Способ бесфлюсовой пайки титана и его сплавов с алюминием и его сплавами

 

Изобретение относится к пайке и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при изготовлении титано-алюминиевых конструкций. Цель изобретения - повышение качества паяных соединений 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Яц„„1551482 (51)5 В 23 К 1/19, 35/38

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4312161/31-27 (22) 30.09.87 (46) 23.03.90. Бюл. № 11 (71) Тольяттинский политехнический институт (72) В. Н. Перевезенцев, Н. М. Соколова, Ю. Н. Тюнин, В. К. Селиванов, Б. П. Базелев, В. И. Ефремов и В. Н. Коцаренко (53) 621.791.36 (088.8) (56) Заявка Японии № 59 — 225893, кл. В 23 К 20/00, 1984.

Welding Journal, 1974, № 10, р. 638. (54) СПОСОБ БЕСФЛЮСОВОЙ ПАЙКИ

ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ С АЛЮМИНИЕМ И ЕГО СПЛАВАМИ (57) Изобретение относится к пайке и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при изготовлении титаноалюминиевых конструкций. Цель изобретения — повышение качества паяных соединеИзобретение 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 другой компактной форме обезжиривают в органическом растворителе, обрабатывают в

2 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. стандартном для алюминиевых сплавов щелочном растворе с последующими промывками, осветлением сушкой и укладкой в паяльный 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 >ке 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 зависимости от марки припоя, массы и геометрии изделия) и охлаждают.

155I482

В качестве источника паров свинца может быть использован свинцовый порошок, вводимый в порошкообразный припой.

Затвор контейнера может быть уплотнен кусочками измельченной титановой губки, 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 алюминиевого припоя, но неэффективно для активирования поверхности титана. Пайка в этом случае возможна лишь с укладкой припоя в зазор в виде тонкой фольги и обязательного сдавливания соединяемых поверхностей 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 алюминия и его смачивания силумином. Однако одновременное введение навесок магния и свинца внутрь вспомогательного контейнера затрудняет испарение свинца (вследствие образования на его поверхности легкоокисляемых 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 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 (30)(30)(0,3 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- 50 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 вершины гофр теплопередающих элементов из сплава АМЦ следующим образом: поверхность гофрированных пластин покрывали органической связкой на основе сополимера ТБМ вЂ” 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 (6 0,2 мм), помещалась между двумя плоскими пластинами (6 5 мм), собранный пакет сжимался с помощью струбцины так, чтобы зазоры в местах пайки вершин гофр к титановым не превышали

0,1 мм, и в таком состоянии фиксировался с помощью стяжек, вырезанных из титановой фольги, с использованием конденсатор-. ной сварки. Собранные для пайки образцы размещали во вспомогательном составном контейнере цилиндрического типа, изготовленном из нержавеющей стали и при сборке образующем затвор, который уплотняли засыпкой в 4 — 5 слоев кусочков измельчен. ной титановой губки (размеры частиц 1—

2 мм). Контейнер с образцами загружали в вакуумируемый форвакуумным 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 контеинера, компактных навесок свинца и магния в указанных количестваха х; г) размещение внутри вспомогательного 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 5Я.

После пайки проводили визуальный контроль качества формирования галтелей и механические испытания на отдир.

Сравнительный анализ паяных образцов показал, что при введении испаряющихся металлов по схеме а припой смачивает и растекается только по титану, а по схеме б — 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

5 разнородные поверхности, однако образование галтелей и заполнение зазора было нестабильное, поэтому сравнительно легко отделялись друг от друга. При этом навеска винца либо не изменяла, либо увеличивала свой вес после нагрева, а ее поверхность приобретала матовый серый цвет. При нагреве по схемам г и д происходила качественная пайка образцов с образованием плавных, хорошо сформированных галтелей по всем поверхностям контакта гофр с покрывными пластинами. При отдире образцы разрушались как по шву, так и по металлу гофрированной пластины, Наилучшие резуль10 таты были получены при нагреве по последней схеме. Дополнительно проведенные коррозионные испытания паяных соединений показали, что введение в шов 3 — 5Я свинца не ухудшает их коррозионные свойства в ЗЯном растворе NaCI.

Пример 2. Паяли комбинированные прочностные образцы таврового типа. Прочност- 20 ные образцы изготавливали из листа спла ва BTI — 0 толщиной 5 мм и из листа сплава АМЦ толщиной 3 мм. Сечение рабочей части образца 15хЗ мм, величина паяемого зазора составляла 0,06; 0,1; 0,2 мм. Составные элементы образцов обезжиривали спиртом. Титановую пластину травили в стандартном растворе, содержащем азотную и плавиковую кислоту, промывали н сушили, Алюминиевую пластину обрабатывали встандартном щелочном растворе с последую- 30 щими промывками, осветлением и сушкой.

Затем образцы собирали с заданным зазором с использованием прокладок из титановой фольги. В качестве припоя использовали порошок эвтектического силумина в состоянии поставки, который смешивали с 35 порошком .свинца в количестве 5Я. Закрепление порошка припоя на образцах в количестве 160Я от объема паяемого зазора осуществляли нанесением органической связки на основе сополимера ТБМ60. Собранные 40 для пайки образцы помещали в контейнер с затвором, который уплотняли кусочками измельченной титановой губки. Предварительно под титановой губкой размещали 3 — 4 кусочка магния из расчета суммарной навески 0,1 г/л объема контейнера. Контейнер 45 с образцами загружали в вакуумную печь типа СГВ 2,5/15. Пайку осуществляли при остаточном давлении не выше 0,1 Па с выдержкой 5, 10, 15, 30 мкм, при температуре пайки 600 5 C. На каждом режиме паяли по четыре образца: три образца — для определения средней величины прочности на разрыв; один образец — для металлографического анализа, при котором определяли максимальную величину эрозии сплава АМЦ в расплаве припоя.

При пайке образцов с фиксированным зазором и укладкой припоя около зазора прочность паяных соединений практически достигает прочности сплава АМЦ (111 МПа

6 при выдержке не более 15 мин. Увеличе чие выдержки от 15 до 30 мин не приводит к существенному росту прочности, однако сопровождается усилением эрозии сплава АМЦ (максимальная величина эрозии в галтельных участках увеличивается от

0,2 до 1 мм).

Использование данного способа пайки титана и его сплавов с алюминием.и его сплавами припоями на основе алюминия, в том числе содержащими кремний, обспечивает в сравнении с известными следующие преимущества: возможность изготовления комбинированных изделий с элементами разной толщины, с труднодоступными для приложения внешнего давления местами пайки, наприме р, пластинчато-ребристых теплообменников радиаторов, сотовых панелей; сокращение выдержки при температуре пайки, например, эвтектическим силумином в 3 — 4 раза при обеспечении качественного формирования паяных соединений с прочностью на уровне прочности деталей из алюминия и его сплавов; упрощение оборудования и сокращение цикла пайки за счет возможности ее осуществления в разборных контейнерах, вакуумируемых механическими форвакуумными насосами до остаточного давления не выше

12 МПа; отсутствие необходимости в специальной подготовке поверхности под пайку и укладки припоя в зазор в виде фольги.

Формула изобретения

1. Способ бесфлюсовой пайки титана и его сплавов с алюминием и его сплавами, при котором производят сборку деталей с размещением в зоне паяемых зазоров припоя на основе алюминия, помещают сборку в контейнер, расположенный в вакуумной камере и сообщающийся с ней через откачные отверстия, вакуумируют камеру с контейнером, производят нагрев до температуры пайки с подачей паров магния и последующее охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения качества паяных соединений путем улучшения смачиваемости титана расплавленным припоем и упрощения процесса пайки, в контейнер подают пары свинца.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве источника паров свинца используют свинцовый порошок, вводя его в порошкообразный припой.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что источник паров магния размещают снаружи контейнера в зоне откачных отверстий и покрывают его слоем титановой губки.