Способ пайки

Изобретение может быть использовано при высокотемпературной пайке изделий из алюминия и его сплавов, например плоских термоплат. Сборку деталей под пайку производят через металлическую проставку, имеющую предел прочности, больший или равный пределу прочности материала паяемых деталей. На обе стороны проставки наносят слой припоя. Толщина металлической проставки с припоем составляет от 0,3 до 0,8 мм. Отношение толщины проставки к слою припоя, нанесенного на одну из ее сторон, составляет от 8:1 до 10:1. Осуществляют пайку деталей и последующее их охлаждение. Способ обеспечивает исключение непропаев за счет равномерности распределения припоя по паяемым поверхностям. 1 пр.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к способам высокотемпературной пайки изделий, например плоских термоплат из алюминия и его сплавов.

Известен способ пайки, включающий сборку деталей под пайку с укладкой между деталями припоя в виде фольги, нагрев деталей до температуры пайки, выдержку при температуре пайки, охлаждение и последующую термообработку, причем охлаждение спаянных деталей осуществляют до комнатной температуры, а при термообработке спаянные детали нагревают до температуры на 5-40°С выше температуры неравновесного солидуса применяемого припоя, выдерживают при этой температуре в течение 10-100 мин, а затем охлаждают до комнатной температуры (патент РФ №2443520, кл. В23К 1/19, C21D 9/56).

Для данного способа характерна высокая трудоемкость сборки деталей под пайку алюминиевых конструкций, имеющих сложную поверхность контакта соединяемых деталей.

Известен способ пайки деталей из алюминиевых сплавов, включающий размещение припоя в виде плакирующего слоя на поверхности одной из деталей и последующую пайку деталей (патент ЕР 1430988, кл. В23К 35/22, В23К 1/19, С22С 21/00) - наиболее близкий аналог.

Недостатком данного способа является необходимость плакировки заготовки, имеющей сложную геометрическую форму, или деформацию плакированного листа для получения заготовки нужной формы, что увеличивает трудоемкость изготовления конструкции и вероятность образования непропаев, вследствие неравномерности распределения припоя по соединяемым поверхностям (из-за утонения толщины припоя в местах изгиба).

Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационных характеристик получаемых паяных конструкций за счет исключения непропаев, увеличение срока их службы, а также увеличение номенклатуры паяных соединений из алюминиевых сплавов.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе пайки, включающем сборку подлежащих пайке деталей и последующую их пайку, сборку паяемых деталей под пайку производят через металлическую проставку (например, из сплава АМц, АД31, АВ и пр. для пайки сплава АМц), имеющую предел прочности, больший или равный пределу прочности материала паяемых деталей, на обе стороны проставки наносят слой припоя с обеспечением толщины металлической проставки с припоем от 0,3 до 0,8 мм и отношения толщины материала проставки к слою припоя, нанесенного на одну из сторон проставки, составляющего от 8:1 до 10:1

Предлагаемый способ пайки алюминиевых сплавов позволяет обеспечить снижение трудоемкости сборки изделия под пайку по сравнению с использованием припоя в виде фольги при пайке конструкций со сложными геометрическими размерами и плоской паяемой поверхностью, например, теплообменной аппаратурой с внутренними каналами различного вида. В случае использования припоя в виде фольги перед пайкой необходимо из тонкой ленты вырезать элементы припоя, соответствующие геометрии паяемых изделий и произвести их фиксацию на паяемых поверхностях. Использование металлической проставки, покрытой с двух сторон припоем и соответствующей геометрическим размерам паяемой поверхности двух деталей, позволит существенно сократить трудоемкость операции сборки, повысить качество сборки за счет гарантированного размещения припоя в зазоре и, как следствие, обеспечить повышение качества паяных конструкций. Вместе с этим механическая прочность паяной конструкции будет определяться также и прочностью используемой металлической проставки. Таким образом, для обеспечения равнопрочности конструкции необходимо, чтобы предел прочности металла, из которого изготавливается металлическая проставка, был большим или равным пределу прочности основного металла паяемых изделий.

В процессе эксплуатации паяной конструкции на ее работоспособоность будет также оказывать влияние и толщина металлической проставки. В случае использования при пайке проставки с большой толщиной в процессе эксплуатации под большим внутренним давлением возможно разрушение конструкции по паяному шву, поскольку в этом случае по границам проставки будут возникать значительные сдвиговые деформации. В случае использования тонкой проставки возможно ее растворение в расплавленном припое, что приводит к образованию различных дефектов в процессе пайки. Экспериментальным путем было определено, что оптимальная толщина металлической проставки должна составлять от 0,3 до 0,8 мм.

Для формирования качественного паяного соединения соотношение толщины основного металла металлической проставки к слою припоя, нанесенному на поверхность одной из сторон, должно составлять от 8:1 до 10:1. В случае меньшего соотношения толщин основного металла и припоя в процессе пайки наблюдаются непропаи и в некоторых участках отсутствие галтелей вследствие малого количества расплавленного припоя. При превышении данного соотношения в процессе пайки образуется излишек припоя, что может привести к заплавлению им каналов и увеличению эрозии паяемого материала.

Осуществление заявленного способа будет понятно из приведенного ниже примера.

Пример

Заявленным способом изготавливали партию (5 штук) плоских термоплат из сплава АМц размером 486×250×80 мм с 12 внутренними каналами и толщиной стенки между каналами 1,5 мм. Сборку перед пайкой осуществляли с использованием металлической проставки из сплава АМц, плакированной с двух сторон припоем на основе сплава 01315, толщиной 0,8 мм. Толщина плакированного слоя припоя на металлической проставке составляла 0,08 мм (соотношение толщины металлической проставки к слою припоя составляло 9:1). Металлическая проставка, изготовленная по форме крышки термоплаты, устанавливалась на верхнюю часть корпуса с каналами, а затем на нее устанавливалась крышка из сплава АМц. Сверху собранной конструкции устанавливался груз для плотного поджатия подлежащих пайке деталей.

Изделие загружалось в вакуумную печь УВП-1, в которой создавался вакуум с остаточным давление порядка 10 Па. Пайка производилась при температуре (610±5)°С, время выдержки при температуре пайки составляло 5-7 мин. Охлаждение полученного изделия велось вместе с печью.

После пайки образцы подвергались испытаниям на герметичность методом опрессовки под давлением 6 атм. В результате испытаний течи не были выявлены ни на одном из образцов. Металлографическое исследование одного из образцов показало качественное формирование паяного шва и образование ровных галтелей. Дефекты типа непропаев на исследуемых участках паяного соединения обнаружены не были.

Способ пайки деталей из алюминия и его сплавов, включающий сборку деталей под пайку, их пайку и последующее охлаждение, отличающийся тем, что сборку деталей под пайку производят через металлическую проставку, имеющую предел прочности, больший или равный пределу прочности материала паяемых деталей, на обе стороны которой наносят слой припоя с обеспечением толщины металлической проставки с припоем от 0,3 до 0,8 мм и отношения толщины материала проставки к слою припоя, нанесенного на одну из сторон проставки, составляющего от 8:1 до 10:1.