Способ пайки углеграфитовых материалов с железосодержащими сплавами Советский патент 1983 года по МПК B23K1/19 B23K31/02 

(54) СПСХЗОБ ПАЙКИ УГЛЕГРАФИТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ С ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИМИ СПЛАВАМИ

1

Иообретение относится к области пайки, в частности к способам пайки разнородных материалов, и может быть использовано для получения соединений углеграфитовых материалов с железоникелевыми сплавами типа инвар, ковар, фени и другими, содержащими более ЗО вес.% никеля.

Известен способ пайки графита с различными металлами, при котором используют готовые припои с такими, карбидс образующими металлами как титан или цирконий С1 .

Расплавленные припои, содержащие титан, цирконий или другие карб1щообразуюшие компоненты, хорошо смачивают графит, ошшко при взаимодействии с последним они образуют твердые карбидные фазы, что приводит к образованию трещин в паяных игвах при знакопеременном пагружении или термоциклировании изделий. Кроме того, материал паяного шва не согласован с графитом по тепловому расширению.

Известен способ соединения графитовых деталей со стальными путем контактно-реактивной пайки, при котором соединяемые детали нагревают до температуры образования эвтектики с приложением давления 2 .

Недостатком способа является необходимость приложения большого аакпения -1.. 10 - 1,7-Ю кПа.

Требуемые давления сжатия опасны

10 для графитовых деталей к&-за возмо ности их разрушения, возможна также деформация металлических деталей при указанных давлениях и температуре пайки. При увеличении температуры контак15тно-реактивной пайки в шве образуется избыток жидкой фазы, последняя под действием давления вьщавливается из шва, что затрудняет технологический

20 процесс, ухудшает качество соединения, вызьюает необходимость последующей механической обработки. Кроме того, способ не обеспечивает согласования температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) материала шва с графитом, что вызьгаает появление в со единении температурных напряжений, рез ко снижающих его надежность. Наиболее близким по технической сущ ности к предлагаемому является способ пайки углеграфитовых материалов с же-, лезосодержащими сплавами, при котором между соединяемымиповерхностями деталей размещают промежуточный слой и производят нагрев деталей в сжатом состоянии до температуры контактно-ре:активного плавления материала прокладки с материалом одной из деталей Сз . В качеств промежуточного слоя берут порошок ут лерода, за счет которого образуется эвтектика железо - углерод, смачивающая соединяемые детали. Недостатком способа является низкая работоспособность паяных соединений .графита со сплавами, содержащими более 30 вес.% никеля, так как ТКЛР паяного соединения значительно выше ТКЛР соединяемых материалов и после кристаллизации припоя и охлаждения деталей соединение становится напряженным . Целью изобретения является повышение работоспособности паяных соединений графита со сплавами, содержащими более ЗО% никеля. Поставленная цель достигается тем, что способе пайки углеграфитовых материалов с железосодержащими сплавами при котором между соединяемыми поверхностями деталей размещают промежуточный слой и производят нагрев деталей в сжатом состоянии до температу,ры выше температуры контактно-реактив ногнэ плавления материала прокладки с материалом одной из деталей, в качестве промежуточного слоя берут железо, нагрев ведут до температуры ниже температуры контактно-реактивного плавле чя соединяемых материалов. Сущность способа заключается в том что железо прокладки реагирует с графитом образуя эвтектику железо-углерод ., эвтектика смачивает графит и железо-никелевый сплав, а при дальнейшей выдержке расплав насыщается никелем и его состав приближается к составу паяемого сплава. При этом ТКЛР припо становится близким к ТКЛР паяемого железо-гникелевого сплава. Паяный шов состоит из твердого раствора углерода в желеаоникелевом аустените, В шве содержатся включения графита, карбидные фазы отсутствуют. проводится в печах с защитной атмосферой. Расход припоя (О,05-О,2 Г/см) определяется необходимым количеством жидкой фазы при контактно-реактивном плавлении. Указанное оптимальное количество железного припоя обеспечивает минимальные припуски деталей под пайку, близость по свойствам материала шва с соединяемым железоникелевым сплавом, изотермическую кристаллизацию шва за счет растворения никеля в исходной железоуглеродистой эвтектике. Пример. Пайку графита ГМЗП со сплавом 29НК проводили в вакуумной печи сопротивления. Перед пайкой на поверхнос.ть графита наносили в количестве О 04-0,05 г паяльную пасту, состоя.щую из порошка .железа марки ПЖ1 90 вес.% и цапонлака - 10 вес.%. При необходимости пасту разводили ацетоном. На графитовый образец,установленный вертикально, помещали образец из сплава 29НК. Требуемое давление (от 1 до 10 кПа) обеспечивали установкой на обоазец .дополнительного груза. Образцы паяли при температурах 1443j 1478; 1513 К, задавая время выдержки 1800 2700, 3600 с. Паяные образцы использовали для испытаний паяных соединений на растяжение и термоциклирование, а также для определения переходного электросопротивления контакта графит - металл. При испытании на растяжение все образцы разрушились по графиту далеко от места, спая. Величина временного сопротивления разрыву определялась прочностью графита, среднее ее значение составило 6,0 Мла. Испытания паяных образцов на тер- моцик/шрование проводили по следующему температурному режиму: нагрев в вакууме до температуры 1173 К за 1О с, охлаждение до температуры 293 К за 900 с. Все образцы вьздерживали 50 термоциклов без разрушения, Способ может быть реализован на распространенном универсальном. термическом оборудовании. Железный припой, необходимый для осуще ствле Уия процесса является дешевым и недефицитным. Высокое качество полученных соединений и технологичность способа обуславливают его экономическую эффективность. Формула изобретения Способ пайки углеграфитовых материалов с железосодержащими сплавами, йри

котором между соединяемым поверхностями деталей разметают промез1 точный слой и производят нагрев деталей в сжатом состоянии до температуры выше температуры контактно-реактивного плавя ния материала прокладки с материалом одной из деталей, о т л и ч а ю щ и и.с я тем, что, с целью повышения работоспособности паяных соединений графита со сплавами, содержащими более .

ЗО вес.% никеля, в качестве промежуточного слоя берут железо, а нагрев ведут до температуры ниже температуры койтактно-реактивного плавления соэдиняе ,мых материалов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертвэе

3.Конина Т. А. и др. Пайка анодов из сигащированного графита со сталью.Сварочное производство, 1981, № 5, с. 31-32 (прототип).