Способ автовакуумной пайки Советский патент 1981 года по МПК B23K1/04 

(54} СПОСОБ АВТОВАКУУМНОЙ ПАЙКИ .

Изобретение относится к пайке и может быть использовано при автовакуумной пайке крупногабаритных деталей. Известен способ автовакуумной пай ки, при которсмл припой размещают в копильнике, паяемый зазор герметизируют по наружному контуру и производят нагрев до температуры пайки. Это способ использует эффект рас.творения в материале детгшей газов, находжцихся в зазор е н обеспечивает хорошую стабильность свойств паянно го соединения за счет нгщежного заполнения соединительного зазора жид Ким припоем. Однако в некоторых случаях даже при достижении вакуума в соедииител ном зазоре, в нем 1.югут образоваться газы, сегрегации KOTOI JX способствуют появлению пор и иепропаев в шве паяного соединения. Так, при па ке чугунным припоем еще в процессе нагрева пакета до температуры, при которой происходит растворение кислорода и азота воздуха паяемамя дет лями (1000 -1100°С), а также в начальный период выдержки изделия при этой температуре, в зазоре вьаделяет ся СО и СО г. Это объясняется налиием на поверхности заготовки чугун-j ного припоя свободного графита С + О СОг t (1) COj + С 2СО4(2) С началом расплавления заготовки припоя и в процессе затекания его в зазор, продолжается образование и выделение СО в условиях вакуума по реакции углерода с кислородом, растворенном в чугуне с + ЕОЗ со Количество газов в зазоре значительно увеличивается в процессе затекания расплавленного припоя в зазор в том случае, если в зтот момент не достигнут достаточный вакуум. Находящийся в расплавленном чугуне во взвешенном состоянии свободный графит реагирует с кислородом воздуха по реакции (1) и далее с углекислым газом по реакции (2). Такая ситуация типична для прог изводственных условий серийного изготовления крупногабаритных паяных изделий. В таких условиях трудно выдержать постоянным оптимальный зазор пайки (0,5-1,0 мм) по всей площади соединяемых поверхностей и ширина зазоров в некоторых местах из:делий может достигать 2-3 мм. Увеличенный при этом объем воздуха в зазоре не успевает раствориться за время, установленное технологическим циклом. Угарный и углекислый газы могут образовы ться в зазоре тавГже при сгорании различных маслянистых пятен «а поверхности соединяемых дета лей, которые в условиях серийного производства встречаются довольно часто. Кроме того, такие газы, как арго углекислый газ и др.. попадают в за зор при обварке пакетов под пайку, если при этом применяются сварка в защитной среде этих газов. Таким образом, даже при полном растворении кислорода и азота воздуха паяемыми деталями в соединительном зазоре присутствует определен ное количество COj COjj, аргона или других газов, которые появились или образовались в зазоре в ходе технол гического цикла подготовки и пайки изделия. Наиболее близким к предлагаемому способу является осуществление авто вакуумной пайки с предварительной или сопутствующей откачкой атмосфер ных газов из полости соединительног зазора с помощью вакуумных насосов Этот способ требует значительных затрат на эксплуатацию дорогостоящи вакуумных насосов. Кроме того, в ус ловиях группового нагрева паяемых изделий в больших нагревательных пе чах вызывается большой расход соеди нительных трубок, а процесс гермети зации соединительного зазора в усло виях серийного производства (при пе режиме и заварке конца соединительной трубки), ненсщежен. Цель изобретения - улучшение качества паяных изделий. Поставленная цель достигается тем, что в способе автовакуумной пайки, при котором припой размещают в копильнике паяемый зазор герметизируют по наружному контуру и производят нагрев до температуры пайки верхнюю и нижнкио части паяемого зазора соединяют дополнительным каналом, создающим возможность вытеснени припоем газов из зазора в копильник На чертеже изображен вертикальный поперечный разрез паяег ого пакета. Заготовки 1 собраны в пакет с зазором 2. в верхней части зазора выпо лнены копильник 3, в который поме.цшот заготовку 4 припоя, максимально заполняющую полость копильника. В теле пакета, по сварному шву 5 в нижней части полости зазора и в верх ней части, у копильника, просверлены сквозные отверстия 6 размер диаметра которых является капиллярными или близким к нему для данного припоя. Нижнюю часть полости зазора сполостью копильника связывает трубка 7 или несколько трубок, приваренных в местах засверловки указанных отверстий вакуум-плотным швом 5, образуйщих каналы, объем которых значительно меньше объема полости зазора. Co6paHHSTo таким образом заготовку нагревают и вьодерживают при температуре, не ниже температуры плавления припоя. Соединительный зазор 2 между заготовками 1 заполняется припоем из копильника 3, затекающим в зазор под собственник весом при нагреве и выдержке заготовок при температуре плавления припоя. Удаление газов из соединительного зазора 2 производ11тся выцавливанием их стекающим припоем, который подобно поряиню, вытесняет газы через отверстия 6 по трубке 7в полость копильника 3. При этом объем полости зазора на несколько порядков больше объема канала в трубке, так что в последних при нагреве будет создано разрежение и газы беспрепятственно протекают в полость копильника. Размер отверстий 6 может быть-и не капиллярным для взятого припоя, т. е. можно допустить проникновение припоя по трубкам 7 снизу вверх. Пример. Проводят высокотемпературную автовакуумную пайку биметаллических слябов, композицию которых составляют низколегированная кремнемарганцовистая сталь и среднелегированная хромникельмолибденовая сталь с соотношением слоев (их толщин ) 40%+60% соответственно. Размеры собранного биметаллического пакета 200x900-1400 мгл. В качестве припоя применяют серый чугун эвтектического состава по углероду. Пакеты собирают с зазором 1,5-2,0. мм. Обварку пакета.по периметру проводят полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа аустенитной проволокой марки Х20Н9Г7Т. Использовали заготовку припоя диаметром 60 и длиной 800мм. В нижней части пакетов, в сварных швах, и в верхней части пакетов сверлят ряд отверстий (по 5 шт.) диаметром 1,5 мм. В местах засверловок вакуумплотным швом приваривают трубки из нержавеющей стали диаметром 4 мм, соединякицие полость нижней части зазора с полостью копильника. Пакеты устанавливают вертикально в нагревательной печи и подверггиот нагреву по следующему термическому циклу: посадка при 1000 С, выдержка после выравнивания температуры 10 ч, подъем до , вьщержка 30 мин и затем охлгс сдение с печью до . Микро-и микроструктурный анализ продольных и поперечных темплетов, вырезанных из биметаллических пакетов, выявляет надежное заполнение зазора припоем, в металле паяного шва не обнаружены поры или непропаи.

Преялагаемля способ автовакуумйрования пайки улучшает качество паяного шва, позволяет значительно сократить количество брака (до 4-5%) при производстве биметаллических пакетов, значительно упрощает и удешевляет П{Х извсщство паяных крупногабаритных изделий.

Формула изобретения

Способ аотоваку тной пайки, при котором припой размещают я копильнике, паяемый зазор герметизируют по наружному контуру и производят нагрев до температуры°пайки, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества пайки, верхнюю и нижнюю части паяемого зазора сое.диняют дополнительным каналом, создающим возможность вытеснения припоем газов из зазора в копильник.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Пузырин Л.Г., Бойко Г.А. и , Атрсшенко И.Г. Автовакуумная высоко температурная пайка. Общество Знание УССР Киев, 1975.