|
| |
|
Слаботочка Книги 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 [39] 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 сталей !!3-за плохого смачивания, затекания Б зазор и низкой прочности паяных соединений в результате образования на границе раздела хрупкой интерлеталлидной прослойки. Кадмиевые припои системы Cd-Ag, состоящие нз металлов, [le образующих твердых растворов с железом, плохо расте1;аются при пайке сталей и не дают прочных соединений. Кад-миево-ссребряные припои, легированные ци[[ком, который активно взаимодействует с железом, обеспечивают более прочные соединения, чем припои системы РЬ-Sn или РЬ-Ag. Например, прочность соединений стали Ш, паянных припоем состава 82 % Cd, 16% Zn и 2% Ag, составляет J60 МПа. Высокотемпературную пайку угле-родистых и низколегированных сталей выполняют обычно медью, медно-цинковыми и серебряными припоями. Мед-но-фосфористые припои использовать для пайки сталей не рекомендуется, так как на границе со сталью они образуют хрупкие фосфиды железа, что придает паяным соединениям повышенную хрупкость и хладноломкость. Применение медно-фосфористых припоев возможно только для соединений, не работающих при вибрационных и динамических нагрузках, а также при низких талшературах. Для пайки низколегированных сталей возможно использование в качестве [1рипоя чугуна. Для этого используют высокопрочные и пластичные модифицированные чугуиы, При пайке углеродистых и низколе-гировапных сталей в качестве флюсов применяют буру, флюсы ПВ200, ПВ201, ПВ209, паяют также в газовых средах, в атмосфере водорода, диссоциированного аммиака, в продуктах неполного сгорания смесей воздлхз с газами: генераторным городским, пропаном [1 др Окисная пленка, образующаяся на поверхности углеродистых и низколегированных сталей, хими -чески нестойкая Она легко восстанавливается в газовых средах и растворяется всеми флюсами, рекомендованными для пайки сталей. При пайке в контролируемых средах углеродистых и низколегированных сталей самым распространенным способом яв- ляется пайка медью в печи с восстановительной атмосферой. Соединения, паянные медью, более прочные, чем медь в исходном состоя-[(ии. Предел прочности при растяжении соединений стали СтЗ, паянных медью в защитной среде, 350 МПа, а предел прочности литой меди J90- 200 МПа. Повышение прочности паяных швов, выполненных медью, обусловлено растворением железа в жидкой меди в процессе пайки. Необходимо учитывать, что медь и некоторые медные припои склонны к проникновению по границам зерен низкоуглеродистых и конструкционных сталей. Нагрев при пайке термически обработанных низколегированных и углеродистых сталей в некоторых случаях приводит к отжигу, превращению остаточного аустенита в мартенсит, распаду мартенсита, к отпускной хрупкости. Поэтому при выборе температуры пайки и способа нагрева необходимо учитывать возможность развития этих процессов. Способы нагрева, припои и флюсы для пайки сталей приведены в соответствующих разделах справоч[1ика. Низколегированные стали также можно паять всеми известными способами. Затруднения в процессе пайки встречаются только в тех случаях, когда легирующие элементы, например алюминий или хром, образуют на поверхности стали химически устойчивые окислы. В этом случае применяют более активные флюсы, а магнитные стали, содержащие алюминий, перед пайкой предварительно обрабатывают в растворе \аОН для удаления плотной пленки окислов алюминия. В качестве газовой среды при панке используют азот или аргон в смеси с трехфтористьш бором, При зтам следует иметь в виду возможность поверхностного азотирования стали в процессе пайки, что ппи небольших толщинах {менее 1 мм) может привести к повышению прочности и снижению пластичности стали. При пайке закаленных низколегированных сталей следует иметь в виду возможность отжига в процессе пайки и, следовательно, снижения нх механических свойств. Во избежание этого пайку ведут при температчре высо- кого отпуска (620 °С) с применением припоя ПСр 40 и флюсов ПВ284Х или ПВ209, которые обеспечивают получение высококачественных паяных соединений. Возможен и другой вариант высокотемпературной пайки конструкционных сталей без снижег:ия прочности паяемого металла. Для этого совмещают процесс панки с закалкой и последующим отпуском. Такой тех -нологическнй процесс дает возможность не только сохранить прочность основного металла, но и существенно повысить прочность паяных соединений. Например, расчетом и экспериментально подтверждено, что при пайке ТВЧ стыков трубопроводов из стали 20 оптимальным является режим нагрева, когда градиент температур не превышает 25 °С, а нагрев ведется со скоростью не менее 10°С/с. Применяемые в практике пайки охлаждающие среды также необходимо выбирать с учетом свойств основного металла и условии допустимого уровня напряжений в стали 20. Так, для трубы 1. Механические свойства паямных припоем п-87, в jhbii типоразмера 194X6 мм скорость остывания при естественном охлаждении 200-250С.мин, при охлаждении сжатым воздухом 495-650С/мин, а при охлаждении водой 3000-37С0С/мин. При этом в качестве охлаждающей сре.ды рекомендован сжать!Й воздух, поскольку этот режим охлаж:ения обеспечивает сохранение требуемых свойств паяемого металла и соединения (табл. 1). В Значительной мере yia структуру и свойства паяемого металла и паяных соединений влияют операции подпайки, горячего цинкования (табл. 2). Для пайки соединений из низкоуглеродистых сталей, имеющих сбороч-ные зазоры до 2 м.м, применяли порошковые припои с добавками тугоплавкого наполнителя до 30 %. Например, при пайке стальных {СтЗ) труб ТВЧ или газовой горелкой (1000 С, 30 с) с использованием паяльной пасты, состоящей из 70 % порон1КСв припоя, 20 % наполнителя и 10 % флюса, обеспечивается предел прочности соединений при срезе S00-320 АШл. В па-соединений из стали 20, симости от условий охлаждения
Об г значен и е. ф - угол изгиба. 2. Механические свойства паяньва соединений в зависииости от 1словий термической обработпг
яльной пасте припой (ПАН-3) содержит. %: 62 Си, 30 Мп н 8Ni; наполнитель - порошки меди и кобальта в соотношении 1 : I; флюс - 80 Na.BjO; и 20 Н3ВО3. Прочность паяных швов незначительно снижается с увеличением сборочного зазора от 0,2 до 1,5 мм; при больших зазорах прочность резко падает, что связывают с появлением усадочной пористости и снижением эффекта контактного упрочнения шва. Высокая прочность соединений, паяных с зазорами до 1 мм обеспечивается и при применении паяльной пасты на базе железомарганиевого припоя (табл. 3). Так, при пайке ТВЧ (1180°С, 3. Состав паяльной пасты (связующее - акриловый лак АС-82)
120 с) стыков стальных (сталь 20) труб диаметром 100-300 мм предел прочности при срезе в зависимости от зазора составляет 250-330 МПа [Ю]. Тугоплавкий наполнитель добавляуот Б п:1Яльнуго пасту в зависимости от величины соединительного зазора; для зазоров 0.25-I мм требуется не более 30 % т\] оплавкого кап0ЛН1г:с-ля [8, 9] Пайка коррознонно-ст ойких сталей. В паяных копструкция.ч применяют стали: фсрритяые, легированные хромом; avcTCHHTHbie и аустенитно-фер -рнтпые. легировакные хромом и никелем, мартенситные н аусте.читнс-мартепснтные, легировапны-е феррито-обраэиощими элементами (алюминием титаном, молибденом и другими при низком со1,ержаиин углерода;. На поверхности этих сталей образуется окислы, химически более стойкие, чем на просты.х сталях. При нагреве легированных сталей в ва -к\\ме па поверхности обнаружены только окислы типа шпинели (РеОУ1е.,Оа): при нагреве на воздухе обнаружены два вида окислов: .МедО;! и Feb. Окислы -McaOj обогащены хромом, а на поверхностях сталей, значительно легированных хромом, образуются почти чистые окислы хрома. 3 связи с высоким содержанием хрома поверхность этих сталей покрыта химически устойчивой окисной пленкой, состоящей в значительной части из труднорастворимых в обычных флюсах окислов хрома. Поэтому пайка коррозионно-стойких сталей достаточно трудна. Например, окисная пленка на этих сталях в газовых восстановительных средах восстанавливается при температуре 1200 °С, в то время как на обычных конструкционных сталях окисная пленка восстанавливается в водороде при температуре 900 °С. Поэтому при пайке коррозионно-стойких сталей часто используют трехфтористый бор в смеси с инертными газами, который более активен и восстанав-ливает окислы при более низких температурах. При пайке этих металлов на воздухе необходимо выбирать наиболее активные флюсы. Так, при пайке припоями на медной или никелевой основе целесообразно использовать более тугоплавкие флюсы ПВ200 и ПВ201, а при пайке серебряными припоями наиболее качественные соединения получают при применении флюсов ПБ284.Х или БП209 При низкотемпературной пайке коррозионно-стойких сталей 0Л0ВЯН1Г0-свинцозымн припоями обычные канп-фольно-спкртовые флюсы непригодны. HenpHrojiiL: и канифольно-спиртовые флюсы с малыми добавками хлористого цинка и хлористого а.ммонпя в качестве флюса рекомснууется канифольно-СПчртоБон флюс с добавкой ортофосфорной кислоты (Л.Ч1}, состоянш. из 100 мл ортофосфорной кислоты, 400 мл спирта или эилен-гликоля IT 30 г канифоли, До-с~ош- -стЕОм этсгофтюса яз.тяется =;г uiafian коорозионнат активность и воз>10Ж-нос~ь при.\1еи--ния при пайке в интервале температур 980-320 С. При гс;.1-пературе 350 С и выше происходит активное исл:;р--!че кислоты, а спирг ЕОспламеняст -я. При пайке с этим флюсом в диагггзоне температур 20*- М()~С ортофо-ф.,рная хислот.т ирепря-щается в иирофосфсрную H.jPO-. 1З тем- пературном интервале образования пирофосфорной кислоты флюс наиболее активен. Удаление остатков флюса ЛМ1 после пайки можно производить тампоном, смоченным спиртом. Ввиду возможного испарения компонентов флюса нагрев необходимо производить быстро. При пайке коррозионно-стойких сталей оловянно-свинцовыми припоями в качестве флюса широко применяют водный раствор хлористого цинка. Для повышения активности хлористого цинка в него добавляют неорганические кислоты (НС1, HF, HNO3, Н3РО4), хлористые соли (NHCl) или хлористые соли тяжелых металлов, олова или меди 16, 12, 14). Наиболее активен флюс, состоящий из 38- 40 %-ного водного раствора хлористого иинка (2 объема) и насыщенного раствора сатяной кислоты (1 объем)-Пайку можно осушествить после предварительной обработки в соляной кислоте и последующего tie пользования водного раствора хлористого цинка. Однако указанные флюсы можно успешно применять только при пайке паяльником или горелкой, когда за процессом можно наблюдать визуально и лобав.чять флюс по мере необходимости в процессе пайки. При печной пайке введение в водный раствор хлористого цинка добавок Кислот не способствует повышению его активности по отношению к коррозионно-стойкой стали при температуре пайки .Активирующее действие добавок проявляется только ло температуры кристаллизации флюсов, т. е, до расплавления припоя, причем активное действие флюсов повышается с ростом температуры растворов, а при TCMnepdType их кристаллизации активность флюсов не зависит от их состава. Для печной пайки коррозионно-стойких сталей оловянно-свинцовыми припоями .хороших флюс1;ь не разработано Флюсы на основе хлористого цинка с .гогавками кислот практически не нри одны, ш*<.:колькл При пайке в печи флюс не вскполияется, а коли1!ест1;о флюса, занесенного перед пайкой, оказывается недостаточно. Кроме того тe;пepaтл рцый интервал активного .систвия флюсон на основе хлористого иппка ограничен только областью существования флюсов в виде раствора. В pacплaвлeннo! состоянии флюсы практически не активируют поверхность стали и не защищают ее от кислорода воздуха. Паяемость Этих сталей облегчается за счет нанесения на них технологических покрытий, которые без затруднения паяются легкоплавкими припоями. В качестве таких покрытий применяют медь, никель, серебро и другие металлы. Растекание оловянно-свинцовых и других легкоплавких припоев по стали может быть значительно улучшено за счет предварительного лужения паяемой поверхности этими же припоями. Лужение производят с использованием активных флюсов путем после.гова-тельного погружения деталей во флюс и расплавленный припой Припой можно наносить вручную иа место пайки и лудить с помощью паяльчика или горелкн Оловянно-сг.иццоЕые припои на коррозионно-стойкие стали можно наносить и гальваническим методом, после чего изчелие флюсуют и нагревают в печи до темпе;)атуры пайки. После лужения остатки коррозионно-актинных флюсов удаляют с поверхности кипячением или промывкой Б проточной воле. Пайку луженых деталей можно произЕо,1ИТь с использованием кашфольно-спиртовых флюсов, обеспечивающих высокую коррозионную стойкость паяных соединений. Высокотемпературную пийку коррозионно-стойкой стали производят серебряными, медными, никелевыми и другими припоями. Пз серебряных припоев широкое распространение получили пригюи системы Ag-Си (ПСр 72]. Ag-Cii-Со-2п (ПСр 40, ПСр 45, ПСр 251 Стали, содержащие )Н ъ .урома и легированные тианом алюминием, кре.мнием, плохо смачивйготся серебряными припоями (ПСр 72 и ПСр 72 .МЛН) в вакууме и аргоне. Некоторое улучшение растекания обнаруживается при лепгрованнн припоя ПСр 72 титаном (0.12%) или цирконием (I %). Пайку коррозионно-стойкой стали припоем ПСр 72 производят в вакууме Ю Па по предварительно нанесенному барьерному слою меди или гальваническою никеля, по непокрытой стали припои ПСр 72 плохо растекается и не затекает в зазор. При повышении температуры пайки до 1000 °С и вакуума до 10 Па растекаемость не улучшается, а припой интенсивно испаряется. Покрытие химическим никелем в качестве барьерного слоя при пайке в вакууме припоем ПСр 72 не допускается, так как на границе раздела покрытие - паяемый металл образуются хрупкие ин-тсрме1аллические фазы, что ослабляет прочность паяных соединений; швы разрушаются хрупко. Особенно это проявляется при работе изделия в условиях низких температур или при динамических нагрузках. При пайке газовой горелкой припой ПСр 72 плохо растекается по стали I2X18H10T как с использованием флюса ПВ209, так и ПВ200. Для улучшения смачивания и растекания припоя ПСр 72 его легируют литием. Р асте к аем ость сер ебр я и ь! х прип оев по коррозионно-стойкой стали можно улучшить введением в них никеля. Оптимальными свойствами обладают припои, легированные 3-5% Ni; ре-комендуется следующий состав припоя; 65 % Си, 30 % kg, 5 % Xi. Температура плавления припоя 830- 900 X [6, 12]. Кроме того, соединения из коррозионно-стойких сталей, пая:ные серебряными припоями, не со.чержашими никеля, склонны к щелевой коррозии во влажной атмосфере. Щелевая коррозия не возникает при пайке серебряными припоями, содержащими 2- 5 % Ni. Для пайки хромистых ферритных сталей рекомендуются припои следующих составов: 1) 40 % Ag; 30 % Си; 28 % Zn, 2 %Ni (температура растекания ГвЗХ), растекания 2) 40 % Ag; 30 % Си, 25 5 % Ni 850 X); 3) 50 % Ag; 15,5 % Cu, 16 % Cd, 15,0 % Zn; 3 % Ni (температура растекания 690 X). При пайке нестабилнзированных коррозионно-стойких аустеннтных сталей следует учитывать их возможную склонность к интеркристаллитной коррозии после нагрева в интервале температур 500-750°С; пайка при 600- 800 X для таких сталей не рекомендуется. Серебряные припои с температурой плавления 620-800 X применяют при пайке сталей, содержащих низкий процент углерода или стабилизированных карбидообразующимн элементами (Nb, Ti). устраняющими склонность их к интеркристаллитной коррозии после нагрева-Пайка ферритных коррозионно-стойких сталей (13 % Сг) серебряными припоями не снижает коррозионной стойкости паяных соединений, так как эти стали склонны к интеркристаллитной коррозии только после закалки С температуры выше 900 С. При пайке коррозионно-стойких сталей припоем ПСр 25 КН с применением флюса ПВ209 наблюдается растрескивание. Поэтому припой ПСр 25КН непригоден .тля пайки тонкостенных изделий, от которых требуется герметичность, и для узлов, подвергающихся вибрационным нагрузкам. Для предупреждения растрескивания необходимо следить за тем, чтобы в процессе нагрева детали не находились в напряженном состсяни1г. При этом нужно выбирать такие серебряные припои, которые не проникают по границам зерен основного металла. В этом случае применяют гурипой ПСр 40 с использованием флюса ПВ284Х Пайку припоем ПСр 40 можно производить газовой горелкой и нагревом в печи. При пайке в печи флюс ПВ284Х или ПВ209 в виде пасты замешивают на воде или спирте, наносят на места пайки и на предварительно уложенный припой. При пайке горелкой необходимо постоянное флюсование до образования галтели. Остатки флюса после пайки следует удалять н\тем кипячения в воде или в проточной горячен и хатодной воде, так как они способствуют развитию коррозии. Для высокотемпературной панки коррозионно-стойких сталей в качестве припоев применяют также чистую медь или сплавы па ее основе. Достоинством медных припоев является то, что пайку ими осуществляют прн температурах 950-1150 С При температурах пайки выше 1000 С происходит отжиг стали и устраняются внутренние напряжения, что предотвращает опасность растрескивания основного металла в контакте с расплавленным припоем. Медь хорошо смачивает коррозионно-стойкую сталь в среде аргона с трехфтористым бором (BFg). Для улучшения растекания по стали при пайке в среде аргона медь viernpyroT различными поверхностно-активными добавками: литием (0,15- 0,3%); оловом (до 5%); марганцем, кремнием, титаном и др. В качестве припоев для пайки коррозионно-стойких сталей можно применять лат>нн. Они достаточно хорошо рдстекаготси по стали и образуют прочные паяные соединения (о 360 МПа). Существенным недостатком этих припоев является то, что латупн Б жидком состоянии проникают по границам зерен стали и способствуют хрупкому разрушению под напряжением. Эффект растрескивания сталей по границам зерен наиболее выражен при пайке ТВЧ или в пламени газовой горелки, т. е. когда вследствие неравномерного и быстрого нагрева создаются внутренние растягивающие напряжения. Вероятность образования трещин становится меньше прн пайке латунью отожженной стали в печах или v, солевых ваннах, где обеспечивается разномерный нагрев паяемых деталей. Во всех случаях опасность образования трещин возрастает при повторной перепайке. Следует также учитывать, что при иайке в печах происходит значительное испарение пинка из латуни и повышение температуры пайки. Для пайки коррозионно-стойких сталей применяют и медномаргапцевони-келевые припои ВПр2 и ВПр4, легированные литием или бором. Эти припои хорошо растекаются по сталям Х17Но, ХЖДТ, 12Х18Н10Т и Х15Н8М2Ю в среде проточного аргона. Эти припои слабо растворяют стали даже при вылесжке 1,5 ч при температуре пайки (6, 12). Пайку деталей из стали 12Х18Н10Т -можно производить ТВЧ на воздухе с использованием флюса ПВ200, Соединения стали 12Х1 Н10Т, паянные припоями ВПр2 и ВПр4, могут кратковременно работать при температуре вОО X и имеют более высокую проч- ность, чем при пайке серебряными припоями. Припои системы Си-Xi-Si, например ВПр1, ПЖ 45-8 i, можно применять для пайки нзгартованных коррозионно-стойких сталей, а также для пайки конструкций, в материале которых могут возникнут!, растягивающие напряжения. Предел прочности соединеннГ( стали 12Xi8H10T, паянных припоем ВПр1, составляет 280 МПа. Соединения, пая11ные припоем ВПр1 и ПЖ45, теплостойки до температуры 700 С и хладостойки до -196 X. Для пайкн коррозионно-стойких сталей можно применять припои на основе никеля системы Ni-Сг-.Нп, Ni-Р. Припоями Ni-Сг-\1п можно паять в среде аргона с трехфтористым бором. При пайке в вакууме прн -поями, содержащими марганец, последний интенсивно испаряется, засоряет вакуумную систему, адсорбируется поверхностью, окисляется и затрудняет смачивание стали. Припои с широким интервало.м кристаллизации системы Ni-Сг-.Мп плохо смачивают коррозионно-стойкую сталь и oбpaзют пористые паяные соединения. Припой системы Ni-Р наносят на сталь химическим методом. После нанесения химического никеля толщиной 25-100 мкм пайку можно производить в сухом водороде, аргоне или в вакууме при температуре 1000-1050 X. Сое,1инения, паянные припоем \i-Р. прочные (Он = 270 .МПа), однако швы отличаются низкой пласт;Чностью и непригодны для конструкции, работающих при ударных и BKCpari,HOiiHb!x нагрузках, и особенно для работы при криогенных температурах Они становятся ударнохрупки.мн уже при температуре -196 С, Пайк;. стыков труб копрознонно-стойкой стали, а также труб с трубными досками можно проиЗ£ЮДИть с использованием экзотермического нагрева. В качестве источника тепла применяют термитные шашки. Этот метод нагрева опробирован в условиях космоса на приборе Реакция* при пайке стыков труб с муфтами припоем никель-марганец ! ]. Прн пайке стыков труб в условиях завода или монтажных размеры термитных шашек 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 [39] 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||