Спосіб безфлюсової пайки титану та його сплавів з алюмінієм і його сплавами

Изобретение относится к пайке и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при изготовлении титаноалюминиевых конструкций Цель изобретения — повышение качества паяных соедине ний 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 о е 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 дру гой компактной форме обезжиривают в ор ганическом растворителе, обрабатывают в стандартном для алюминиевых сплавов щелочном растворе с последующими промывками, осветлением сушкой и укладкой в паяль ный 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 зависи мости от марки припоя, массы и геометрии изделия) и охлаждают сл 00 1551482 В качестве источника паров свинца может быть использован свинцовый порошок, вводимый в порошкообразный припой. Затвор контейнера может быть уплотнен кусочками измельченной титановой губки, с 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 алюминие- 1 0 вого припоя, но неэффективно для активирования поверхности титана. Пайка в этом случае возможна лишь с укладкой припоя в зазор в виде тонкой фольги и обяза 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 (б 0,2 мм), помещалась между двумя плоскими пластинами (6 5 мм), собранный пакет сжимался с помощью струбцины так, чтобы зазоры в местах пдйки 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 тельного 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- 20 миния и его смачивания силумином. Однако одновременное введение навесок магния и свинца внутрь вспомогательного контейнера затрудняет испарение свинца (вследствие образования на его поверхности легкоокис- 2 5 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- 30 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 ак- 35 тивным 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 40 пайки, допустимой для нагрева алюминиевой части комбинированных титано-алюминиевых конструкций Пример 1 Паяли натурные образцы комбинированного титано-алюминиевого теплообменника, в которых гофрированная пласти- 45 на из сплава АМЦ {30X30X0,3 мм, высота гофр 6 мм) помещалась между двумя плоскими пластинами из сплава ВТ1—0 (30X30X0,2 мм) Образцы обезжиривали спиртом, обрабатывали в стандартных для титановых и алюминиевых сплавов травиль- 5 0 ных растворах с последующими промывками, осветлением и сушкой. В качестве припоя использовали порошок эктектического силумина с размером частиц 120—160 мкм. Припой наносили в состоянии поставки на вер- 5 5 шины гофр теплопередающих элементов из сплава АМЦ следующим образом: поверхность гофрированных пластин покрывали органической связкой на основе сополиме- размещали во вспомогательном составном контейнере цилиндрического типа, изготовленном из нержавеющей стали и при сборке образующем затвор, который уплотняли засыпкой в 4—5 слоев кусочков измельченной титановой губки (размеры частиц 1 — 2 мм) Контейнер с образцами загружали в вакуумируемый форвакуумним 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 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 вспомогательною 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 60—80 мкм) в порошок силумина в количестве 3 и 5% После пайки проводили визуальный контроль качества формирования галтелей и механические испытания на отдир. _г„_ __ г ,__ Сравнительный анализ паяных образцов показал, что при введении испаряющихся металлов по схеме а припой смачивает и растекается только по титану, а по схеме 6 — только по алюминию. В обоих случаях после пайки пластины из ВТ1—0 легко отделялись от алюминиевой гофрированной пластины. При нагреве с одновременным использованием компактных источников паров магния и свинца внутри вспомогательного контейнера (схема в) припой смачивал обе 1551482 разнородные поверхности, однако образовапри выдержке не более 15 мин Увеличение галтелей и заполнение зазора было ние выдержки от 15 до 30 мин не привонестабильное, поэтому сравнительно легко дит к существенному росту прочности, одотделялись друг от друга. При этом навеска нако сопровождается усилением эрозии спласвинца либо не изменяла, либо увеличива- к ва АМЦ (максимальная величина эрозии ла свой вес после нагрева, а ее поверхе галтельных участках увеличивается от ность приобретала матовый серый цвет. При 0,2 до 1 мм). нагреве по схемам гид происходила каИспользование данного способа пайки чественная пайка образцов с образованием титана и его сплавов с алюминием-и его плавных, хорошо сформированных галтелей сплавами припоями на основе алюминия, в по всем поверхностям контакта гофр с по- Ю т о м ЧИ сле содержащими кремний, обспекрывными пластинами. При отдире образцы чивает в сравнении с известными следуюразрушались как по шву, так и по металлу преимущества: щ и е гофрированной пластины. Наилучшие резульвозможность изготовления комбиниротаты были получены при нагреве по последванных изделий с элементами разной толней схеме. Дополнительно проведенные кор- 1 5 щины, с труднодоступными для приложения розионные испытания паяных соединений повнешнего давления местами пайки, наприказали, что введение в шов 3—5% свинца мер, пластинчато-ребристых теплообменнине ухудшает их коррозионные свойства в 3%ков радиаторов, сотовых панелей; ном растзоре NaC!. сокращение выдержки при температуре Пример 2. Паяли комбинированные прочпайки, например, эвтектическим силумином ностные образцы таврового типа. Прочност- ?0 в 3—4 раза при обеспечении качественноные образцы изготавливали из листа спла формирования паяных соединений с прочго ва BTI—-0 толщиной 5 мм и из листа спланостью на уровне прочности деталей из алюва АМЦ толщиной 3 мм. Сечение рабочей миния и его сплавов; части образца 15x3 мм, величина паяемого упрощение оборудования и сокращение зазора составляла 0,06; 0,1, 0,2 мм Со- 2 5 Цикла пайки за счет возможности ее осуставные элементы образцов обезжиривали ществления в разборных контейнерах, вакуспиртом Титановую пластину травили в умируемых механическими форвакуумными стандартном растворе, содержащем азотную насосами до остаточного давления не выше и плавиковую кислоту, промывали и сушили. 12 МПа; Алюминиевую пластину обрабатывали в отсутствие необходимости в специальстандартном щелочном растворе с последую- ^0 ной подготовке поверхности под пайку и укладки припоя в зазор в виде фольги. щими промывками, осветлением и сушкой. Затем образцы собирали с заданным зазором с использованием прокладок из титаФормула изобретения новой фольги. В качестве припоя использовали порошок эвтектического силумина в 1. Способ бесфлюсовой пайки титана и состоянии поставки, который смешивали с 35 его сплавов с алюминием и его сплавами, порошком свинца в количестве 5%. Закреппри котором производят сборку деталей с ление порошка припоя на образцах в колиразмещением в зоне паяемых зазоров причестве 160% от объема паяемого зазора осупоя на основе алюминия, помещают сборку ществляли нанесением органической связки на основе сополимера ТБМ60. Собранные 4 0 в контейнер, расположенный в вакуумной для пайки образцы помещали в контейнер камере и сообщающийся с ней через откачс затвором, который уплотняли кусочками изные отверстия, вакуумируют камеру с конмельченной титановой губки. Предварительтейнером, производят нагрев до температуры но под титановой губкой размещали 3—4 купайки с подачей паров магния и последуюсочка магния из расчета суммарной навесщее охлаждение, отличающийся тем, что, с ки 0,1 г/л объема контейнера. Контейнер 45 целью повышения качества паяных соедис образцами загружали в вакуумную печь нений путем улучшения смачиваемости титана расплавленным припоем и упрощения типа СГВ 2,5/15 Пайку осуществляли при процесса пайки, в контейнер подают пары остаточном давлении не выше 0,1 Па с выдержкой 5, 10, 15, 30 мкм, при темперасвинца туре пайки 600±-5°С На каждом режиме па2 Способ по п 1, отличающийся тем, яли по четыре образца: три образца — для 50 что в качестве источника паров свинца исопределения средней величины прочности на пользуют свинцовый порошок, вводя его в разрыв; один образец — для металлографического анализа, при котором определяли порошкообразный припой. максимальную величину эрозии сплава АМЦ в расплаве припоя. eg 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся При пайке образцов с фиксированным тем, что источник паров магния размещают зазором н укладкой припоя около зазора снаружи контейнера в зоне откачных отпрочность паяных соединений практически верстий и покрывают его слоем титановой достигает прочности сплава АМЦ ( 111 МПа губки. 1551482 Составитель/! Абросимова РедакторЛ Гратилло Техред И Верес Корректор Э Лончакова Заказ 296 Тираж 654 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж—35, Раушская наб, д 4/5 Производственно-издательский комбинат «Патент», г Ужгород, ул Гагарина 101