Способ пайки изделий телескопического типа

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 111556002 Союз Советских Социалистических Республик(23) ПриоритетОпубликовано 30 Государственнык комитетСовета Министров СССРпо делам изобретенийи открытий 21,79 088.8 юллетень16(53 та опубликования описания 13.06.(71) Заявите ОСОБ ПАЙ ДЕЛИЙ ТЕЛЕ ИЧЕСКОГО ТИП Изобретение относится к области пайки, в частности к способам пайки изделий телескопического типа из разнородных материалов.Известен способ пайки телескопических соединений, у которых внутренняя деталь имеет меньший коэффициент термического расширения (КТР), чем внешняя 1. Способ включает сборку деталей без зазора или даже с натягом, установку припоя над линией контакта и нагрев до температуры, при которой вследствие разницы КТР возникает достаточный зазор и происходит пайка. Недостатком этого способа пайки является невозможность осуществления при расположении детали с большим КТР внутри, так как в этом случае при нагреве происходит прижатие деталей друг к другу, а не образование между ними зазора.Известен также способ пайки телескопических соединений, у которых материал внутренней детали имеет КТР больший, чем у материала внешней детали, включающий сборку деталей с зазором, нагрев, выдержку при температуре пайки и охлаждение 12. Зазор при пайке по этому способу выбирают таким, чтобы при нагреве до температуры пайки он сузился за счет термического расширения деталей до величины оптимальной для капилляр- ного течения припоя. К недостаткам этого способа следует отнести высокие требования к точности изготовления деталей для обеспечения строго заданного зазора большой величины и возникновение5 значительных внутренних напряжений в паяном шве в процессе охлаждения изделия после пайки.Целью изобретения является уменьшениевнутренних напряжений в шве при охлажде 10 нии изделий и снижение требований к допускам при изготовлении деталей.Поставленная цель достигается тем, чтопри пайке изделий телескопического типа, укоторых материал внутренней детали имеет15 КТР больший, чем материал внешней детали,сборку осуществляют с зазором, замыкающимся при нагреве ниже температуры пайки,а нагрев производят выше температуры пайкидо температуры, обеспечивающей возникнове 20 ние пластической деформации в материалеконтактирующих деталей, после чего производят охлаждение до температуры пайки, заполнение образовавшегося зазора припоем идальнейшее охлаждение. Перед охлаждением25 до температуры пайки может быть произведен релаксационный отжиг.Этот способ основан на использовании известных физических явлений, а именно пластического деформирования металлов и упру 30 гого последействия 31,40 Физическая сущность предлагаемого способа видна из рассмотрения явлений, происходящих в изделии при нагреве и охлаждении.При нагреве собранные с заданной величиной зазора детали изменяют свои размеры всоответствии с их КТР, т. е. внутренняя деталь расширяется больше внешней. В результате этого внутренняя деталь при нагревеприближается к внешней, уменьшая зазор,который при некоторой температуре (нижетемпературы пайки) полностью исчезает. Подостижении температуры пайки расплавленный припой по этой причине остается без использования. После охлаждения изделий обнаруживают закристаллизовавшийся припойв канавке, но не в зазоре.На чертеже показан термический цикл (линия авс соответствует нагреву до температуры пайки, линия са - выдержке при ней, линия Ые - охлаждению),Нагрев сопровождается уменьшением зазора. При температуре Т, зазор исчезает и поверхности вступают в контакт. Последующийнагрев выше температуры Т, до температурыТсоздает поджатие паяемых деталей другк другу.В предлагаемом способе нагрев не ограничивают температурой пайки Т, а продолжают до более высокой температуры Т (см. точку 1 на чертеже). Повышение температуры сопровождается дополнительным прижатиемпаяемых деталей друг к другу, В материалеприжатых деталей возникают контактные напряжения, обусловленные тем, что внутренняядеталь стремится расшириться до размеров,определяемых ее КТР, но этому расширениюпрепятствует вступившая с ней в контакт внешняя деталь. В результате этого внутренняядеталь сжата внешней деталью, внешняя деталь растянута внутренней деталью. Есливозникшие при нагреве выше температурыпайки Тконтактные напряжения создаютв материале деталей только упругие деформации, то после охлаждения до температурыпайки Тэти деформации полностью исчезают и зазор между деталями пе появляется.Если же при нагреве выше температуры пайки Тконтактные напряжения создают упругие и пластические деформации, то при охлаждении до температуры пайки упругиедеформации исчезают, а за счет пластическихдеформаций возникает между соединяемымиповерхностями зазор. Температуру нагреваТ, можно подобрать таким образом, чтобывозникающий за счет пластической деформации зазор имел при температуре пайки Тнеобходимую величину для затекания в негорасплавленного припоя. На чертеже охлаждение до температуры пайки Т, выдержка приней и охлаждение представлены линиями ф,дй и Ы соответственно,Возникающее упругое последействие в материале деталей при охлаждении их послепайки уменьшает внутреннее напряжение вчаяных швах. 5 10 15 20 25 Зо 35 45 50 55 60 б 5 В предлокенном способе температуру нагрева свыше температуры пайки Т,можно выбрать ниже температуры Т обеспечивающей необходимую величину зазора за счет пластической деформации. На чертеже эта температура обозначена Т. Нужную величину зазора при нагреве изделия до этой температуры получают, используя отжиг при температуре Т сопровождающийся релаксацией контактных напряжений и переводом упругой деформации в пластическую. При этом снижение температуры (разность 7 - Т.,) и длительность отжига при температуре Т. выбирают из условия, чтобы уменьшение пластической деформации, вызванное снижением температуры, было компенсировано переводом упругой деформации в пластическую при релаксационном отжиге, Термический цикл пайки в этом случае на чертеже представлен линией авс 7 Итп, где авс 7 - нагрев, уй - релаксационный отжиг, И - охлаждение до температуры пайки, 1 т - выдержка при температуре пайки, тп - охлаждение до комнатной температуры.Примером применения предложенного способа является пайка титанового и стального колец по цилиндрическим поверхностям. Наружное кольцо изготовлено из титанового сплава ОТ 4, внутреннее кольцо - пз стали 3 И 811.Наружное кольцо имеет следующие размеры, мм:Диаметр наружный 245- 0,2Диаметр внутренний 229,б л о, Ширина 20Внутреннее кольцо имеет следующие размеры, мм:о,тДиаметр наружный 229,5:од Диаметр внутренний 210 Ширина 20В кольцах предусмотрена проточка для установки припоя над зазором, образующимся после их сборки. Величина исходного (сборочного) зазора 0,15 - 0,25 мм. Наличие зазора упрощает сборку деталей, хотя предлокенный способ применим и для сборки без зазора,. При нагреве наружный диаметр внутреннего (стального) и внутренний диаметр наружного (титанового) колец изменяются следующим образом:а=ао(1+ОСТЕТ)(1) 7. =., (1+итЬТ) 3где д и д, - наружный диаметр внутреннего кольца при рассматриваемой и комнатной температурах;Й и .О, - внутренний диаметр наружного кольца при рассматриваемой и комнатной температурах;аст и ат - КТР стали ЗИ 811 и титанового сплава ОТ 4;ЛТ - разность между рассматриваемой температурой Т и комнатной температурой То (20 С) .5 10 15 20 откуда Устранение зазора и возникновение контакта наступает при Й=Р. Это условие дает со(1+асхЬТ) =Ро(1+атйТ),Р, - й,= (асА, - атно) ЬТ (2) Левая часть зависимости (2) представляетсобой удвоенную величину исходного зазора2 б. С учетом этого имеем 26= (астро - ат;Ро) ХТ (3) При минимальном значении заданного зазора Ьипн=0,15 мм условие (3) удовлетворяется, когда ОТ=245 С. Следовательно, температура исчезновения зазора величиной 0,15 мм составляет 265 С (245+20). Действительно, при температуре 265 С имеем: аст= =14,2 10 -и ат;==8,9 10 - . Подставив в правую часть равенства (3) эти значения, а также значения до=229,5 мм и РО=229,6 мм, получим тождество с 2 б,цп Аналогично доказывается, что при значении зазора бмакс= =0,25 мм условие (3) удовлетворяется, когда Т=410 С (ЛТ=390 С, аст=15 10 - , ат;= =9,4 10 - ), т. е., что устранение зазора величиной 0,25 мм наступает при 410 С.Пайку колец осуществляют медно-серебряным припоем ПСр 72 ГОСТ 8190-56 в виде проволоки диаметром 2,5 мм, устанавливаемой в проточку над зазором, Температура плавления припоя 779 С.Подготовку поверхностей под пайку производят известным способом, включающим травление и нанесение покрытий. Собранное кольцо с установленным припоем помещают в контейнер, полость которого вакуумируют или заполняют аргоном. Контейнер загружают в электропечь п производят нагрев. При нагреве, как следует из расчета, уже при температуре 265 в 4 С сборочный зазор исчезает из-за большего температурного расширения внутреннего кольца, чем кольца внешнего. На последующей стадии нагрева, вплоть до температуры пайки, составляющей 8254- 5 С, происходит поджатие колец друг к другу. При дальнейшем нагреве до температуры Т=885 С происходит пластическая деформация материала колец. Последующее охлаждение до температуры пайки (Т= =825 С) и выдержка 5 мин при этой температуре приводят к образованию зазора и затеканию в него припоя. При дальнейшем ох 25 30 35 40 45 50 лаждении изделия происходит кристаллпзаи я п 1 ппоя и образование шва.Однако нагрев до температуры 885 С сопровождается интенсивным взаимодействием припоя с паяемым материалом, приводящим к эрозии. Нагрев до температуры 885 С можно заменить нагревом до более низкой температуры с последующим релаксационным отжигом. Качественное заполнение припоем зазора и отсутствие эрозии получено при нагреве до температуры 865 С+5 С, отжиге при этой температуре в течение 15 мин, охлаждении до 825 С и выдержке 5 мин при температуре 825 С,В результате пайки титаново-стальных колец по предложенному способу получены качественные паяные соединения, без разрушения их внутренними напряжениями, в то время как при использовании известных способов получить такие соединения без разрушений не удавалось. Формула изобретения1, Способ пайки изделий телескопического типа, у которых материал внутренней детали имеет коэффициент термического расширения больший, чем материал внешней детали, включающий сборку деталей, нагрев, выдержку при температуре пайки и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью уменьшения внутренних напряжений в шве при охлаждении изделий и снижения требований к допускам при изготовлении деталей, сборку осуществляют с зазором, замыкающимся при нагреве ниже температуры пайки, а нагрев производят до температуры выше температуры пайки, обеспечивающей возникновение пластической деформации в материале контактирующих деталей, после чего производят охлаждение до температуры пайки и заполнение образовавшегося зазора припоем.2. Способ пайки по п. 1, отличающийся тем, что, с целью снижения температуры нагрева, перед охлаждением до температуры пайки производят релаксационный отжиг.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Патент Швеции Мо 303417, кл. 491 т 31/10, опубл. 1968.2, Гладков А. С., Подвигина О. П. и Чернов О. В. Пайка деталей электровакуумных приборов. М., Энергия, 1967, с. 90 - 97.3. Смит М. К. Основы физики металлов. М., Металлургия, 1962, с. 211, 319.Редактор Н. Суханова Корректор Л. Брахнина Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 1108/9 Изд,415 Тираж 1204 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская цаб., д, 4/5