Способ пайки изделий из стали, меди и медных сплавов серебросодержащими припоями


 

B23K103/18 - Пайка или распаивание; сварка; плакирование или нанесение покрытий пайкой или сваркой; резка путем местного нагрева, например газопламенная резка; обработка металла лазерным лучом (изготовление изделий с металлическими покрытиями экструдированием металла B21C 23/22; нанесение облицовки или покрытий литьем B22D 19/08; литье погружением B22D 23/04; изготовление составных слоистых материалов путем спекания металлического порошка B22F 7/00; устройства для копирования и регулирования на металлообрабатывающих станках B23Q; покрытие металлов или материалов металлами, не отнесенными к другим классам C23C; горелки F23D)

Владельцы патента RU 2511722:

Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" (RU)

Способ может быть использован для пайки изделий разной сложности, в том числе тонкостенных, из стали и/или из материалов на основе меди или медных сплавов. На паяемую поверхность наносят покрытие из гальванического никеля толщиной 21-30 мкм. Проводят сборку изделий с использованием серебросодержащего припоя толщиной 0,05-2,5 мкм. Предварительный нагрев собранных изделий проводят до температуры 550-800°С в вакууме 1·10-2 - 2·10-3 мм рт.ст. с выдержкой в течение 30-40 минут. Осуществляют последующий нагрев до температуры пайки, составляющей 650-950°С, с выдержкой в течение 6-10 минут. Затем быстро снижают температуру до 600°С и проводят охлаждение спаянных изделий вместе с печью. Способ позволяет снизить окисление поверхности паяемого материала, исключить изменения в его структуре, минимизировать деформацию. 1 табл., 3 пр.

 

Предлагаемый способ относится к приборостроению и может быть использован для пайки конструктивных элементов разной сложности, в том числе тонкостенных, стальных, а также из материалов на основе меди и медных сплавов.

Известен «Способ изготовления двухслойных паяных конструкций» (RU 2169647 С1, опубл. 27.06.2001, МПК B23K 1/19) включает предварительную термическую обработку деталей из сплава на никелевой основе - закалку и старение, сборку конструкций с размещением припоя на паяемых поверхностях, пайку в защитной атмосфере и последующее охлаждение. При предварительной термической обработке закалку деталей из сплава на никелевой основе осуществляют с температуры 960±10°C, а старение - при температуре 730±10°C, пайку проводят при температуре 980±10°C, а после охлаждения спаянную конструкцию подвергают старению при температуре 730±10°C. Кроме того, предварительную термическую обработку деталей из сплава на никелевой основе осуществляют в атмосфере воздуха, в качестве припоя используют сплав на основе серебра. Причем пайку двухслойных конструкций проводят в контейнере в атмосфере инертного газа - аргона.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу пайки изделий является «Способ пайки двухслойных изделий» (RU 2104838 C1, опубл. 20.02.1998 г., МПК B23K 1/00), при котором по местам пайки каждой из деталей наносили никелевое покрытие слоем 5-10 мм. Сборку изделия осуществляли с серебряным припоем. Пайку проводили в атмосфере инертного газа аргона при температуре 925±5°C в течение 3-5 минут. После охлаждения до комнатной температуры изделие снова нагревали до 750±10°C и выдерживали в течение 40±5 мин.

Недостатками известных способов пайки являются:

- образование хрупкой прослойки интерметаллидов и как следствие низкая прочность паяного шва при механических нагрузках в агрессивных средах;

- высокая трудоемкость;

- возникновение значительной пластической деформации тонкостенных деталей, что недопустимо при изготовлении точных паяных изделий в приборостроение;

- наблюдаются значительные изменения в микроструктуре околошовной зоны.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке способа пайки изделий из стали, меди и медных сплавов серебросодержащими припоями в вакууме с оптимальным подбором режимов пайки, гальванического покрытия и промежуточного слоя. Это позволяет:

- исключить окисление металла;

- исключить изменения в структуре паяного материала;

- обеспечить необходимую прочность паяного соединения;

- минимизировать деформацию детали;

- получать соединения со стабильными прочностными характеристиками.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности работы изделий из стали, меди и медных сплавов на счет улучшения качества паяного шва, при повышенных механических нагрузках в агрессивных средах.

Сущность заявляемого способа пайки изделий из стали и/или меди или медных сплавов серебросодержащими припоями, основанный на нанесении на паяемую поверхность изделий гальванического никеля, медленный нагрев, выдержку и пайку в вакууме.

Выбранные режимы пайки, гальваническое покрытие, промежуточный слой и вакуум позволяют активировать диффузионную подвижность атомов материалов и тем самым обеспечить высокие механические свойства паяного шва. Наличие на поверхности деталей никелевого покрытия обеспечивает хорошую растекаемость припоя и плотное заполнение капиллярного зазора.

Медленный нагрев и оптимально подобранная температура пайки значительно снижает, а в некоторых случаях исключает деформацию тонкостенных деталей.

Выбор температуры обусловлен тем, что при нагревании ниже, чем в предлагаемом изобретении, не достигается диффузионная подвижность атомов, снижается смачивание, растекаемость припоя и не обеспечивается высокая прочность паяного шва. Выдержка 30-40 мин при температуре 550-800°C обеспечивает полное прохождение процесса диффузионного обмена между металлом, гальваническим покрытием, припоем и металлом, а также происходит снятие внутренних напряжений паяных деталях. При выдержке менее 30 мин диффузионные процессы не успевают обеспечить прочное паяное соединение.

При нагревании выше 950°C наблюдается вытекание припоя, резкий рост зерна металла и образование хрупких прослоек интерметаллидов.

Быстрое снижение температуры до 600°C исключает вытекание припоя из зазора, далее деталь остывает вместе с печью до комнатной температуры.

Новым в предлагаемом способе является то, что толщину гальванического никеля наносимого на изделия из стали, меди и медных сплавов выбирают 21-30 мкм, толщину припоя 0,05-2,5 мкм, осуществляют медленный нагрев изделий до температуры (550-800)°C при вакууме от 1·10-2 до 2·10-3 мм рт.ст. с выдержкой в течение 30-40 минут, повышают температуру до (650-950)°C, выдерживают в течение 6-10 минут, затем быстро снижают темперу до 600°C, далее деталь остывает вместе с печью до комнатной температуры.

Способ осуществляют следующим образом, предварительно паяемые детали покрывают никелем 21-30 мкм и производят сборку деталей, используя припои ПСр72, ПСр70, ПСр45, ПСр40 толщиной 0,05-2,5 мкм. Нанесение никелевого покрытия указанных толщин является оптимальным для полного смачивания паяемой поверхности сплава в процессе пайки. Далее осуществляют медленный нагрев деталей в вакуумной печи от 1·10-2 до 2·10-3 мм рт.ст. до (550-800)°C, выдерживая в течение 30-40 мин, затем повышают температуру до температуры пайки (659-950)°C, выдерживая в течение 6-10 мин, затем быстро снижают температуру до 600°C, далее деталь остывает вместе с печью до комнатной температуры.

Результаты показали отсутствие пор и других дефектов в паяном соединении, высокую коррозионную стойкость, высокую прочность при вибрации в агрессивных средах.

Пример 1. Паяли медные трубы квадратного сечения припоем ПСр70 толщина припоя 0,1 мкм по никелевому покрытию 24 мкм в вакуумной печи 1·10-2 мм рт.ст. температура предварительного подогрева 770±10°C время выдержки 35 мин. После прогрева поднимали температуру до температуры пайки 890±10°C время выдержки 10 мин, затем быстро снижали до температуры 600°C, далее деталь остывает вместе с печью до комнатной температуры.

Пример 2. Паяли стальные пластины припоем ПСр72 толщина припоя 0,13 мкм по никелевому покрытию 28 мкм в вакуумной печи 2·10-3 мм рт.ст. температура предварительного подогрева 800±10°C время выдержки 35 мин. После прогрева поднимали температуру до температуры пайки 920±10°C время выдержки 6 мин, затем быстро снижали до температуры 600°C, далее деталь остывает вместе с печью до комнатной температуры.

Пример 3. Паяли стальную пластину с медной припоем ПСр45 толщина припоя 0,05 мкм по никелевому покрытию 26 мкм в вакуумной печи 2·10-3 мм рт.ст. температура предварительного подогрева 720±10°C время выдержки 35 мин. После прогрева поднимали температуру до температуры пайки 780±10°C время выдержки 8 мин, затем быстро снижали до температуры 600°C, далее деталь остывает вместе с печью до комнатной температуры.

При использовании данного изобретения не нарушаются теплофизические свойства, в частности электропроводность паяного соединения, не происходит окисление металла, а также значительно увеличивается ресурс и надежность деталей спаянных этим методом.

По способу - прототипу, способу - аналогу и заявленному изобретению были изготовлены спаянные детали из стали 12Х18Н9Т припоями ПСр40, ПСр45. Результаты испытаний механических свойств деталей, при температуре 20°C, по стандартным методикам испытания, представлены в таблице.

Способы Механические свойства при 20°C
Предел прочности на разрыв, σв МПа
ПСр40 ПСр45
Предлагаемый 270 320
Прототип 230 258
Аналог 242 263

Таким образом, предлагаемый способ пайки обеспечивает прочное соединение, что гораздо выше по сравнению с прототипом и аналогом. В результате использования предлагаемого способа расширяется диапазон применения паяных соединений из стали и/или меди или медных сплавов, повышается их ресурс.

Способ пайки изделий, выполненных из стали и/или меди или медных сплавов, включающий нанесение на паяемую поверхность изделий покрытия из гальванического никеля, их сборку с использованием серебросодержащего припоя, предварительный нагрев в вакууме, выдержку и нагрев до температуры пайки, отличающийся тем, что наносят покрытие из гальванического никеля толщиной 21-30 мкм, используют серебросодержащий припой толщиной 0,05-2,5 мкм, при этом предварительный нагрев собранных изделий проводят до температуры 550-800°С в вакууме 1·10-2 - 2·10-3 мм рт.ст., осуществляют выдержку в течение 30-40 минут, последующий нагрев до температуры пайки, составляющей 650-950°С, и выдержку в течение 6-10 минут, после чего снижают температуру до 600°С и проводят охлаждение спаянных изделий вместе с печью.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено для пайки изделий из специальных сталей и активных материалов. .
Изобретение относится к способам пайки деталей из алюминия и его сплавов припоями на основе эвтектических сплавов, содержащими в своем составе кремний и германий. .

Изобретение относится к области пайки и может применяться в соединении тонкостенных разнородных колец (труб) в трубостроении, теплоэнергетике, а также авиационной и смежных с ними отраслях промышленности.
Изобретение относится к области металлургии. .

Изобретение относится к области соединения пайкой двух материалов, имеющих различные термомеханические свойства, и может быть использовано для соединения деталей газотурбинного двигателя.
Изобретение относится к области соединений деталей пайкой и может быть применено при соединении разнородных металлов в ракетостроении, в частности в различных машинах, механизмах и аппаратах, работающих при высоких давлениях и температурах.

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для исправления дефектов на деталях в виде тонкостенных отливок из жаропрочных сплавов. .
Изобретение относится к соединению разнородных материалов, в частности к пайке, и может быть использовано в электронной, радиотехнической промышленности и прецизионном приборостроении, там, где к изделиям предъявляются высокие требования по вакуумной плотности, термостойкости, влагостойкости, коррозионностойкости при воздействии высоких давлений, высоких температур и ударных нагрузок.

Изобретение может быть использовано для изготовления многослойных металлических панелей в авиакосмическом машиностроении. Осуществляют сборку пакета путем локального соединения листов заполнителя и размещения их между обшивками.

Изобретение может быть использовано для получения трубы методом электрического сопротивления. Перемещаемую металлическую полосу сгибают формующими роликами до получения цилиндрической формы так, что оба ее конца в направлении ширины металлической полосы обращены друг к другу.

Способ может быть использован при соединении контактной сваркой оплавлением железнодорожных стальных рельсов, в частности из заэвтектоидной рельсовой стали с высоким содержанием углерода.

Изобретение относится к способу и машине комбинированной дуговой сварки. Изобретение позволяет достигнуть предотвращение ухудшения ударной вязкости зоны термического влияния за счет поддержания плотности тока газоэлектрической сварки металлическим электродом и дуговой сварки под флюсом в пределах соответствующего диапазона во время сварки стального листа.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению труб из технически чистого титана с радиальной структурой. Для получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой изготавливают заготовки в виде колец, деформируют с уменьшением толщины их стенок и увеличением их диаметра, а затем сваривают торцами встык с получением трубы.

Изобретение может быть использовано для центровки рельсов в машине контактной стыковой сварки. В зону стыкуемых торцов рельсов вводят манипулятор с расположенными на нем датчиками расстояния и корректируют с помощью сервомеханизмов положение зажатия концов свариваемых рельсов путем их вертикального и горизонтального перемещения.

Изобретение относится к производству сварных труб методом электросопротивления. Перемещаемую металлическую полосу сгибают посредством валков до получения цилиндрической формы с обращенными друг к другу концами металлической полосы в направлении ее ширины и соединяют посредством сварочной установки.

Сварочная головка может быть использована для соединения контактной стыковой сваркой оплавлением крайних участков двух секций рельсового пути. Две полуголовки (10) сварочной головки расположены одна напротив другой с возможностью скольжения одной относительно другой в продольном направлении.

Изобретение относится к машине для контактной стыковой сварки рельсов и может использоваться как при сварке отдельных рельсов, так и при сварке длинных рельсовых секций с предварительным натяжением, а также при ремонте рельсовых путей в полевых условиях.

Изобретение относится к способу и стану для изготовления сварной двутавровой балки. Способ позволяет вести сварку 4-х поясных швов аргонодуговой сваркой за один проход.

Изобретение может быть использовано при изготовлении вакуумных дугогасительных камер (ВДК) для вакуумных выключателей на номинальное напряжение 110 кВ и выше. Осуществляют сборку предварительно спаянных первым припоем узлов, имеющих один или несколько незапаянных швов между ними. Закладывают второй припой с более низкой, чем у первого припоя, температурой плавления. Проводят герметизацию изготавливаемой ВДК в вакуумной печи. Осуществляют откачку газа из объема печи с дополнительной выдержкой при температуре не более 100°С длительностью, достаточной для удаления газа из внутреннего объема изготавливаемой ВДК через незапаянные швы. Осуществляют нагрев до температуры обезгаживания узлов ВДК со скоростью, выбранной из условия обеспечения давления внутри ВДК не более 10-2 Па, с выдержкой при этой температуре. Проводят кратковременный нагрев и выдержку при температуре плавления второго припоя. После снятия нагрева герметизируют швы. В способе используют бесштенгельную откачку и герметизацию, при этом он обеспечивает возможность групповой обработки вакуумных дугогасительных камер большого размера и совмещение операций сборки, откачки и герметизации. 3 ил.
Наверх