионные свойства в 3%- ном растворе NaCl.

Пример 2. Паяли комбинированные прочностные образцы таврового типа. Прочностные образцы изготавливали из листа спла ва BTI-0 толщиной 5 мм и из листа сплава АМЦ толщиной 3 мм. Сечение рабочей части образца 15x3 мм, величина паяемого зазора составляла 0,06; 0,1; 0,2 мм. Составные элементы образцов обезжиривали спиртом. Титановую пластину травили в стандартном растворе, содержащем азотную и плавиковую кислоту, промывали и сушили. Алюминиевую пластину обрабатывали в- стандартном щелочном растворе с последующими промывками, осветлением и сушкой. Затем образцы собирали с заданным зазором с использованием прокладок из титановой фольги. В качестве припоя использовали порошок эвтектического силумина в состоянии поставки, который смешивали с порошком свинца в количестве 5%. Закрепление порошка припоя на образцах в количестве 160% от объема паяемого зазора осуществляли нанесением органической связки на основе сополимера ТБМ60. Собранные для пайки образцы помещали в контейнер с затвором, который уплотняли кусочками измельченной титановой губки. Предварительно под титановой губкой размещали 3-4 кусочка магния из расчета суммарной навески 0,1 г/л объема контейнера. Контейнер с образцами загружали в вакуумную печь типа СГВ 2,5/15. Пайку осуществляли при остаточном давлении не выше 0,1 Па с выдержкой 5, 10, 15, 30 мкм, при температуре пайки 600±:5°С. На каждом режиме паяли по четыре образца: три образца - для определения средней величины прочности на разрыв; один образец - для металлографи- ческого анализа, при котором определяли максимальную величину эрозии сплава АМЦ в расплаве припоя.

При пайке образцов с фиксированным зазором и укладкой припоя около зазора1 прочность паяных соединений практически достигает прочности сплава АМЦ ( 111 МПа

при выдержке не более 15 мин. Увеличение выдержки от 15 до 30 мин не приводит к существенному росту прочности, однако сопровождается усилением эрозии спла- ва АМЦ (максимальная величина эрозии в галтельных участках увеличивается от 0,2 до 1 мм).

Использование данного способа пайки титана и его сплавов с алюминием-и его сплавами припоями на основе алюминия, в

0 том числе содержащими кремний, обспе- чивает в сравнении с известными следующие преимущества:

возможность изготовления комбинированных изделий с элементами разной тол5 щины, с труднодоступными для приложения внешнего давления местами пайки, например, пластинчато-ребристых теплообменников радиаторов, сотовых панелей;

сокращение выдержки при температуре пайки, например, эвтектическим силумином

0 в 3-4 раза при обеспечении качественного формирования паяных соединений с прочностью на уровне прочности деталей из алюминия и его Сплавов;

упрощение оборудования и сокращение

5 цикла пайки за счет возможности ее осуществления в разборных контейнерах, ваку- умируемых механическими форвакуумными насосами до остаточного давления не выше 12 МПа;

отсутствие необходимости в специальО ной подготовке поверхности под пайку и укладки припоя в зазор в виде фольги.

Формула изобретения

в контейнер, расположенный в вакуумной камере и сообщающийся с ней через откач- ные отверстия, вакуумируют камеру с контейнером, производят нагрев до температуры пайки с подачей паров магния и последующее охлаждение, отличающийся тем, что, с

целью повышения качества паяных соединений путем улучшения смачиваемости титана расплавленным припоем и упрощения процесса пайки, в контейнер подают пары свинца.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что источник паров магния размещают снаружи контейнера в зоне откачных отверстий и покрывают его слоем титановой губки.