Способ пайки изделий

 

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 пайкиза 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.

СаОЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛЙН

„„SU„„1107971

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (21) 3371470/25-27 . (22) 23. t 2.81 (46) 15.08.84. Бюл. к- 30 (72) Б. Н. Перевезенцев, Ю. Н. Тюнин и А.Ю. Краснопевцев (71) Тольяттинский политехнический институт (53) 621.791.3 (088.8) (56) 1. Лашко Н.Ф., Лашко С.В. Пайка металлов. М., "Машиностроение", 1977,с. 167-171.

2. Авторское свидетельство СССР

9 929357, кл. В 23 К 1/00, В 23 К 35/38, 1980 (прототип). (54) (57) 1. СПОСОБ ПАЙКИ ИЗДЕЛИЙ, Включающий размещение собранных паяемых деталей, заготовок припоя и навески легкоиспаряющегося 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, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью снижения расхода легкоиспаряющегося элемента, температуру навески легкоиспаряющегося элемента во время выдержки поддерживают на уровне, при котором давление насыщенных паров легкоиспаряющегося элемента з(5у В 23 К 1/00; В 23 К 35 38 равно давлению насыщенных паров этого элемента над припоем необходимого состава, а давление в объеме поддерживают выше указанного давления паров легкоиспаряющегося элемента.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения качества пайки за счет дополнительной очистки атмосферы и улучшения смачивания паяемьтх деталей припоем, температуру навески легкоиспаряющегося элемента при нагреве деталей до температуры пайки поддерживают выше температуры паяемых деталей.

3. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся 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 температуры изделия.

4. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью дополнительного снижения расхода легкоиспаряющегося. элемента, температуру навески легкоиспаряющегося элемента при нагреве и охлаждении или хотя бы одной из этих стадий поддерживают ниже температуры паяемого изделия.

1 »о

Изобретение относится к пайке, вчастности 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 10 с окиСной пленкой на поверхности паяемого металла, легирует заготовку припоя из паровой фазы. При этом возможна пайка без флюса, за счет легирования из паровой фазы можно из- 1 менять состав и свойства припоя 3 13.

Недостатками этих способов являются неопределенное содержание легкоиспаряющегося элемента в припое после пайки, а также излишний расход легкоиспаряющегося элемента.

Наиболее близким к изобретению является способ пайки, включающий размещение собранных паяемых деталей, заготовок припоя и навески легкоиспаряющегося 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 (2 3.

Для обеспечения необходимого состава припоя в известном способе давление в объеме пайки поддерживают на уровне давления насыщенных паров легкоиспаряющегося элемента над припоем необходимого состава при температуре пайки. В связи с тем, что давление паров чистого легкоиспаряющегося элемента при высокой температуре вьш е указанного давления, то происходит интенсивный перенос паров легкоиспаряющегося элемента в зоны замкнутого объема, имеющие меньшую 45 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 регулировать воздействие паров легкоиспаряющегося элемента на атмосферу пайки и паяньп металл при нагреве и охлаждении. 55

Цель изобретения — снижение расхода легкоиспаряющегося элемента.

971 2

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, выдержку для легирования заготовки припоя легкоиспаряющимся элементом из паровой фазы до необходимого состава и затекания припоя в паяемые зазоры и охлаждение, температуру навески легкоиспаряющегося элемента во время выдержки поддерживают на уровне, при котором давление насыщенных паров легкоиспаряющегося элемента равно давлению насьнценных паров этого элемента над припоем необходимого состава, а давление в объеме поддерживают выше указанного давления паров легкоиспаряюще— гося 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 выше температуры паяемых деталей.

Для повышения качества паяных изделий путем нанесения антикоррозионного покрытия из легкоиспаряю— щегося 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 температуры паяемого изделия.

При этом за счет уменьшения температуры легкоиспаряющегося элемента при вьдержке, 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 насьпценных паров легкоиспаряющегося элемента. над которым при температуре пайки равно давлению паров чистого

1107Ч71 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 легкоиснаряющегося элемента предельное легирование будет зависеть от давления .

В случае отсутствия данных о дав- 10 ленни насыщенных паров легкоиспаряющегося элемента над припоем необходимого состава эту величину рассчитывают по формуле P = ct P> где пр

Щ> л Л, P „— давление насыщенных паров лег- 15 коиспаряющегося элемента над припоем необходимого состава при данной температуре; P> — давление насыщенных паров чистого легкоиспаряЬщегося элемента при той же температуре 20

d д — 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 выше температуры паяемых деталей 30 обеспечивается повышенная концентрация испаряющегося элемента в паровой фазе и улучшается очистка атмосферы пайки, усиливается взаимодействиее ле гкоиспаряющегося 35 элемента с окисной пленкой, возможна конденсация легкоиспаряющегося элемента на паяемом изделии, улучшающая смачивание припоем. Все это имеет особое значение при пайке трудно- - 40 паяемых 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 температуры 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 температуры паяемого иэделия возможно в случае, когда для обеспечения высокого качества паяных изделий достаточна пониженная концентрация легкоиспаряющегося элемента. Этот же прием можно использовать для yäàëåíèÿ абсорбированного легкоиспаряющегося элемента с поверхности изделия .

П р и и е р 1. Проводили пайку стали 12Х18Н10Т припоем П р 72 в парах лития. Предварительно определяли температуру навески лития, которую 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, содержание лития в припое должно быть не более

0,5Е. Температуру пайки выбрали

860 С. Давление паров лития при этой температуре составляет 6,8 мм рт.ст.

Активность лития в расплаве П ?2 ср ь соответствующая такому процентному содержанию, по экспериментальным дан. ным составляет 0,46. Давление паров лития над припоем требуемого состава Р, = а .P,. = 0,46 6,8 мм рт.ст. = 3,13 мм рт.ст. = 420 Па.

Такое давление насыщенных паров чистого лития достигается при температуре 808 С.

Следовательно, температура навески лития при температуре пайки должна составлять 808 С, а общее о давление в объеме — более 420 Па.

Для лучшей очистки атмосферы пайки и подготовки поверхности под пайку следует температуру навески лития при нагреве поддерживать. выше температуры паяемых деталей. Для умень. шения расхода лития, а также для удаления адсорбировавшегося лития температуру навески лития при охлаждении после пайки желательно подцерживать ниже температуры изделия.

Пайку проводили следующим образом.

Паяемые образцы с заготовками припоя и испаритель с литием помещали в разных частях прогреваемой зоны контейнера для пайки. Для

1107971

50 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. Нагрев 1р образцов проводили с большей скоростью таким образом, чтобы к моменту начала выдержки обеспечить требуемое соотношение температур (860 Сна образцах и 808 С вЂ” на испарителе с литием). Такое же соотношение поддерживали и при выдержке. Давление остаточных газов в контейнере при выдержке составило 667 Па. При охлаждении температуру испарителя поддерживали ниже температуры образцов.

Использование такой программы позволило ускорить заполнение зазора припоем, прочность образцов на разрыв составила 240-300 ИПа. Микрострук-2 тура паяного шва эвтектическая, беэ расслоения, Расход лития по сравнению с пайкой при температуре испарителя 860 С, равной температуре пайки и давлении 66,7 Па уменьшился

30 в 3 раза.

Пример 2. Проводили шайку стали 3 латунью в парах цинка.

Предварительно определяли требуемую температуру навески цинка, которую

35 необходимо поддерживать при выдержке изделий при температуре пайки. Для обеспечения высокой прочности паяного шва содержание цинка в латуни должно быть около 40Х. Температуру пайки выбрали 915 С. 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 состава Р2„= ©Z> Ð „=

Р

= 0,25 "800 = 200 мм рт.ст. = 267 гПа.

Такое давление чистого цинка достигается при температуре 790 С. Следовательно, температура навески цинка при выдержке изделия при температуре о пайки должна составлять 790 С, а общее давление в объеме при выдержке 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 температуры паяемого изделия. Для получения цинкового покрытия на поверхности стали можно температуру навески цинка при охлаждении после пайки поддерживать выше температуры иэделия ° Процесс пай ки осуществляли следующим образом .

Образцы с медными заготовками припоя и испаритель с навеской цинка размещали в различных зонах прогреваемой части контейнера для пайки.

Для нагрева испольэовали двухсекцион ную электрическую печь, причем нагрев образцов и испарителя осуществляли разными секциями печи. Предварительно секцию печи, предназначенную для нагрева испарителя, нагревали до меньшей температуры, чтобы тем. пература испарителя при нагреве была ниже температуры изделия. Нагрев проводили таким образом, чтобы температура навески цинка при температуре пайки 915 С на изделии составила 790 С. Эти температуры поддержи- вали и при выдержке, Общее давление в объеме, включающем форвакуумный баллон, за счет нейтральной среды— азота составило 300 гПа. После окончания выдержки контейнер частично выдвигали из печи так, чтобы температура иэделия 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+p латуни (39-457 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 о

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

1107971

Составитель Ф. Конопелько

Техред Т.фанта Корректор В. Гирняк

Редактор JI. Иовхан

Заказ 5817/11

Тираж 1037 Подписное

RHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П11И "Патент", г. ужгород, ул. Проектная,4 личных стадиях термического цикла пайки и может быть осуществлен без использования дополнительного оборудования в случае, когда нагревательное устройство позволяет осуществлять неравномерный нагрев (например многосекционная электропечь). В противном случае в объем пайки может быть введено несложное устройство, Ф позволяющее изменять температуру ис парнтеля относительно температуры всего нагреваемого объема (например трубчатый злектрический нагреватель с возможностью охлаждения газом).