Способ пайки изделий

(21 . (22 (46 Т.юнин ий ик ЛИЙ,ых и эле спаряющегося м объеме, на ратуры пайки ования эагот легк амкн та рев выеталеи я ле держку длприпоя л ом из п димогопаяеав е зазор л ч щег снижения вес о вреровне, ых палемента вают на насыщен ся элеме и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпО делАм изОБРетений и ОтиРьтии(54) (57) 1. СПОСОБ ПАЙКИ ИЗД Включающий размещение собран паяемых деталей, заготовок пр гкоиспаряющимся эле ровой фазы до необх затекания припоя в ы и охлаждение, о т й с я тем, что, с расхода легкоиспаря ся элемента, темпе легкоиспаряющегося мя выдержки поддер ри котором давлен ров легкоиспаряюще ЯО 1107971 равно давлению насыщенных паровэтого элемента над припоем необходимого состава, а давление в объемеподдерживают выше указанного давления паров легкоиспаряющегосяэлемента.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью улучшения качества пайки за счет дополнительной очистки атмосферыи улучшения смачивания паяемьтхдеталей припоем, температуру навески легкоиспаряющегося элементапри нагреве деталей до температурыпайки поддерживают выше температурыпаяемых деталей,3, Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения качества паяных изделий путемнанесения антикоррозионного покрытияиз легкоиспаряющегося элемента,температуру навески легкоиспаряющего.ся элемента при охлаждении изделияпосле пайки поддерживают вышетемпературы изделия.4, Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью дополнительного снижения расхода легкоиспаряющегося, элемента, температурунавески легкоиспаряющегося элемента при нагреве и охлаждении или хотябы одной из этих стадий поддерживаютниже температуры паяемого изделия.1 11 ОИзобретение относится к пайке, в- частности к способам пайки с применением паров легкоиспаряющегосяэлемента, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.Известны способы пайки с исполь 30 Цель изобретения - снижение расхода легкоиспаряющегося элемента. зованием паров легкоиспаряющегосяэлемента. Легкоиспаряющийся элементсвязывает окислительные компонентыв атмосфере пайки, взаимодействует 10с окиСной пленкой на поверхности паяемого металла, легирует заготовкуприпоя из паровой Фазы. При этомвозможна пайка без Флюса, за счетлегирования из паровой Фазы можно изменять состав и свойства припоя 1.13.Недостатками этих способов являют.ся неопределенное содержание легкоиспаряющегося элемента в припое после пайки, а также излишний расходлегкоиспаряющегося элемента.Наиболее близким к изобретениюявляется способ пайки, включающийразмещение собранных паяемых деталей,заготовок припоя и навески легкоиспаряющегося элемента в замкнутомобъеме, нагрев деталей до температуры пайки, выдержку для легирования:заготовки припоя легкоиспаряющимся элементом из паровой Фазы донеобходимого состава и затеканияприпоя в паяемые зазоры и охлаждение Г 2 3Для обеспечения необходимогосостава припоя в известном способедавление в объеме пайки поддерживаютна уровне давления насыщенных паровлегкоиспаряющегося элемента над припоем необходимого состава при температуре пайки, В связи с тем, что давление паров чистого легкоиспаряющего.ся элемента при высокой температуревьше указанного давления, то происходит интенсивный перенос паровлегкоиспаряющегося элемента в зонызамкнутого объема, имеющие меньшую45температуру, и в трубопроводы вакуумной и газовой систем, где происходит их конденсация, При этомрасход легкоиспаряющегося элементазначительно больше требуемого,50Кроме того, способ не позволяет регулировать воздействие паров легкоиспаряющегося элемента на атмосферупайки и паяньп металл при нагревеи охлаждении. 55 Поставленная цеЛь достигаетсятем,что согласно способу пайки изделий,включающему размещение собранныхпаяемых деталей, заготовок припояи навески легкоиспаряющегося элемента в замкнутом объеме, нагрев деталей до температуры пайки, выдержкудля легирования заготовки припоялегкоиспаряющимся элементом из паровой фазы до необходимого составаи затекания припоя в паяемые зазорыи охлаждение, температуру навескилегкоиспаряющегося элемента вовремя выдержки поддерживают науровне, при котором давление насыщенных паров легкоиспаряющегосяэлемента равно давлению насьпценныхпаров этого элемента над припоемнеобходимого состава, а давлениев объеме поддерживают выше указанного давления паров легкоиспаряющегося элемента.Для улучшения качества пайкиза счет дополнительной очисткиатмосферы и улучшения смачиванияпаяемых деталей припоем температурунавески легкоиспаряющегося элементапри нагреве деталей до температурыпайки поддерживают выше температурыпаяемых деталей.Для повышения качества паяныхизделий путем нанесения антикоррозионного покрытия из легкоиспаряющегося элемента температуру навескилегкоиспаряющегося элемента приохлаждении изделия после пайки поддерживают выше температуры изделия.Для дополнительного снижениярасхода легкоиспаряющегося элементатемпературу навески легкоиспаряющегося элемента при нагреве и охлаждении или хотя бы одной из этих стадий поддерживают ниже температурыпаяемого изделия,При этом за счет уменьшениятемпературы легкоиспаряющегосяэлемента при вьдержке, а также увеличения давления в объеме скоростьиспарения и расход легкоиспаряющегося элемента уменьшается, Необходимое содержание легкоиспаряющегосяэлемента в припое обеспечиваетсяза счет заданной температуры испарителя. Легирование припоя легкоиспаряющимся элементом будет идти дополучения сплава, давление насьпценных паров легкоиспаряющегося элемента. над которым при температурепайки равно давлению паров чистого1107971 легкоиспаряющегося элемента при температуре испарителя. Степень приб. лижения к равновесию зависит от времени выдержки при достаточном количестве легкоиспаряющегося элемента. При давлении в объеме ниже заданного давления легкоиснаряющегося элемента предельное легирование будет зависеть от давления .В случае отсутствия данных о дав О ленни насьпценных паров легкоиспаряющегося элемента над припоем необходимого состава эту величину рассчитывают по формуле Р= й Р гдепрПРл л Лф Р- давление насьпценных паров лег коиспаряющегося элемента над припоем необходимого состава при данной температуре, Р - давление насьпценных паров чистого легкоиспаряЬщегося элемента при той же температуре 1 20 б д - активность легкоиспаряющегося элемента в припое.В случае отсутствия данных по активности ее можно считать приблизительно равной мольной доле легкоис 25 паряющегося элемента в припое и уточнять при отработке технологии,При поддержании температуры навески легкоиспаряюшегося элемента выше температуры паяемых деталей 30 обеспечивается повышенная концентрация испаряющегося элемента в паровойфазе и улучшается очистка атмосферы пайки, усиливается взаимодействие легкоиспаряющегося 35 элемента с окисной пленкой, возможна конденсация легкоиспаряющегося элемента на паяемом изделии, улучшающая смачивание припоем. Все это имеет особое значение при пайке трудно О паяемых сплавов или в атмосфере, содержащей большое количество окислительных компонентов.При нанесении антикоррозионного покрытия из легкоиспаряющегося эле мента температуру навески его при охлаждении изделия после пайки поддерживают выше температуры изделия.В этом случае обеспечивается конденсация легкоиспаряющегося элемента на поверхности паяного изделия, что создает условия наибольшего проникновения легкоиспаряющегося элемента в глубину паяемого металла, так как диффузия идет из сплошного слоя легкоиспаряющегося элемента на поверхности. Этот же прием позволяет защитить поверхность изделия от окисления при охлаждении Поддержание температуры навескилегкоиспаряющегося элемента при нагреве и охлаждении или хотя бы одной из этих стадий ниже температуры паяемого иэделия возможно в случае, когда для обеспечения высокого качества паяных изделий достаточна пониженная концентрация легкоиспаряющегося элемента. Этот же прием можно использовать для удаления абсорбированного легкоиспаряющегося элемента с поверхности изделия,П р и и е р 1. Проводили пайку стали 12 Х 18 Н 10 Т припоем Пр 72 в парах лития. Предварительно определяли температуру навески лития, кОторую необходимо поддерживать при выдержке изделий при температуре пайки. Для предотвращения расслоения припоя, приводящего к повышению вязкости расплавленного припоя и затруднению затекания в зазор, а также к ухудшению механических свойств паяных соединений, содержание лития в припое должно быть не более 0,5 Е. Температуру пайки выбрали 860 С. Давление паров лития при этой температуре составляет 6,8 мм рт.ст. Активность лития в расплаве П 2ср ь соответствующая такому процентному содержанию, по экспериментальным дан ным составляет 0,46. Давление паров лития над припоем требуемого состава Р, = а .Р,. = 0,46 6,8 мм рт.ст. = 3,13 мм рт.ст. = 429 Па. Такое давление насыщенных паров чистого лития достигается при температуре 808 С.Следовательно, температура навески лития при температуре пайки должна составлять 808 С, а общееодавление в объеме - более 420 Па. Для лучшей очистки атмосферы пайки и подготовки поверхности под пайку следует температуру навески лития при нагреве поддерживать, выше температуры паяемых деталей. Для умень щения расхода лития, а также для удаления адсорбировавшегося лития температуру навески лития при охлаждении после пайки желательно подцерживать ниже температуры изделия.Пайку проводили следующим образом.Паяемые образцы с заготовками припоя и испаритель с литием помещали в разных частях прогреваемой зоны контейнера для пайки. Для50 нагрева использовали двухсекционнуюэлектрическую печь, причем нагревобразцов и испарителя проводили разными секциями печи. Секцию, предназначенную для нагрева испарителя, Б предварительно разогревали до большей температуры, поэтому температура испарителя превышала температуру образцов при нагреве ниже температуры расплавления припоя. Нагрев 1 О образцов проводили с большей скоростью таким образом, чтобы к моменту начала выдержки обеспечить требуемое соотношение температур (860 С - на образцах и 808 С - на испарителе с литием). Такое же соотношение поддерживали и при выдержке. Давление остаточных газов в контейнере при выдержке составило 667 Па. При охлаждении температуру испарителя поддерживали ниже температуры образцов. Использование такой программы позволило ускорить заполнение зазора припоем, прочность образцов на разрыв составила 240-300 ИПа. Микроструктура паяного шва эвтектическая, беэ расслоения, Расход лития по сравнению с пайкой при температуре испарителя 860 С, равной температуре пайки и давлении 66,7 Па уменьшилсяЗО в 3 раза.П р и м е р 2. Проводили шайку стали 3 латунью в парах цинка. Предварительно определяли требуемую температуру навески цинка, которую35 необходимо поддерживать при выдержке изделий при температуре пайки. Для обеспечения высокой прочности паяного шва содержание цинка в латуни должно быть около 40 Ж, Температуру пайки выбрали 915 С. Активность цинка в такой латуни при этой температуре с учетом возрастания активности цинка в сплавах медь-цинк при повышении температуры и данных по активности при более низкой температуре принята приближенно равной 0,25, Давление паров чистого цинка при температуре пайки 915 С по данным составляет 800 мм рт.ст. Давление паров цинка над сплавом необходимого состава Р 2= сьгп Рго =Р= 0,25800 = 200 мм рт.ст. = 267 гПа. Такое давление чистого цинка достигается при температуре 790 С. Следовательно, температура навески цинка при выдержке изделия при температурео пайки должна составлять 790 С, а общее давление в объеме при выдержке должно быть выше 267 гПа. Для предотвращения окисления и подготовки стали 3 под пайку не требуется высокая концентрация цинка, поэтому с целью уменьшения расхода цинка рационально температуру навески цинка при нагреве поддерживать ниже температуры паяемого изделия. Для получения цинкового покрытия на поверхности стали можно температуру навески цинка при охлаждении после пайки поддерживать выше температуры иэделияПроцесс пай ки осуществляли следующим образом .Образцы с медными заготовками припоя и испаритель с навеской цинка размещали в различных зонах прогреваемой части контейнера для пайки. Для нагрева испольэовали двухсекцион ную электрическую печь, причем нагрев образцов и испарителя осуществляли разными секциями печи. Предварительно секцию печи, предназначенную для нагрева испарителя, нагревали до меньшей температуры, чтобы тем пература испарителя при нагреве была ниже температуры изделия. Нагрев проводили таким образом, чтобы температура навески цинка при температуре пайки 915 С на изделии составила 790 С, Эти температуры поддержи вали и при выдержке, Общее давление в объеме, включающем форвакуумный баллон, за счет нейтральной среды - азота составило 300 гПа. После окончания выдержки контейнер частично выдвигали из печи так, чтобы температура иэделия снижалась быстрее, чем температура испарителя с цинком. После выгрузки из образцов были изготовлены шлифы и проведен металлографический анализ.Структура и микротвердость паяного шва соответствует с+р латуни(39-457 Еп), имеющей хорошие механические свойства, Структура поверхностных слоев стали отличается от структуры более глубоких слоев и соответствует Фазам системы железо- цинк. Расход цинка по сравнению с пайкой при температуре испарителяо915 С, равной температуре изделия, и давлении в объеме 267 гПа уменьшился в 5 раз.Предлагаемый способ позволяет уменьшить расход легкоиспаряющегося элемента при пайке с получением заданного состава припоя. Кроме того, способ позволяет регулировать интенсивность действия паров на раз1107971 Составитель Ф. КонопелькоТехред Т,фанта Корректор В. Гирняк Редактор Л, Повхан Заказ 5817/11 Тираж 1037 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная,4 личных стадиях термического циклапайки и может быть осуществлен безиспользования дополнительного оборудования в случае, когда нагревательное устройство позволяет осуществлятьнеравномерный нагрев (напримермногосекционная электропечь), В противном случае в объем пайки может быть введено несложное устройство, позволяющее изменять температуру ис парнтеля относительно температуры5 всего нагреваемого объема (например трубчатый злектрический нагреватель с возможностью охлаждения газом).