Способ бесфлюсовой пайки

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и) 53l678

Савв Советских

Социалистических

Реслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18.03.74 (21) 2005101/27 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.10.76. Бюллетень № 38

Дата опубликования описания 22.10.76 (51) М. Кл В 23К 1/04

Государственнмй комитет

Совета Министров СССР ло делам нзооретенл и откр.,лтнй (53) УДК 621.791.36 (088.8) (72) Авторы изобретения Ю. И. Березников, Ф. Л. Конопелько, А. В. Блинова, С. Н. Лоцманов, Г. А. Григорьев, В. Н. Костиков и Н. К. Новицкая (71) Заявитель (54) С

Изобретение относится к области пайки, в частности к способам высокотемпературной пайки, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.

Известные способы, при которых в качестве припоя используют однородный с материалом паяемых деталей сплав и производят нагрев, не обеспечивают достаточно высокой прочности соединения.

Для повышения прочности соединения за счет снижения эрозии паяемых деталей по предлагаемому способу нагрев под пайку производят до температуры выше 1,01 температуры солидуса, но ниже 0,98 температуры ликвидуса припоя, а в качестве припоя используют сплав, образующий жидкую фазу в количестве

0,5 — 30%.

Сущность изобретения поясняется на примере пайки алюминиевых сплавов припоями системы А1 — Si.

На фиг. 1 изображена часть диаграммы состояния системы Al — Si, на фиг. 2 — зависимость количества жидкой фазы от температуры для различных сплавов этой системы; на фиг. 3 — кривые охлаждения. На всех трех фигурах индексы 1, 2, 3 и 4 относятся к сплавам, содержащим 7, 5; 2; 1 вес. % Sl соответственно.

Известные припои и интервалы температур, при которых производят пайку этими припоями, представляют область I (фиг. 1). Количество жидкой фазы в припое при минимальной температуре пайки составляет 70+100%, что обеспечивает растекание их в каппллярном за5 зоре. Образование жидкой фазы прп нагреве происходит скачкообразно при достижении эвтектической температуры (кривыс 1 и 2 на фиг. 2). При дальнеишем нагреве количество жидкой фазы увеличивается постепенно. На

10 кривых охлаждения этих прппоев прп эвтектической температуре наблюдаются горизонтальные площадки (фиг. 3, кривые 1 и 2).

По предлагаемому способу в качестве припоя используют сплавы области II (фиг. 1).

15 Эти сплавы при нагреве увсличивают количество жидкой фазы монотонно (кривые 3 и 4 на фиг. 2), и на кривых охлаждения отсутствуют горизонтальные площадки (кривые 3 и 4 на фиг. 3).

20 Нагрев при пайке производят до относительно низкой температуры (на 20+ 100" нпжс температуры ликвидуса припоя). Каркас из зерен в припое при монотонном оплавлении границ зерен с образованием жидкой фазы в

25 количестве вплоть до 20+30% сохраняет первоначальную форму и обладает определенной механической жесткостью. В этих условиях жидкая фаза из паяемого зазора не вытекает.

Количества жидкой фазы, образующейся при оплавленип границ зерен, расположенных на

531678

56

5,3 поверхности припоя, в условиях плотного сжатия деталей достаточно для смачивания контактирующих поверхностей, что обеспечивает надежное паяное соединение. жидкость, образующаяся на границах зерен, расположенных в объеме припоя, диффузионно рассасывается вглубь зерен.

Рассмотренная диаграмма состояния соогветствует равновесному состоянию сплавов.

На самом деле жидкая фаза у сплавов области II появляется на микроучастках при эвтектической температуре из-за неравновесности самого припоя, в котором по границам зерен возможны мпкровыделения эвтектики. Пайка сплавами, легированными несколькими эвтектикообразующими компонентами, принципиально не отличается от приведенного примера.

Применение сложнолегированного и высокопрочного припоя, однородного с паяемым материалом, позволяет исключить образование хрупких фаз и получить соединение высокой прочности. Использование при пайке алюминиевых сплавов припоя с малым количеством компонентов (в сумме до 10%) позволяет добиться эффекта диффузионного твердения шва, увеличивающего температуру распая деталей. Большинство таких припоев лежит на диаграммах состояния в области ограниченной растворимости и их можно упрочнять термообработкой, состоящей из закалки и старения, Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Поверхности сосдиняемых деталей и припой обрабатывают по принятой технологии, собирают детали, помещая в паяемый зазор фольгу (лист) припоя. Затем детали ожимают с усилием, обеспечивающим хороший контакт паяемых поверхностей с припоем, нагревают, например, в .вакуумной печи, защитной атмосфере или на воздухе до температуры оплавления границ зерен с образованием жидкой фазы в количестве 0,5+

+30% (в зависимости от площади соединения и состава припоя) и производят выдержку при этой температуре в течение 3+20 мин.

После выдержки следует охлаждение деталей и, если необходимо — термообработка, упрочняющая основной материал и шов. Температура образования указанного количества жидкости в припое определяется заранее по диаграмме состояния компонентов припоя либо путем снятия кривой плавкости, либо металлографически. Эта температура лежит выше

1,01Т солидуса и ниже 0,98Т ликвидуса припоя и зависит от ширины интервала кристал5

g5

:)()

40 лизации и крутизны линий солидуса и ликвидуса.

Данный способ был опробован при пайке законцовок алюминиевых электрошин. Шины представляют собой набор лент, изготовленных из алюминиевой фольги (АД-1), толщиной 0,15 мм, а в месте законцовки между лентами вставлены прокладки из высокопрочного сплава, содержащего медь, кремний и магний, остальное А1 (иптервал кристаллизации сплава 570+б40 С). Подготовленные химическим путем детали собирали в приспособления и зажимали в струбцине. Нагрев осуществляли в вакууме 10 — " мм рт. ст. При нагреве за счет разницы коэффициентов термического расширения алюминиевых сплавов и струбцины происходило сжатие пакета. Нагрев осуществляли до температуры 575+600"С. Количество жидкой фазы в припое составляло 10+20% (это определяли заранее металлографически).

После выдержки при этой температуре в течение 5+30 мип. детали охлаждали.

Эрозия фольговых элементов практически отсутствовала.

Механические испытания стандартных стыковых образцов, спаянных из сплава АД-1 с прослойками из указанного припоя, показали высокую прочность зоны соединения — разрушение образцов происходило по основному материалу.

Пайка по предлагаемому способу исключает эрозию основного материала и подрезы, расширяет возможность применения высокопрочных припоев, имеющих относительно высокие температуры ликвидуса, снижает эффективную поддержку пайки этими припоями на 20 — 30"С, а также позволяет использовать припой в виде конструкционных элементов без искажения его герметпии (например в виде проставок в электрошинах и т. п.), исключая производимую ранее операцию нанесения припоя на такие конструкционные элементы.

Формула изобретения

Способ бесфлюсовой пайки, преимущественно алюминия и его сплавов, при котором в качестве припоя используют однородный с материалом паяемых деталей сплав и производят нагрев, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности соединения за счет снижения эрозии паяемых деталей, нагрев под пайку производят до температуры ниже 0,98 температуры ликвидуса, но выше 1,01 температуры солидуса припоя, а в качестве припоя используют сплав, образующий жидкую фазу в количестве 0,5 — 30%.

531678

66 тс

Б00

seo

ББ0 о гg

i, 6ec!, с

%игi

i00 т;

БМ

600

-"90

0Бп

БЕ0 Т.0 ББ0

7Я

Фиг. Г

Составитель М. Новик

Техред В. Рыбакова Редактор Л. Василькова

Корректор М. Лейзерман

Заказ 22б0718 Изд. № 1б39 Тираж 1178 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

Ь й, и ь

« ж 00

Гг

1 / I

2 / /

/ /

/ бl