Способ печной пайки в вакууме под давлением

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9) (1 18 02 А 1 51)5 В 23 К 1 00 НИ ЗОБ ЕТ Ия АВТО ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(54) СПОСОБ ПЕЧНОЙ ПАЙКИ В ВАКУУМЕПОД ДАВЛЕНИЕМ(57) Использование; получение многослойныхх изделий и заготовок слоистых металлов,содержащих слои из различных сталей илис чередованием слоев из материала припоя Изобретение относится к печной пайке в вакууме и может быть использовано для получения многослойных изделий и заготовок слоистых металлов, содержащих слои из различных сталей или с чередованием слоев из материала припоя и стали.Целью изобретения является улучшение качества паяного соединения, получение правильной геометрии преимущественно плоских многослойных и стали. Сущность изобретения: в контейнер с крышкой иэ тонколистовой стали, устанавливают пакет соединяемых деталей, чередующихся с размещенными между ними слоями припоя. Стена; и дно контейнера. выполнены из толстолистового металла, пакет установлен с зазором между его боковыми поверхностями и внутренней поверхностью стенок контейнера на тонкостенном противне и накрыт другим противнем, аналогичным нижнему и размещенным симметрично ему относительно оси устрой-. ства, крышка приварена по внутреннему периметру контейнера, а между ней и верхним противнем размещена плита, причем соединяемые детали в пакете размещены параллельно крышке. Величина зазора между боковыми поверхностями пакета и внутренней поверхносью стенок контейнера в 4-8 раз превышает суммарную толщину слоев припоя в пакете. Размещенная между крышкой контейнера и верхним противнем плита выполнена толщиной, составляющей 0,03-0,07 максимального линейного размера пакета соединяемых деталей. 2 ил 1 табл. изделий и заготовок слоистых металлов и многораэовое использование контейнера.Это достигается тем, что в способе печной пайки в вакууме под давлением, включающем установку собранного под пайку пакета соединяемых деталей, чередующихся с размещенными между ними слоями припоя, в герметиэированный контейнер с крышкой, выполненной из тонколистовой стали, откачку воздуха иэ контейнера, при1821302 мых деталей и суммарной толщиной слоев припоя в пакете,Яд установлена на опытных ббраэцах и результаты экспериментов приведены в прилагаемой таблице - п,2, 3 оптимальн.), 4 - предлагаемые пределы А/д, п.1 и 4 - запредельные значения А/д.:Опытным путем установлена также оптимальная область толщин гибкой крышки 3-4 мм. Применение более тонкой крышки вызывает затруднения при приваривании ее к толстостенному корпусу контейнера, а повышение. толщины крышки снижает степень ее деформации под действием атмос ферного давления. Конкретную толщинугибкой крышки определяют в каждом от- .дельном случае с учетом свариваемости, пластических и прочностных свойств:применяемого.для ее изготовления материалаУстановка пакета на тонкостенный противень и симметричное ему отйосительно горизонтальной оси ракета размещение аналогичного ему верхнего противня позволяет предотвратить припаивание дна кон тейнера и плиты к .пакету и испольэоватьконтейнер и плиту многократно, При этом в нижнем противне собираются стекающие вниз излишки припоя, а в углах верхнего собирается незначительное количество припоя, распространяющегося вверх путем смачивания, что характерно для жидкотекущих расплавов, в частности для распространенных медьсодержащих припоев.При изготовлении противней из одногоиз соединяемых материалов донная часть противней может войти в состав изделия, что дополнительно уменьшит обрезь.Размещение между гибкой крышкойконтейнера и верхним противнем.плитй толщиной, составляющей 0,03-0,07 максимального размера пакета соединяемых деталей (диагональ в случае прямоугольного сечения пакета и диаметр в случае круглого сечения) позволяет более равномерно распределить давление, передаваемое гибкой стенкойи усилитель эффект ее влияния на 10 20 30 35 прогиба. крышки, и крЬ 1 шка контактирует. только с центральной частью плиты, не оказывая влияния на периферийные части сое марную толщину припоя в заготовке более 45 чем в 8 раз не обеспечивает натяжения гибкой крышки,.она провисает в зазор и в 50 55 жим паяемых деталей и нагрев, пакет устанавливают параллельно крышке на тонкостенном противне относительно боковых стенок контейнера с зазором, в 4-8 раз превышающим суммарную толщину слоев припоя в пакете, накрывают другим противнем, аналогичным нижнему, симметрично ему относительно горизонтальной оси пакета, между крышкой контейнера и верхним противнем размещают плиту толщиной, равной 0,03-0.07 от максимального линейного размера пакета деталей, а герметизацию контейнера выполняют жесткйм закреплением крышки сварнымшвом по его внутреннему периметру, причем используют контейнер,стенки и дно которого выполнены из толсто- листовой стали.. Размещение соединяемых деталей в пакете параллельно крышке обеспечивает их прижим в направлении, перпендикулярном линии их соединения, исключая нежелательное их сжатие с боков, которое может привести к ослаблению пая ного соединенияи нарушению геометрии изделия,Установка пакета соединяемых деталейс зазором между его боковыми стенками и внутренними стенками контейнера с зазоромобеспечивает свободное вытекание излишков припоя при сдавливании деталей и свободное натяжение гибкой крышки при ее деформации, регулируемое величиной зазора, превышающей суммарную толщину припоя в .4-8 раз. При его величине,превышающей суммарную толщину припоя менее,чем в 4 раза, уменьшение высоты пакета вследствие вытекания излишков припоя в процессе пайки превышает степень диняемых деталей, вследствие чего в них наблюдают дефекты, приводящие к пониженной прочности заготовки. на. срез тср.) .Величина зазора, превышающая сумней появляются дефекты, приводящие к нарушению вакуумплотного соединения, в ре-. зультате чего может понизиться глубина разрежения в устройстве или произойти его разгерметизация, следствием. чего являются локальные непропаи,. обусловленные местным окислением соединяемых поверхностей, и снижается значение Гср,Зависимость качества паяного соединения и геометрии многослойных изделий от соотношения величины зазора А между боковыми поверхностями пакета соединяеповышение качества паяного соединения и правильность геометрии полученного врезультате пайки многослойного изделия.При толщине плиты, составляющей менее 0,03 максимального размера пакета соединяемых. деталей; плита не, обладает достаточной жесткостью для равномерной передачи давления от гибкой крышки по всей площади сечения пакета и прогибается в центре, что приводит к нарушению геометрии изделия, непропаям на его периферийных участках и, как следствие, снижению на этих участках значения грр.Увеличение толщины плиты свыше.0,07максимального:размера пакета не приводитк дальнейшему улучшению качества паяного соединения и, следовательно, нецелесо. образно. поскольку ведет к неоправданному 5увеличению массы приспособления, а значитвремени нагрева и иэотермической выдержки в процессе пайки.Зависимость качества паяного соединения и геометрииизделия от соотношения 10толщины плиты и размера диагонали сечения пакета также исследована на опытныхобразцах и приведейа вупомянутой вышетаблице - п,7;3 (оптимальн.) и 8 - заявленные пределы Ф 1, п.б и 9 - запредельные 15значения Ь /1;Совокупность признаков предлагаемого технического решения позволяет улучшить качество паяногосоединения исохранить правильную геометрию изделия 20преимущественно многослойных заготовок,многоразово испольэовать контейнер засчет создания условий для равномерного исвободйого прижатия слоев и сбора излишков припоя в противнях. 25Вылолнение стенок и дна контейнераиз толстолистовой стали исключает их деформаций из-за влияния атмосферного давления и тем самым способствует с однойстороны - сохранению правильной геометрии изделия, ас другой - направленномусдавливанию со сторойы тонкой гибкойкрышки, деформирующейся в процессе пайки под действием атмосферного давления,и.размещенной под ней плиты в условиях 35вакуума, обеспеченного герметизацией обьема устройства приваркой крышки по внутреннему периметру контейнера,Сущность изобретения поясйяется 40фиг,1, 2, на которых изображена схема размещения пакета в контейнере и показанпринцип его действия,Для,осуществления способа печнойпайки в вакууме под давлением используют 45стальной сварной контейнер 1, стенки 2 иднище 3 которого выполнены из толстоли-.стовой стали, а крышка 4, после сборки,соединенная вакуумплотно с корпусом поего периметру сварным швом 5, выполнена 50из тонколистовой стали, способной деформироваться под действием атмосферногодавления;Вакуумирование системы производят спомощью патрубка б, . 55На дно 3 контейнера 1 на противне 7устанавливают пакет 8, собранный из расположенных параллельно гибкой крышке 4,соединяемых деталей 9, между которыми размещают слои припоя 10 толщинойд каждый,Пакет 8 устанавливают с зазором Амежду его боковыми поверхностями и внут-.ренней поверхностью стенок 2, превышающим суммарную толщину припоя, д в 4-8раз.Пакет 8 накрывают протианем 11, аналогичным противна 7 и размещенным симметрично ему относительно горизонтальнойоси пакета 8,Между противнем 11 и гибкой крышкой4 размещают плиту 12 толщиной Ь составляющбй 0;03-0,07 максимального линейного размера пакета 8 и его сечения(диагональ для прямоугольного сечения идиаметр для круглого),Способ осуществляют следующим образом. Пакет 8 с паяемыми деталями размещают на противне 7 вйутри контейнера 1 сзазором А относительно боковых стеноккойтейнера, превышающим суммарную толщину припоя в 4-8 раэ. Затем пакет 8 накрывают противнем 11, на которыйустанавливают плиту 12 толщиной Л, равной 0,03-0,07 от максимального линейногоразмера пакета 8 деталей, и герметизируютконтейнер жестким закреплением крышки 4из тонколистовой стали сварным швом 5 повнутреннему периметру его стенок.2, выполненных из толстолистовой стали. Для получения монолитной заготовки (изделия,детали), систему вакуумируют, помещают в .термическую печь и нагревают до температуры пайки выбранным припоем. Изотермическую. выдержку при температуре пайкивыбирают из условий полного и равномерного нагрева всего устройства.. В процессе вакуумирования толстыестенки 2 контеййера 1 не деформируются.под действием атмосферного давления, чтопредотвращает сдавливание ими торцов пакета 8 многослойной заготовки, а тонкаякрышка 4; деформируясь под действием атмосферного давленйя, передает его усилиена стальную плиту.12, причем на большуюего часть, благодаря оптимальному соотношению величины зазора А и суммарной толщины слоев. припоя д.Вследствие оптимального соотношениятолщины Л плиты 12 и максимального раэмера сечения пакета 8. плита 12 обладаетдостаточной жидкостью по всей площади ийередает давление от гибкой крышки 4равномерно уже по всей площади, включаяпериферийные участки, на пакет 8 соединяемых деталей .9 многослойную заготовку,при этом положительную роль играет весплиты.1821302 20 30 7Благодаря деформации тонкой крышки 4 под действием атмосферного давления и влиянию плиты 12 происходит равномерное сдавливание слоев многослойной заготовки, достигаетсяполый контакт паяемых по верхностей во всех зонах с припоем, а припой при расплавлении выдавливается из зазоров между деталями 9, причем оставшеес,его минимальное количество обуславливает получение высокопрочного 10 паяного соединения, что характерно для пайки в вакууме под давлением. Излишки припоя 13, распространяясь по торцовымповерхностям пакета 8 скапливаются в ос новном в нижнем противне 7, предотвра щая припаивание пакета 8 к дну 3 контейнера 1, Незначительное количество излишков припоя 14, распространяясь путем смачивания, собирается и в верхнем противне.11, что предотвращает припаивание многослойной заготовки к плите 12; давая воэможность испольэовать последнююмногократно. После необходимой изотермической выдержки при температуре пайки систему охлаждают, удаляют сварной шов 5, скрепляющий гибкую крышку 4.с толстыми стенками 2 контейнера 1; снимают гибкую крышку 4, извлекают плиту 12 и паяную многослойную заготовку с противнями 7 и 11, После удаления избытка припоя совместно с выступающими частями противней.7 и 11 (остальная часть противня может служить в качестве одного иэ слоев заготовки), получениая заготовка слоистого металла может 35быть подвергнута или прокатке, или разреэке с целью получения конкретных изделий,П р и м е р, Для осуществления способапечной пайки.в вакууме под давлением использован стальной сварной контейнер 1 с 40 габаритными размерами 1140 х 1140 х 350 мм. Стенки 2 и дно 3 контейнера 1 выполнены иэ толстолистовой стали толщиной 40, а крышка 4 - толщиной 4 мм, В одной из стенок 2 выполняют отвер стие 48 мм, ккоторому снаружи герметичным швом приваривают трубу,соединяющую полость контейнера 1 с вакуумным насосом,На дно 3 контейнера 1 устанавливают 50 размещенный на противне 7, изготовленном из стали 12 Х 18 Н 10 Т толщиной 1 мм; пакет 8 из соединяемцх деталей 9, располагая их параллельно крышке 4. В качестве соединяемых деталей 9 вц браны листы из стали Ст 10 толщиной 4 мм размером 1000 х 1000 мм в количестве 4 шт. и листы из стали 12 Х 18 Н 10 Т толщиной 1 мм размером 993 х 993 мм в томже количестве. Размеры нержавеющих лиСтов приняты С поправкой на преимущественное расширение нержавеющей стали, составляющее 0,7.мм на 100 мм длины до температуры аустенитного превращения в углеродистой сталис тем, цтобы при температуре пайки листыиз Ст 10 и стали 12 Х 18 Н 10 Т приняли одинаковые размеры, .Между соединяемыми деталями 9 размещают слои припоя 10, в качестве котороговыбрана медная Фольга толщиной 0,1 мм,набранные из ленты шириной 200 мм, расположенной встык на паяемых поверхно-.стях деталей 9 в каждом зазоре между ними,включая и зазоры между деталями 9.и противнями 7 и 11 - 44 слоя.Пакет 8.размещают с зазором А междуего боковой поверхностью и внутренней поверхностью стенок 2 контейнера 1, равным30 мм, что в 7 раэ превышает суммарнуютолщину слоев припоя 10, равную 4;4 мм.Симметрично нижнему противню 7 наверх пакета 8 устанавливают такой же про-., тивень 11, а на него под крышкой 4 помещают плиту 12 из стали Ст 3 размером"1000 х 1000 мм и толщиной Ь,.равной 80 мм,составляющей 0,06 диагонали сечения пакета 8, равной 1410 мм,Крышку 4 приваривают к торцу контейнера 1 по его внутреннему периметру вакуумплотным швом 5.Все элементы пакета 8, противни 7 и 11.и плиту 12 размещают соосно,Затем систему вакуумируют и нагреваЮт"в печи до температуры пайки меди, составляющей 1150 С.Описанным способом была полученаопытная многослойная заготовка, из которой были изготовлены образцы для исследовайия качества ее соединения иопределения параллельности и плоскостности слоев.Соединение характеризуется сплошностью во всех зонах многослойной заготовки,как по ее ширине, так и по высоте, его слоипараллельны, зона соединения (паяныйшов) представляет собой прямую линию безотклонений, изгибов, изломов, Паяный таким образом многослойный металл прошелиспытанйя на изгиб, в том числе и нна ре.бро" без расслоений, Прочность соединения при испытании на срез т,р на образцах,изготовйенных из тсмпдетов, вырезанныхиз различных частей паяной заготовки, составила 349 - 380 МПа, причем среднее значение г.р при испытании 24 образцов 364МПа,Высокое качество паяного соединенияи правильная геометрия подученного слоистого материала поэаодякзт применить таКачественчые ха кте стикн иб елия 1чность .Ха кто стикадаявого слонПро ре рннаи геаыетрнв каналия (до дан(,ррее,ныи исследовенвв теыплетовр,опытник образцов)ППа ГВ 1Прае чение2 йепропаи в периферийнык обнос- Крышка контях.слой припоя в ва утащен, тактирует сшшвт уседочные декты. центральной Нарушена геометрии заготовка- часть (ьчаты по иентрельноыу сечени ширина шва ыеньае,чеы докрайниысечениям .Сюпаной,рнвнсыернб арц(ай Крана сбте Пшвальная геоыетрв изделия гает больаувчасть венер- ности и дли тыТо ае. Крншка облегает всо до.неркность анитаЮТо ие 1. 8,0 4,0 70 1410 . 0,05 120 2. 16,0 70 1410 " 0,05295 4,0 3. 24,0 4,0 6 70 1410 0,05 .364 оптималь 4. 32,0 4,0 8 701410 0,05 318 Продолиевие таблицы(2 1 67 8 9 Кринка провисает в зазор и и ней наби.- . датся лоиальиыз тре анны,щаводнаие к речгеретиаации ков- . тйыне 1 е Нива дрогибаетояЛокальные ненронав в результате ыестного ошаления поверхности 4,010 70 1410 005 130 5. 40,0 На иегш 4 ерийнык участкаи ведропаи. й(иена геоыетра изделия, Сплошной ревноыерный непропай, Правильная геоиетршя изделие6. 24,О7. 24,0 4,0 6 28 1410 0,02 137 4,0 6 40 1410 0,03 290 1410 О,О 7 ЗПО 1410 О,О 7 380 То. ие 8. 24,0 4,0 6 100 9. 24,0 . 4,0 6 ПЗ нас Тоболу 10865-65 с ср ъ 150 МПа кую заготовку при изготовлении, например под пайку пакета соединяемых деталей, чемелкополюсных адаптеров и переходников- редующихся с размещенными между ними элементов магнитной станочной оснастки, слоями припоя, в герметизированный конПрименив способ в соответствии с изо- тейнер с крышкой из тонколистовой стали, бретением, можно получить самйе разнооб откачку воздуха из контейнера, прижим па-разные слоистые металлы и заготовки для яемыхдеталей и нагрев, о тл и ч а ю щи йпоследующей прокатки, которую заготовки с я тем, что, с целью улучшения качества выдерживают беэ расслоения или ухудше- паяного соединения, получения правильной ния свойств соединения, геометрии преимущественно плоских мноТаким образом. изобретение позволяет 10 гослойных изделий и многоразового исповысить качество многослойных иэделий и пользования конвейера, пакет заготовок по сравнению.с известными спо- устанавливают в контейнер иэ толстолистособами, а также и с базовым объектом, эа вой стали натонкостенном противнесзаэокоторый принят прототип, и кроме того,ром -относительно боковых стенок практически исключить. обрезь боковых по контейнера, в 4-8 раэ превышающим сумверхностей (в базовом объекте она состав- марную толщину слоев припоя в пакете, наляет) заготовок за счет исключения крывают другим противнем, аналогичным облегания пакета стенками контейнера, а нижнему, симметрично емуотносительно . также многократноиспользовать контейнер горизонтальной оси пакета, между крышкой и плиту. 20 контейнера и противнем размещают плитутолщиной, равной 0,03-0,07 от максимальФормула изобретения ного линейного размера пакета деталей, Способпечнойпайкиввакуумеподдав- крышку герметизируют сварным швом по лением, включающий установку собранного внутреннему периметру контейнера,зависишость качества пвяеиото соединения н гео:.фетрпн иногослойных изделийот соотношения параыетйов разрешение пакете деталейетолннны ватты1821302 стене едактор Т.Ив а Тираж Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 енно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 аэ 2083 ВНИИП оставитель С.Беловехрец М.Моргентал в Корректор й