Способ биофлюсовой пайки алюминиевых конструкций

 

Изобретение относится к пайке, в частности к бесфлюсовой пайке крупногабаритных алюминиевых конструкций, преимущественно пластинчато-ребристых теплообменников. Цель изобретения - повышение качества крупногабаритных паяных изделий путем сокращения времени диффузионного и растворного взаимодействия материала конструкции с припоем. Паяемое изделие собирают с размещением в зоне пайки припоя на основе силумина. Загружают изделие в камеру печи. Производят предварительный нагрев, многократное вакуумирование камеры с последующим заполнением инертным газом после каждого вакуумирования. Последующий нагрев от температуры 140 - 170^oC до температуры пайки производят турбулентным потоком циркулирующего в камере инертного газа с точкой росы не выше -90^oC с содержанием кислорода не более 5·10^-5 об.%, подаваемого во внутреннюю полость изделия через твердый нераспыляемый геттер. Циркуляция газа и повышение его температуры обеспечивается аэродинамическими нагревателями. Турбулентный поток инертного газа указанной чистоты обеспечивает высокую скорость и равномерность нагрева изделия без опасного для пайки окисления паяемых поверхностей. Высокая скорость нагрева обеспечивает надежность пайки по всему объему изделия без эрозии тонкостенных элементов. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к пайке, в частности к способам бесфлюсовой пайки крупногабаритных алюминиевых конструкций. Способ может найти применение в различных областях машиностроения при изготовлении крупногабаритных пластинчато-ребристых теплообменников. Целью изобретения является повышение качества крупногабаритных паяных изделий путем сокращения времени диффузионного и растворного взаимодействия материала конструкции с припоем. Способ реализуется следующим образом. Паяемое изделие собирают с размещением в зоне пайки припоя на основе силумина, загружают изделие в камеру печи, производят предварительный нагрев, многократное вакуумирование камеры с последующим заполнением инертным газом после каждого вакуумирования, последующий нагрев от температуры 140 170^oC до температуры пайки турбулентным потоком циркулирующего в камере инертного газа с точкой росы не выше -90^oC с содержанием кислорода не более 5·10^-5 об. подаваемого во внутреннюю полость изделия через твердый нераспыляющий геттер. Циркуляцию газа и повышение его температуры обеспечивают аэродинамическими нагревателями. После окончания нагрева изделие может быть извлечено из камеры печи и охлаждаться на воздухе. Турбулентный поток инертного газа обеспечивает высокую скорость и равномерность прогрева крупногабаритных изделий, что практически исключает снижение концентрации кремния в припое на участках, расположенных в глубине изделия, и эрозию тонкостенных элементов в расплавленном припое на участках, расположенных на боковых поверхностях изделия. Высокая чистота газа по воде и кислороду и его постоянная доочистка нераспыляемым геттером позволяют производить нагрев турбулентным потоком газа без существенного окисления паяемых поверхностей, что не снижает качества пайки при скоростном нагреве. Экспериментально установлено, что качественные паяные соединения образуются при использовании аргона с точкой росы не выше -90^oC и содержанием кислорода не более 5·10^-5 об. При прохождении газа с такой степенью очистки через титан, нагретый до температуры выше 500^oC, содержание в печи паров воды и кислорода составляет 6·10^-4 мг/м³ и 3,2·10^-3 мг/м³ соответственно, т.е. содержание остаточных газов в печи практически соответствует разрежению (3 - 9)·10^-3 Па. Ниже 140 170^oC опасного для пайки окисления не происходит, и поэтому нагрев можно производить более "грязным газом". Аэродинамические нагреватели обеспечивают турбулизацию и нагрев потока газа без его загрязнения. Пример. Теплообменник, собранный под пайку, устанавливают в однокамерную печь со встроенными аэродинамическими нагревателями и нагревают в воздушной атмосфере до 100 120^oC. При этой температуре наблюдается максимальное выделение газов с поверхности алюминия. При нагреве изделия до 100^oC часть адсорбированной воды еще остается на поверхности теплообменника, нагрев свыше 120^oC приводит к окислению алюминиевого сплава. Предварительный нагрев камеры из стали 12X18H10T до 120^oC значительно сокращает газовыделение с поверхности в сравнении с газовыделением поверхности без подогрева. Для удаления десорбированных газов печь вакуумируют до степени разрежения (3 9)·10^-3 Па. При этом достигается лучший состав атмосферы печи, чем при вакуумировании до степени разрежения 3 9 Па. В этом случае при многократном вакуумировании заполнение печи аргоном можно осуществлять аргоном промышленной чистоты (точки росы -58^oC, содержание кислорода 5·10^-3 об. так как газовыделение с поверхности алюминиевого теплообменника примерно на 3 порядка выше, чем содержание остаточных газов в аргоне). Действительно, с поверхности теплообменника размерами 3000 х 850 х 850 мм, находящегося в печи объемом 20 м³, выделяется 1·10⁵ мг водяных паров, в то время как их содержание в аргоне промышленной чистоты, находящегося в этом же объеме, составляет 200 мг. Далее изделие нагревают до 140 170^oC в потоке аргона, циркулирующего в печи. Нагрев и циркуляция аргона обеспечиваются работой аэродинамических нагревателей. Одновременно осуществляется автономный нагрев титана, находящегося в печи и выполняющего роль геттера, через который нагретый газ поступает к изделию. Геттер нагревают до температуры не ниже 500^oC. При 140 170^oC происходит максимальное газовыделение с поверхности теплообменника и геттера. Выделившиеся газы удаляются вакуумированием до степени разрежения (3 9)·10^-3 Па. Затем печь заполняют аргоном с точкой росы не выше -90^oC и содержанием кислорода не более 5·10^-5 об. и производят нагрев изделия турбулентным потоком аргона, циркуляция которого и повышение его температуры до температуры пайки (600 620^oC) обеспечивается встроенными в печь аэродинамическими нагревателями. Скорость движения потока газа 15 45 м/с, что эквивалентно циркуляции 0,3 1 объема газа в секунду. Кристаллизацию припоя осуществляли на воздухе при охлаждении изделия после его выгрузки из печи. Результаты металлографических и механических испытаний показали, что данный способ обеспечивает получение качественных прочноплотных соединений крупногабаритных теплообменников без непропаев и эрозии.

Формула изобретения

1. Способ бесфлюсовой пайки алюминиевых конструкций, преимущественно пластинчато-ребристых теплообменников, включающий сборку деталей с размещением в зоне пайки припоя на основе силумина, загрузку изделия в камеру печи, предварительный нагрев, многократное вакуумирование камеры с последующим заполнением инертным газом после каждого вакуумирования, нагрев изделия до температуры пайки в потоке циркулирующего инертного газа и последующее охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения качества крупногабаритных паяных конструкций путем сокращения времени диффузионного и растворного взаимодействия материала конструкции с припоем, нагрев от температуры 140-170^oС до температуры пайки производят турбулентным потоком газа с точкой росы не выше -90^oС, с содержанием кислорода не более 5·10^-5 об. подаваемого во внутреннюю полость изделий через твердый нераспыляемый геттер, а циркуляцию газа и повышение его температуры обеспечивают аэродинамическими нагревателями. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после окончания нагрева изделие извлекают из камеры печи и охлаждение производят на воздухе.