|
ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (...) ТЕХНОЛОГИЯ ПАЙКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ. ПАЙКА НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ.
Высокотемпературную пайку низкоуглеродистых и низколеги-рованных сталей выполняют медью, медно-цинковыми и серебряными припоями.
Оксидная пленка, образуюгдаяся на поверхности низкоуглеродистых и низколегированных сталей, химически нестойкая. Она легко восстанавливается в атмосфере водорода, диссоциированного аммиака, в продуктах сгорания смесей воздуха с городским газом, пропаном, генераторным газом и др. При пайке горелками и в печах применяют буру, флюсы ПВ200, ПВ201 и ПВ209.
Распространенным методом является пайка медью в печи с восстановительной атмосферой [1, 2],
При пайке низколегированных сталей возникают затруднения, если они легированы алюминием. Для удаления оксидной пленки алюминия перед пайкой детали обрабатывают в растворе щелочи (NaOH), а в качестве газовой среды используют азот или аргон в слиеси с трехфтористым бором.
При пайке закаленных низколегированных сталей возможен отжиг в процессе пайки, что ведет к снижению механических свойств сталей. Во избежание этого пайку ведут при температуре высокого отпуска (620 °С) с применением припоя ПСр 40 и флюсов ПВ209 или ПВ284Х, обеспечивающих получение высококачественных паяных соединений. Возможно совмещение нагрева под пайку с термообработкой. Применяемые в этом случае охлаждающие среды необходимо выбирать с учетом свойств основного металла. Для трубы размером 194x6 мм из стали 20 естественная скорость охлаждения 200—250 °С/мин, при охлаждении сжатым вoзд5^ хом 495—650 °С/мин, водой 3000 — 3700 °С7мин. В качестве охлаждающей среды в данном случае рекомендован сжатый воздух, поскольку такой режим обеспечивает сохранение требуемых свойств паяемого металла и соединения [3, 4, 5].
Пайку этих труб осуществляют железо-марганцевым припоем П-87 с флюсом ПВк)1. Порошки припоя и флюса наносят распылением и закрепляют с помощью акрилового лака АС-82. Нагрев стыков до температуры пайки 1180 °С проводят ТВЧ (2400— 8000 кГц), а охлаждают воздухом, сжатым до давления 0,4— 0,6 МПа. Предел прочности соединений на срез достигает 400 МПа.
Пайку трз^б из низкоуглеродистой стали диаметром 219—426 мм с толщиной стенки 9—18 мм проводят встык с разделкой кромок 30°. нагревом ТВЧ (2400 Гц) при температуре 1180°С (время
нагрева 60 с, время выдержки при температуре пайки 1—2 мин, осевое давление 0,05 МПа). В качестве припоя применяют пасту, состоящую из смеси порошка припоя П-87 (грануляцией 0,05— 0,35 мм), флюса ПВ201 (до 15% от массы припоя) и 20% порошка стали 20; связующее — акриловый лак АС-82. Предел прочности соединений на срез 300—400 МПа.
Низкотемпературную пайку низкоуглеродистых и низколегированных сталей осуществляют оловянно-свинцовыми припоями с использованием в качестве флюсов водных растворов хлористого цинка.
В соединениях сталей, паянных припоями ПОССу 40—0,5, ПОС61, оловом, на границе раздела припой — паяемый метал.г1 может образовываться прослойка хрупкой интерметаллидной фазы FeSrig, которая ослабляет шов. При пайке не следует допускать перегрев, так как это способствует увеличению толщины интерметаллидной прослойки, пористости паяных швов и снижению прочности соединений.
Наибольший предел прочности на срез (30—40 МПа) имеют соединения стали, паянные припоем ПОС 40 и ПОС61.
ПАЙКА КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ СТАЛЕЙ
К коррозионно-стойким сталям относятся стали ферритные, легированные хромом и никелем, мартенситные и аустенитно-мартенситные, легированные ферритообразующими элементами (алюминием, титаном, молибденом и др.) при малом содержании углерода.
На поверхностях этих сталей образуются оксиды хрома, химически более стойкие, чем на нелегированных сталях. Поэтому пайка коррозионно-стойких сталей представляет значительные затрзшнения и требуег выбора активных флюсов и газовых сред.
При низкотемпературной пайке коррозионно-стойких сталей оловянно-свинцовыми припоями обычные канифольно-спиртовые флюсы непригодны. В качестве флюсов рекомендуются канильно-спиртовой раствор с добавками ортофосфорной кислоты (ЛМ1) или водный раствор хлористого цинка с добавками неорганических кислот (НС1, HF, HNOg, Н3РО4), хлористых солей аммония, олова, меди. Указанные флюсы успешно применяются только при пайке паяльником или горелкой, когда флюс можно добавлять по мере надобности.
При печной пайке коррозионно-стойких сталей оловянно-свинцовыми припоями флюсы на основе хлористого цинка с добавками кислот неэффективны, поскольку при пайке в печи флюс не восполняется, и поэтому его оказывается недостаточно.
В расплавленном состоянии флюсы практически не активируют поверхность коррозионно-стойкой стали и не защищают от кислорода воздуха. Паяемосгь коррозионно-стойких сталей облегчается за счет нанесения на соединяемые поверхности технологических покрытий: меди, никеля, серебра и других металлов.
Растекание оловянно-свинцовых и других легкоплавких припоев по стали можно улучшить за счет предварительного лужения паяемой поверхности этими же припоями. Лужение проводят с использованием активных флюсов путем последовательного погружения деталей во флюс и расплавленный припой. Припой можно наносить вручную путем лужения деталей паяльником или горелкой.
Оловянно-свинцовые припои на коррозионно-стойкие стали наносят и гальваническим методом, после чего деталь флюсуют и нагревают до температуры пайки. После лужения и пайки для удаления остатков коррозионно-активных флюсов детали кипятят или промывают в проточной юде. Остатки канифольно-спиртовых флюсов удаляют только с электросхем (тампоном, смоченным спиртом).
Высокотемпературную пайку коррозионно-стойких сталей проводят серебряными, медными, никелевыми и другими припоями. Стали, легированные хромом (более 18 %), титаном, алюминием и кремнием, при пайке их в вакууме и аргоне плохо смачиваются серебряными припоями ПСр72 и ПСр70. Улучшить растекание серебряных припоев можно за счет их легирования титаном (0,12%), цирконием (до 1%) или никелем (до 5%). Качественные соединения, паянные этими припоями, можно получить после нанесения на соединяемые поверхности барьерных слоев меди или никеля (15—25 мкм). Нанесение химического никеля недопустимо из-за образования на границе раздела покрытие — основной металл хрупких интерметаллидных фаз, ослабляющих швы при динамических нагрузках и в условиях низких температур. Соединения коррозионно-стойкой стали, паянные серебряными припоями, не содержащими никеля, склонны х щелевой коррозии во влажной атмосфере.
При пайке хромистых ферритных сталей рекомендуется припой . с содержанием никеля до 3% следующего состава, %: Ag 50; Си 15; Cd 16; Zn 16; N13 (температура пайки 690—710 °С). Если ферритная коррозионно-стойкая сталь содержит менее 13% хрома, коррозии в паяных швах не возникает.
При пайке нестабилизированных коррозионно-стойких аусте-нитных сталей в интервале температур 500—750 °С возможна интеркристаллитная коррозия. Пайку деталей, содержащих малое количество углерода или стабилизированных карбидообразующими элементами (Nb, Ti), устраняющими склонность к интер-кристаллитной коррозии после нагрева до температуры 620—680°С, проводят с применением серебряных припоев.
При применении припоев, содержащих менее 30% серебра (ПСр 25, ПСр 12М), наблюдается растрескивание коррозионно-стойкой стали по границам зерен. Поэтому их не рекомендуют для пайки тонкостенных изделий и конструкций, находящихся в напряженном состоянии. Пайку таких конструкций проводят припоем ПСр 40 с флюсами ПВ284Х или ПВ209. При пайке в печах порошок припоя перемешивается с флюсом, разводится на ацетоне или спирте и наносится на места соединения.
Для пайки коррозионно-стойких сталей в качестве припоев применяют также чистую медь, которая хорошо смачивает сталь в среде аргона с трехфтористым бором (BFg) при температуре 1150 °С. Для улучшения растекания по стали в аргоне медь легируют различными поверхностно-активными добавками: литием (0,15— 0,3%), оловом (до 5%), марганцем, титаном, кремнием и др. [2].
Для пайки коррозионно-стойких сталей применяют латуни, временное сопротивление разрыву 360 МПа. При применении латуней в качестве припоев возможно проникновение латуни по границам зерен, что способствует хрупкому разрушению сталей под напряжением. Эффект проникновения усиливается при местном нагреве (горелка, ТВЧ) и при повторной пайке.
Пайку деталей из коррозионно-стойких сталей часто осуществляют медно-марганцевыми припоями, легированными литием, бором, железом, кремнием и др. Например, припои- ВПр2 и ВПр4 хорошо растекаются по сталям 07Х16Н6, 08Х18Т1, 12Х18Н10Т, 08Х17Н13М2Т в среде проточного аргона или при пайке горелкой с флюсами ПВ200 и ПВ201. Соединения, паянные этими припоями, имеют временное сопротивление разрыву 200—300 МПа и могут кратковременно работать до температуры 600 °С.
Для работы изделий из стали 12Х18Н10Т в условиях криогенных температур до минус 269 °С хорошо зарекомендовал себя медно-марганцевый припой П-65, позволяющий получать паяные соединения с временным сопротивлением разрыву 280—330 МПа и пределом прочности на срез 230—260 МПа. Припой П-65 выпускается в виде ленты или листа толщиной 0,1—2,0 мм. Из листового припоя изготовляют закладные детали в виде шайб, колец, пластин.
Пайку изделий криогенной техники осуществляют в вакуумных печах при давлении 2-10“^—5-10~®Па, температуре 990±Ю°С, выдержке 15+3 мин, охлаждение вместе с печью.
Припои системы Си—N1—Si (ВПр1, ПЖ45-81) можно применять при пайке нагартованных коррозионно-стойких сталей.
Предел прочности на срез таких соединений равен 280 МПа, швы теплостойки до температуры 700 °С и хладостойки до температуры минус 196 °С.
Для пайки коррозионно-стойких сталей применяются припои на основе никеля системы Ni—Сг—Мп. Пайку проводят в среде аргона с трехфтористым бором. |
