Способ пайки паяносварных конструкций с телескопическими соединениями

Способ пайки паяносварных конструкций с телескопическими соединениями

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: изготовление паяносварных конструкций телескопических теплообменников . Сущность изобретения: ведется двухстадийный нагрев в защитной атмосфере с выдержкой на первой стадии при 280 ± 10°С для обезводороживания гальванического припоя - покрытия и поверхностного слоя материала соединяемых деталей. Нагрев и выдержку на первой стадии производят до прижатия деталей друг к другу. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 В 23 К 1/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССP (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

ы ((Л

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4756702/08 (22) 09,11,89 (46) 15.04.93, Бюл. N 14 (71) Опытный завод энергетического машиностроения (72) А.И.Черницын (56) Справочник по пайке под ред, С.Н,Лоцманова, И.Е.Петрунина, B.Ï,ÔðoëîBà, М,:

Металлургия, 1975, с.55.

Авторское свидетельство СССР

N 1428533, кл. В 23 К 1/00, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N 556002, кл. В 23 К 1/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР

% 1279767, кл. В 23 К 1/00, 1985.

Изобретение относится к машиностроению — способам получения паяных и паяносварных конструкций преимущественно телескопических теплообменников с использованием металлических покрытий в . качестве барьерных слоев, компонентов припоя и улучшающих растекаемость припоя.

Целью изобретения является повышение качества паяных и паяносварных конструкций уменьшением пористости и исключением появления расслоений на границе основной металл-покрытие.

Это достигается тем, что выдержку соединяемых деталей на первой стадии нагрева производят при 280 + 10 С, причем еще до прижатия деталей друг к другу.

Сущность изобретения состоит в создании условий, способствующих удалению водорода из поверхностных слоев соединяемых деталей до их пайки.

„„5U„„1808554 А1 (54) СПОСОБ ПАЙКИ ПАЯНОСВАРНЫХ

КОНСТРУКЦИЙ С ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИМИ

СОЕДИНЕНИЯМИ (57) Использование: изготовление паяносварных конструкций телескопических теплообменников. Сущность изобретения: ведется двухстадийный нагрев в защитной атмосфере с выдержкой на первой стадии при 280 « 10 С для обезводороживания гальванического припоя — покрытия и поверхностного слоя материала соединяемых деталей. Нагрев и выдержку на первой стадии производят до прижатия деталей друг к дру гу. 1 та бл.

Проведенные исследования показали, что основной причиной расслоений и одной из причин появления пор на границе основной металл-покрытие и в паяном шве, образующихся при пайке и последующих термических воздействиях, является наличие водорода, проникающего в поверхностные слои материалов соединяемых деталей при операциях их подготовки под покрытие (злектрохимическое обезжиривание, травление) и соосаждающегося вместе с металлом покрытия при его нанесении. Водород в основном концентрируется на границе металл-покрытие, а при нагреве и выдержке в процессе пайки частично рассасывается внутри металла паяемых деталей, частично выделяется из паяного шва в объем атмосферы паяльного пространства, а часть его остается на границе металл-покрытие как в атомном виде в твердом растворе, так и в молекулярном виде. При охлаждении паяно1808554

ro соединения, а также при последующих воздействиях на него термомеханического цикла сварки и условий эксплуатации возникают градиенты температур и растягивающие напряжения, под воздействием которых рассосавшийся в обьеме металла паяемых деталей водород диффундирует к границе металл-покрытие и молизуется там, При этом резко возрастает давление и образуются поры и расслоения. Анализ возможности удаления водорода после нанесения покрытий показал, что основная его часть в процессе выдержки удаляется при 280 +.10 С. При более низкой температуре также возможно его удаление, но для этого требуется намного большее время.

При более высокой температуре также происходит удаление водорода, но оно может сопровождаться отслоением покрытия изза интенсивного выделения водорода с последующим затеканием припоя под покрытием, что резко охрупчивает паяное соединение и может вызвать разрушение паяемого материала. Интервал температур удаления водорода без отслоения покрыти лежит в области температур отпуска для сталей 200 — 400 С, а оптимальной является 280 + 10ОС.

Продолжительность отпуска при этой температуре зависит от толщин покрытий, степени вакуума и площадей контакта деталей(чем больше площади контакта — поджатия деталей, тем длиннее диффузионный путь для выхода водорода и соответственно должна быть больЬе продолжительность отпуска). Оптимальной является ситуация, когда при температуре отпуска между деталями еще имеется зазор и выделяющийся газ может свободно уйти. Наиболее сложным является обеспечение требуемого зазора при пайке разнородных материалов, из которых внутри расположенный имеет больший коэффициент термического расширения. Приведенная в а.с, (3) формула показывает связь исхОдного зазора с температурой нагрева, при которой этот зазор закрывается

2 = (1 с1н 2 ов) ЛТ (1) где д — исходный зазор при комнатной температуре; й1 — коэффициент термического расширения материала внутрирасположенной детали; бп — наружный диаметр внутрирасположенной детали; и — коэффициент термического расширения материала наружной детали;

ds — внутренний диаметр наружной де тали;

Вш(Х1 — и ) (Тпл - 70 С)> д >

>R ш((С1 — аг) 260 С (3) где Яш — радиус паяного шва, а1 — коэффициент термического расширения материала внутренней детали, ez — коэффициент термического расширения наружной детали, Тпл — температура плавления припояпокрытия, При более высоком вакууме ускоряется выделение водорода и в тоже время исключается возможность окисления покрытия, которое может вызвать ухудшение растекаемости припоя, В связи с этим продолжительность отпуска может колебаться от 0 до

4 ч и более, т.к, с увеличением времени содержание водорода асимптоматически уменьшается, не достигая нулевого уровня.

Ограничением времени является уровень, ЛТ вЂ” граница между температурой отпуска и комнатной.

Анализ этой зависимости показывает, что разницей между бн и дв можно пренебречь и при этом погрешность не превышает одного процента и вместо них ввести усредненный диаметр паяного шва (cl ). При этом формула (1) принимает следующий вид:

2 д = бш(а1 -а2) ЛТ или д = ((х1 - aZ) AT дш

2 — = R — радиус паяемых.деталей в месте ош

2 шва, Отсюда искомый минимальный зазор

15 определяется как д > Йш(О1 -а2) AT (2)

В таблице 1 даны минимальные и максимальные исходные зазоры при пайке медносеребряными. покрытиями-припоями

20 бронзы БрХ08 и титанового сплава ОТ4 с различными сталями.при оптимальной температуре обезводороживающей выдержки на первой стадии 280 С, радиусе паяного шва 500 мм и температуре плавления припоя-покрытия 780 С. Максимальная величина зазора определяется исходя из того, что полное поджатие деталей друг к другу должно быть достигнуто при нагреве не менее чем на 50 С ниже температуры плавления припоя-покрытия.

При большей величине зазора образуется непропаи из-за неподжатия. Исходя из этого исходный зазор между паяемыми деталями (с учетом толщины покрытий) связывается с размером деталей, температурой выдержки на первой стадии и температурой плавления припоя и определяется по формуле:

1808554

Мате иал

Коэффициент термического расширения

:, а - 10 1/град

Максимальный исходный зазор

< 500 (х1 — хх2

710 (мм) (ЛТ = 780 -50—

20о) Минимальный исходный зазор

> 500 (гХ1 — Q2

260 (мм) Т = (280О-20 С) наружной детали внутренней детали

17,7

17,4

12,1

10,8

14,2

17,4

12,1

10,8

14,2

8,9

БрХ08

0,039

0,728

0,897

0,455

1,105

0.416

0,247

0,689

12Х18Н10Т

07Х16Н6

03X11Н8М2Ф

ЭИ 811

0,106

1,988

2,45

1,243

3,017

1,136

0,675

1,88

12Х18Н10Т

07Х16Н6

03Х11Н8М2 Ф

ЭИ 811

ОТ4 который для конкретных сборочных единиц может быть определен экспериментально.

Пример 1. Капиллярную пайку медносеребряным припоем бронзовой детали, покрытой слоем гальванического никеля толщиной 10 мкм, проводили со сталью, для чего поместили собранные детали в контейнер, который отвакуумировали до давления

0,1 кгс/см, заполнили аргоном и отвакуумировали вторично. Не выключая вакуумных насосов, нагрели до 280 С + 10 С и выдержали при этой температуре 1,5 ч. Отключили вакуумные насосы, заполнили контейнер аргоном с избыточным давлением

0,2+0,1 xrc/см и нагрели до 925+5 С с вы держкой при ней 4 +. 0,5 мин. Скорость нагрева до 280 С составила 10О/мин, а от 280 до 925 С вЂ” 13,7 /мин, Рыхлот в паяном шве и расслоений по границе бронза — покрытие, которые были при пайке беэ ступеньки при нагреве. не наблюдалось. Выдержка при 250 С 3,5 ч также дала положительные результаты.

Пример 2. Контактно-реактивную пайку бронзовой детали с покрытием — припоем (20 мкм Cu + 6 мкм Ag) со стальной (0,5 мкм Ni+ 12 мкм Cu) проводили в вакуумной печи при непрерывном вакуумировэнии. . После уостижения требуемого вакуума (0,1 .кгс/см ) нагрели до 280 +10 С произвели выдержку в течении 4 ч, после чего продолжили нагрева до 970 + 10 С и произвели выдержку 35 мин с охлаждением в печи, Извлеченную спаянную секцию соединили с аналогичной секцией сваркой — электроннолучевой, соединили медные детали секций и аргонодуговой, через проставку соединили между собой стальные детали секций.

В выполненных таким образом паяных и паяносварных конструкциях теплообмен5 ников вспучиваний при гидронагружении . требуемым по ТУ давлением не происходит, расслоений не наблюдается, а пористость уменьшается в 2-3 раза. При пайке беэ ступеньки при нагреве имели место пористость

10 и затекание припоя под никелевое покрытие на стали, а после сварки появились расслоения по границе никель-сталь на расстоянии до 30 мм от сварных швов, причем изменение режимов сварки и ускорение

15 охлаждение зоны сварки" положительных результатов не давали.

Формула изобретения

1. Способ пайки паяносварных конст20 рукций с телескопическими соединениями, включающий нанесение покрытий припоев на соединяемые детали, сборку, двухстадийный нагрев в защитной атмосфере сначала до температуры ниже температуры

25 пайки с выдержкой при этой температуре, затем нагрев выше температуры плавления припоя и охлаждение, отличающийся тем, что; с целью повышения качества неразьемных соединений за счет обеэводора30 живэния гальванического припоя поверхностного слоя материала соединяемых деталей, выдержку на первой стадии производят при температуре 280 + 10 С.

2. Способ по п.1, отличающийся

35 тем, что нагрев и выдержку на первой стадии производят до прижатия деталей друг к другу,