Способ бесфлюсовой пайки титана и его сплавов с алюминием и его сплавами

(19) 1)5 В 23 К 1/19, 35/3 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Тольяттинский политехнический институт%е д 1 пд,)оцгпа 1, 1974,10, р. 638. (54) СПОСОБ БЕСФЛЮСОВОЙ ПАЙКИ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ С АЛЮМИНИЕМ И ЕГО СПЛАВАМИ(57) Изобретение относится к пайке и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при изготовлении титано- алюминиевых конструкций. Цель изобретения - повышение качества паяных соединеИзобретение относится к области пайки, в частности к способам бесфлюсовой пайки титано-алюминиевых конструкций припоями на основе алюминия, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.Цель изобретения - повышение качества паяных соединений путем улучшения смачиваемости титана расплавленным припоем и упрощение процесса пайки.Способ реализуют следующим образом.Паяемые детали обезжиривают и травят в стандартных для титановых и алюминиевых сплавов растворах, при необходимости осветляют, промывают, сушат и собирают под пайку. Припой в виде фольги или в другой компактной форме обезжиривают в органическом растворителе, обрабатывают в ний путем улучшения смачиваемости титана расплавленным припоем на основе алюминия и упрощение процесса пайки. Паяемые детали обезжиривают, травят и производят сборку деталей с размещением в зоне паяемых зазоров припоя на основе алюминия. Сборку помещают в контейнер, расположенный в вакуумной камере и сообщающийся с ней через откачные отверстия, Вакуумируют камеру с контейнером и производят нагрев до температуры пайки с подачей в контейнер паров магния и свинца. В качестве источника паров свинца может быть использован свинцовый порошок, вводимый в порошкообразный припой. Пары свинца обеспечивают хорошее растекание припоя на основе алюминия по поверхности титана, Надежные паяные соединения формируются при более низкой температуре и менее глубоком вакууме. Для пайки не требуется взаимного прижатия деталей. 2 з. п, ф-лы. стандартном для алюминиевых сплавов щелочном растворе с последующими промывками, осветлением сушкой и укладкой в паяльный зазор или рядом с ним, Порошок силумина используют в состоянии поставки в виде пасты на органической связке. Собранные изделия помещают в контейнер с затвором, изготовленный из углеродистой или нержавеющей стали, туда же помещают компактную навеску свинца из расчета 3 г/л объема контейнера. Контейнер с изделием помещают в вакуумируемую камеру, например разборный вакуумный контейнер, создают форвакуум, нагревают, обеспечивая остаточное давление не выше 12 Па, до температуры пайки, выдерживают 5 - 20 мин (в зависимости от марки припоя, массы и геометрии изделия) и охлаждают.В качестве источника паров свинца мо. жет быть использован свинцовый порошок, вводимый в порошкообразный припой.Затвор контейнера может быть уплотнен кусочками измельченной титановой губки, плотно уложенной в несколько слоев. При этом в нижнем слое уплотнения равномерно по периметру размещают несколько на. весок магния, Применение паров магния необходимо для активирования поверхности паяемого алюминиевого сплава и алюминиевого припоя, но неэффективно для активирования поверхности титана. Пайка в этом 510 случае возможна лишь с укладкой припоя в зазор в виде тонкой фольги и обязательного сдавливания соединяемых поверхностей при длительной выдержке припоя в 15 расплавленном состоянии, Испарение свинца внутри вспомогательного контейнера обеспечивает растекание силумина по поверхности титана, но в свою очередь неэффективно для активирования поверхности алюминия и его смачивания силумином. Однако одновременное введение навесок магния и свинца внутрь вспомогательного контейнера затрудняет испарение свинца (вследствие образования на его поверхности легкоокис 25 ляемых соединений с магнием) и доставку его паров к поверхности титана, что при полном смачивании силумином алюминия не обеспечивает стабильного смачивания титана, Данное противоречие устраняется посредством размещения навесок магния перед от качными отверстиями вспомогательного контейнера и засыпкой их титановой гуокой,а свинца - в компактной форме или в виде порошка в смеси с порошком припоя, внутри контейнера, Свинец, применяемый в качестве испаряемого металла, не является активным геттером по отношению к титану и алюминию, не вступает с ними в контактное твердогазовое плавление, но обеспечивает смачивание титана алюминиевыми припоями в том числе силумином, при температуре пайки, допустимой для нагрева алюминиевой части комбинированных титано-алюминиевых конструкций. Пример 1. Паяли натурные образцы комбинированного титано-алюминиевого теплообменника, в которых гофрированная пластина из сплава АМЦ (30)(ЗОБО,З мм, высота гофр 6 мм) помещалась между двумя 45 плоскими пластинами из сплава ВТ 1 - 0(ЗОХЗОХ 0,2 мм). Образцы обезжиривали спиртом, обрабатывали в стандартных для титановых и алюминиевых сплавов травиль ных растворах с последующими промывками, осветлением и сушкой, В качестве припоя использовали порошок эктектического силумина с размером частиц 120 в 1 мкм, Припой наносили в состоянии поставки на вершины гофр теплопередающих элементов из сплава АМЦ следующим образом: поверхность гофрированных пластин покрывали органической связкой на основе сополимера ТБМ - 60, после чего эти пластины вершинами гофр вдавливались в равномерный по толщине слой припоя, Глубина вдавливания составляла 1 мм, После нанесения припоя с обеих сторон гофрированная пластина собиралась с двумя плоскими пластинами из ВТ 1 - 0 (6 0,2 мм), помещаласьмежду двумя плоскими пластинами (6 5 мм), собранный пакет сжимался с помощью струбцины так, чтобы зазоры в местах пайки вершин гофр к титановым не превышали 0,1 мм, и в таком состоянии фиксировался с помощью стяжек, вырезанных из титановой фольги, с использованием конденсатор-. ной сварки. Собранные для пайии образцы размещали во вспомогательном составном контейнере цилиндрического типа, изготовленном из нержавеющей стали и при сборке образующем затвор, который уплотняли засыпкой в 4 - 5 слоев кусочков измельчен ной титановой губки (размеры частиц 1 - 2 мм). Контейнер с образцами загружали в вакуумируемый форвакуумным насосом разборный контейнер с холодной крышкой, который нагревали в электропечи.Пайку осуществляли при остаточном давлении 6 - 11 Па с выдержкой 10 мин при температуре пайки 600+5 С, скорость нагрева 30 С/мин. Размещение испаряющихся металлов осуществляли по следующим схемам;а) размещение внутри вспомогательного контейнера в стальном стаканчике компактной навески свинца (3 г/л);б) размещение внутри вспомогательного контейнера компактной навески магния (О, г/л);в) одновременное размещение внутри вспомогательного. контейнера, компактных навесок свинца и магния в указанных количествах;г) размещение внутри вспомогательного контейнера компактной навески свинца (3 г/л) и в затворе под титановой губкой трех одинаковых кусочков магния (суммарная навеска 0,1 г/л);д) размещение кусочков магния в затворе под титановой губкой (аналогично пункту г) и введение порошка свинца (размеры частиц 60 - 80 мкм) в порошок силумина в количестве 3 и 5.После пайки проводили визуальный контроль качества формирования галтелей и механические испытания на отдир.Сравнительный анализ паяных образцов показал, что при введении испаряющихся металлов по схеме а припой смачивает и растекается только по титану, а по схеме б - только по алюминию. В обоих случаях после пайки пластины из ВТ 1 - 0 легко отделялись от алюминиевой гофрированной пластины, При нагреве с одновременным использованием компактных источников паров магния и свинца внутри вспомогательного контейнера (схема в) припой смачивал обе5разнородные поверхности, однако образование галтелей и заполнение зазора былонестабильное, поэтому сравнительно легко отделялись друг от друга, При этом навескасвинца либо не изменяла, либо увеличивала свой вес после нагрева, а ее поверхность приобретала матовый серый цвет. Принагреве по схемам г и д происходила качественная пайка образцов с образованием плавных, хорошо сформированных галтелей по всем поверхностям контакта гофр с покрывными пластинами. При отдире образцы разрушались как по шву, так и по металлугофрированной пластины, Наилучшие резуль 1 О таты были получены при нагреве по последней схеме. Дополнительно проведенные коррозионные испытания паяных соединений показали, что введение в шов 3 - 5 Я свинца не ухудшает их коррозионные свойства в ЗЯ- ном растворе ХаС 1.Пример 2. Паяли комбинированные прочностные образцы таврового типа. Прочност- И. ные образцы изготавливали из листа спла ва ВТ 1 - 0 толщиной 5 мм и из листа сплава АМЦ толщиной 3 мм. Сечение рабочей части образца 15 хЗ мм, величина паяемого зазора составляла 0,06; О,1; 0,2 мм. Составные элементы образцов обезжиривали спиртом. Титановую пластину травили в стандартном растворе, содержащем азотную и плавиковую кислоту, промывали н сушили, Алюминиевую пластину обрабатывали в. стандартном щелочном растворе с последую- М щими промывками, осветлением и сушкой.Затем образцы собирали с заданным зазором с использованием прокладок из титановой фольги. В качестве припоя использовали порошок эвтектического силумина в состоянии поставки, который смешивали с 35 порошком. свинца в количестве 5 Я. Закреп.ление порошка припоя на образцах в количестве 160 Я от объема паяемого зазора осуществляли нанесением органической связки на основе сополимера ТБМ 60. Собранные 4 О для пайки образцы помещали в контейнер с затвором, который уплотняли кусочками измельченной титановой губки. Предварительно под титановой губкой размещали 3 - 4 кусочка магния из расчета суммарной навески 0,1 г/л объема контейнера. Контейнер 45 с образцами загружали в вакуумную печь типа СГВ 2,5/15. Пайку осуществляли при остаточном давлении не выше 0,1 Па с выдержкой 5, 10, 15, 30 мкм, при температуре пайки 600+5 С. На каждом режиме паяли по четыре образца: три образца - для 5 О определения средней величины прочности на разрыв; один образец - для металлографического анализа, при котором определяли максимальную величину эрозии сплава АМЦ в расплаве припоя.При пайке образцов с фиксированным зазором и укладкой припоя около зазора прочность паяных соединений практически достигает прочности сплава АМЦ ( 111 МПа бпри выдержке не более 15 мин. Увеличение выдержки от 15 до 30 мин не приводит к существенному росту прочности, однако сопровождается усилением эрозии сплава АМЦ (максимальная величина эрозиив галтельных участках увеличивается от0,2 до 1 мм),Использование данного способа пайкититана и его сплавов с алюминием.и егосплавами припоями на основе алюминия, втом числе содержащими кремний, обспечивает в сравнении с известными следующие преимущества:возможность изготовления комбинированных изделий с элементами разной толщины, с труднодоступными для приложениявнешнего давления местами пайки, наприме р, пластинчато-ребристых теплообменников радиаторов, сотовых панелей;сокращение выдержки при температурепайки, например, эвтектическим силуминомв 3 - 4 раза при обеспечении качественного формирования паяных соединений с прочностью на уровне прочности деталей из алюминия и его сплавов;упрощение оборудования и сокращениецикла пайки за счет возможности ее осуществления в разборных контейнерах, вакуумируемых механическими форвакуумныминасосами до остаточного давления не выше12 МПа;отсутствие необходимости в специальной подготовке поверхности под пайку и укладки припоя в зазор в виде фольги,формула изобретения1. Способ бесфлюсовой пайки титана и его сплавов с алюминием и его сплавами, при котором производят сборку деталей с размещением в зоне паяемых зазоров припоя на основе алюминия, помещают сборку в контейнер, расположенный в вакуумной камере и сообщающийся с ней через откачные отверстия, вакуумируют камеру с контейнером, производят нагрев до температуры пайки с подачей паров магния и последующее охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения качества паяных соединений путем улучшения смачиваемости титана расплавленным припоем и упрощения процесса пайки, в контейнер подают пары свинца.2, Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве источника паров свинца используют свинцовый порошок, вводя его в порошкообразный припой.3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что источник паров магния размещают снаружи контейнера в зоне откачных отверстий и покрывают его слоем титановой губки.