Способ пайки двухслойных паяных конструкций


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 2680117:

Акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко" (RU)

Изобретение может быть использовано при пайке двухслойных конструкций, в частности для изготовления корпусов камер сгорания ЖРД, состоящих из наружной силовой оболочки, выполненной из стали или сплава на никелевой основе, и внутренней оребренной оболочки, выполненной из меди или сплава на основе меди. Нагрев конструкции до температуры пайки осуществляют в две стадии: сначала до температуры 750°С±10°С в течение 30 мин с выдержкой при этой температуре 10 мин, а затем в течение 55 мин доводят температуру до 1000°С±10°С и выдерживают в течение 20 мин. Охлаждение конструкции проводят также в два этапа: сначала принудительное охлаждение до 400°С, а затем на воздухе. За счет выполнения двухрежимного нагрева конструкции при непрерывной работе вакуумной системы существенно сокращается общее время нагрева конструкции, что позволяет свести к минимуму проникновение атомов Mn в поверхностный слой медной оболочки и сократить время пайки. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и, в частности, к способу пайки двухслойных паяных конструкций.

Предшествующий уровень техники

Двухслойные паяные конструкции, например секции камер сгорания жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), состоят из стальной наружной и внутренней оребренной оболочек, при этом внутренняя оболочка выполнена из меди или медных сплавов. Соединение указанных оболочек осуществляется диффузионной пайкой с использованием гальванического медно-серебряного припоя, который наносится на стенку из медного сплава (см. авт. свид. СССР №1830318, МПК В23К 1/00, 1993).

Согласно этому способу диффузионной пайки изделий гальваническим серебром, выполняют сборку паяемых деталей под пайку с образованием полости между ними, герметизацию полости посредством сварки, размещение припоя, нагрев до температуры пайки с одновременным созданием давления защитного газа в печи и вакуумирование полости между стенками паяемых деталей. Нагревают до температуры пайки и охлаждают. Данное техническое решение принимаем в качестве аналога.

Недостаток данного аналога состоит в том, что нанесение гальванического припоя процесс трудоемкий, требует тщательной подготовки поверхности под покрытие, приборов для измерения толщины нанесенного покрытия, постоянного контроля состава электролита.

Известно также применение припоя при соединении указанных оболочек в виде фольги (см. Г.Г. Гахун «Конструирование и проектирование жидкостных ракетных двигателей, М., Маш., стр. 111, 1989 г.).

Известен также способ изготовления двухслойной паяной конструкции, состоящей из внешней силовой оболочки, выполненной из стали или сплава на никелевой основе, и внутренней оребренной оболочки, выполненной из меди или сплава на основе меди, включающий закрепление пластинчатого припоя марки ПМ17 между паяемыми оболочками, сборку конструкции под пайку, вакуумирование полости между оболочками, создание давления защитного газа в печи, нагрев конструкции до температуры пайки и ее охлаждение, причем пластины припоя закрепляют на вершинах ребер внутренней оболочки точечной электросваркой, а перед их размещением осуществляют нанесение на внешнюю поверхность внутренней оболочки конструкции гальванического покрытия из никеля с толщиной слоя, достаточной для предотвращения рассеивания тепла при закреплении пластин припоя электросваркой, при этом в качестве защитного газа используют аргон с давлением 0,05 МПа, а пайку осуществляют при температуре 1010°С, а толщина никелевого покрытия составляет 30…45 мкм, кроме того, припой ПМ17 содержит мас. %: Ni - 14, Mn - 17, Sn - 6, Cu остальное (см. патент RU №2581335, МПК В23К 1/00, 20.04.2016).

Использование данного способа пайки двухслойной конструкции позволяет использовать листовой припой вместо гальванического и тем самым снизить трудозатраты при пайке, а также использовать точно необходимое количество припоя.

Недостаток этого способа пайки состоит в том, что при непрерывном нагреве конструкции до температуры 1000±10°С происходит интенсивное выделение атомов Мп из припоя ПМ17, которые проникают в поверхностный внутренний слой оребренной медной стенки, что, как показали эксперименты, приводит к ухудшению теплопроводности этой стенки и, как следствие, к ее прогару.

Задачей изобретения является снизить проникновение атомов марганца Мп в процессе пайки из припоя ПМ17 в оребренную поверхность медной оболочки в процессе пайки.

Эта задача решена за счет того, что способ пайки двухслойной паяной конструкции состоящей из наружной силовой оболочки, выполненной из стали или сплава на никелевой основе, и внутренней оребренной оболочки, выполненной из меди или сплава на основе меди, имеющей каналы регенеративного охлаждения, включает в себя закрепление пластинчатого припоя ПМ17 на внутреннюю поверхность наружной оболочки, сборку двухслойной конструкции под пайку, герметизацию полости между двумя оболочками сварными швами, помещение в печь, заполнение ее защитным газом под давлением, вакуумирование полости между оболочками и нагрев конструкции до температуры пайки и ее последующее охлаждение, при этом пайку конструкции осуществляют в две стадии: вначале осуществляют нагрев до температуры 750°С±10°С в течение 30 минут, и выдерживают при этой температуре 10 минут, а затем в течение 55 минут доводят температуру конструкции до температуры пайки 1000°С±10°С и выдерживают эту температуру в течение 20 минут, а охлаждение конструкции осуществляют также в две стадии: с 1000°С до 400°С проводят принудительное охлаждение, а с 400°С до 20°С проводят охлаждение на воздухе, причем при пайке поддерживают давление защитного газа в печи, равным 0,06 МПа, а вакуум в полости между оболочками поддерживают при 5⋅10-2 мм рт.ст. за счет непрерывной работы вакуумной системы в режиме откачки.

Кроме того, пластинчатый припой ПМ17 закрепляют на внутренней поверхности наружной оболочки с помощью точечной электросварки.

Технический результат состоит в том, что в процессе пайки по предлагаемому способу снижается количество атомов марганца Мп, проникающих во внутреннюю поверхность медной оболочки, что позволяет повысить теплопроводность этой стенки. Согласно изобретению данный способ осуществляют следующим образом.

Паяют конструкцию - имитатор, состоящий из наружной силовой оболочки, выполненной из сплава на основе Ni-Cr, и внутренней оребренной оболочки, выполненной из сплава на основе меди. При этом на внутреннюю поверхность внешней оболочки точечной сваркой закрепляют припой ПМ17, затем конструкцию собирают под пайку с образованием между паяемыми деталями внутренней полости, герметизируют ее двумя сварными швами по торцам. Затем собранную конструкцию помещают в печь, и подают инертный газ - аргон под давлением 0,06 МПа.

Одновременно с подачей в печь аргона соединяют внутреннюю полость между оболочками с вакуумной системой, которая создает вакуум 5⋅10-2 мм. рт.ст. и которая работает в режиме непрерывной откачки. Затем осуществляют нагрев и пайку конструкции в две стадии: вначале осуществляют нагрев до температуры 750°С±10°С в течение 30 минут, и выдерживают при этой температуре 10 минут, а затем в течение 55 минут доводят температуру конструкции до температуры пайки 1000°С±10°С и выдерживают эту температуру в течение 20 минут, а охлаждение конструкции осуществляют также в две стадии: с 1000°С до 400°С проводят принудительное охлаждение, а с 400°С до 20°С проводят охлаждение на воздухе.

За счет выполнения двухрежимного нагрева и двухрежимного охлаждения конструкции, а также непрерывной работы вакуумной системы в процессе пайки сведено к минимуму проникновение атомов Mn в поверхностный слой медной оболочки. Металлографические исследования подтвердили, что теплопроводность медной стенки после пайки уменьшилась на незначительную величину.

Промышленное применение

Изобретение предназначено для использования в ракетной технике, например, для изготовления корпусов камер сгорания ЖРД. Возможно его применение в других отраслях техники, где используются паяные конструкции.

1. Способ пайки двухслойной паяной конструкции, состоящей из наружной силовой оболочки, выполненной из стали или сплава на никелевой основе, и внутренней оребренной оболочки, выполненной из меди или сплава на основе меди, имеющей каналы регенеративного охлаждения, включающий в себя закрепление пластинчатого припоя ПМ17 на внутреннюю поверхность наружной оболочки, сборку двухслойной конструкции под пайку, герметизацию полости между двумя оболочками сварными швами, помещение в печь, заполнение ее защитным газом под давлением, вакуумирование полости между оболочками, нагрев конструкции до температуры пайки и ее последующее охлаждение, отличающийся тем, что пайку конструкции осуществляют в две стадии, причем вначале осуществляют нагрев до температуры 750°С±10°С в течение 30 минут и выдерживают при этой температуре 10 минут, а затем в течение 55 минут доводят температуру конструкции до температуры пайки 1000°С±10°С и выдерживают эту температуру в течение 20 минут, охлаждение конструкции осуществляют в две стадии, причем с 1000°С до 400°С проводят принудительное охлаждение, а затем – охлаждение на воздухе, при этом при пайке поддерживают давление защитного газа в печи равным 0,06 МПа, а вакуум в полости между оболочками поддерживают 5⋅10-2 мм рт.ст. за счет непрерывного режима откачки вакуумной системы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пластинчатый припой ПМ17 закрепляют на внутренней поверхности наружной оболочки с помощью точечной электросварки.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при изготовлении паяного соединения из стальных листов. Твердый металлический припой размещен в заданной области между поверхностями двух взаимно примыкающих стальных листов.
Изобретение относится к области металлургии, в частности, может использоваться для получения паяных изделий из термоупрочняемых алюминиевых сплавов для изготовления корпусных конструкций.

Изобретение может быть использовано для соединения двух лопаток (21, 23) направляющего аппарата газотурбинного двигателя. Позиционируют друг против друга поверхности (20, 22) первой лопатки (21) и второй лопатки (23), отстоящие друг от друга на величину стыковочного зазора (Е).

Изобретение может быть использовано для получения термостойкого паяного соединения молибден–графит, в частности для изготовления анодов рентгеновских трубок. Формируют сборку из молибденовой и графитовой деталей и уложенного между ними припоя.

Изобретение может быть использовано для соединения металлических деталей (11, 12), имеющих температуру солидуса выше 1000°C. Наносят депрессорную присадку (14), содержащую фосфор и кремний, для снижения температуры плавления на поверхность (15) первой металлической детали (11).

Изобретение может быть использовано для получения неразъемно соединенного пластинчатого теплообменника (1). Теплообменные пластины, имеющие температуру солидуса выше 1100oC, устанавливают друг за другом с образованием пакета (3).

Изобретение может быть использовано для соединения металлических деталей, имеющих температуру солидуса выше 1100°C. На поверхность (15) первой металлической детали (11) наносят подавляющий плавление состав (14), содержащий подавляющий плавление компонент, включающий по меньшей мере 25 мас.% бора и кремния для снижения температуры плавления первой металлической детали (11).

Изобретение может быть использовано при изготовлении высокотемпературной пайкой неразъемно соединенного пластинчатого теплообменника. Металлические теплообменные пластины, имеющие температуру солидуса выше 1100°С, установлены друг за другом и образуют пакет с чередующимися межпластинными пространствами.

Изобретение может быть использовано при изготовлении отдельных секций камер жидкостных ракетных двигателей. Изготавливают двухслойную паяную конструкцию, состоящую из внешней силовой оболочки, выполненной из стали или сплава на никелевой основе, и внутренней оребренной оболочки, выполненной из меди или сплава на основе меди.
Изобретение может быть использовано при высокотемпературной пайке изделий из алюминия и его сплавов, например плоских термоплат. Сборку деталей под пайку производят через металлическую проставку, имеющую предел прочности, больший или равный пределу прочности материала паяемых деталей.

Изобретение относится к сварке толстостенных металлоконструкций, в частности к гибридной лазерно-дуговой сварке стальных толстостенных конструкций. На свариваемые кромки с притуплением воздействуют электрической дугой, после чего воздействуют лазерным лучом, фокус которого располагают выше свариваемых поверхностей металла.

Изобретение может быть использовано для получения стыковых соединений алюминиевых сплавов, имеющих низкую свариваемость - высокопрочных алюминий-литиевых сплавов системы Al-Cu-Li.

Изобретение относится к способу лазерного скрайбирования полупроводниковой заготовки и может использоваться для эффективного и быстрого разделения полупроводниковых устройств, выполненных на твердых и сплошных подложках (6).

Изобретение может быть использовано при изготовлении сварных конструкций из алюминиевых полуфабрикатов переменной толщины методом сварки трением с перемешиванием.

Изобретение относится к области прецизионной микрообработки материалов, в частности к способу резки стекол при помощи гребенки лазерных импульсов фемтосекундной длительности, и может быть использовано для прецизионной резки стекла на предприятиях и в научно-исследовательских центра.

Изобретение относится к поточному передатчику (100) давления технологической текучей среды. Передатчик (100) включает в себя соединительный элемент (102) для технологической текучей среды, сконфигурированный, чтобы соединяться с источником технологической текучей среды.

Изобретение может быть использовано при изготовлении паяного соединения из стальных листов. Твердый металлический припой размещен в заданной области между поверхностями двух взаимно примыкающих стальных листов.
Изобретение может быть использовано при восстановлении методом электродуговой наплавки изношенных в процессе эксплуатации железнодорожных стрелочных переводов, в частности рамных рельсов и остряков.

Изобретение может быть использовано для изготовления термопар, применяемых при проведении тепловых испытаний конструкций с необходимостью измерения температуры с минимальной погрешностью.

Изобретение может быть использовано при производстве композитных металлических листов и изделий из них, в частности коррозионно-стойких теплообменников. Один или оба плакирующих слоя листа содержат алюминиевый сплав АА1ХХХ или АА3ХХХ, при этом содержание магния <0,2 мас.%.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к многослойному алюминиевому листу для высокотемпературной пайки. Многослойный лист для бесфлюсовой высокотемпературной пайки содержит сердцевину из алюминиевого сплава, покрытую промежуточным слоем алюминиевого сплава, и нанесенный на промежуточном слое припой из алюминиевого сплава.

Изобретение может быть использовано при пайке двухслойных конструкций, в частности для изготовления корпусов камер сгорания ЖРД, состоящих из наружной силовой оболочки, выполненной из стали или сплава на никелевой основе, и внутренней оребренной оболочки, выполненной из меди или сплава на основе меди. Нагрев конструкции до температуры пайки осуществляют в две стадии: сначала до температуры 750°С±10°С в течение 30 мин с выдержкой при этой температуре 10 мин, а затем в течение 55 мин доводят температуру до 1000°С±10°С и выдерживают в течение 20 мин. Охлаждение конструкции проводят также в два этапа: сначала принудительное охлаждение до 400°С, а затем на воздухе. За счет выполнения двухрежимного нагрева конструкции при непрерывной работе вакуумной системы существенно сокращается общее время нагрева конструкции, что позволяет свести к минимуму проникновение атомов Mn в поверхностный слой медной оболочки и сократить время пайки. 1 з.п. ф-лы.

Наверх