|
| |
|
Слаботочка Книги канием в защитной атмосфере при 1400-1600 С. По ГОСТ 3882-74* промышленность выпускает три типа спеченых твердых сплавов: вольфрамовые, титано-вольфрамовые и тита-по-тантало-вольфрамовые. Приготовленные методом спекания пластины твердого сплава припаивают к корпусу инструмента, изготовленного из углеродистой стали. Коэффициент линейного расширения применяемых сталей в 2-3 раза больше, чем у твердого сплава. Это обстоятельство требует, чтобы нагрев п охлаждение твердосплавного инструмента при пайке прлнсхедили равномерно, в противном случае на пластинах твердого сплава образуются трещины. Влияние разности коэффициентов линейного расширения стали и твердого сплава снижают применением компенсатюн-ных прокладок, изготовленных из сплава железа с никелем (45 % Ni) и устанавливаемых при naih;e между двумя соединяемыми материалами. Перед пайкой пластины тве])дого сплава очищают песком и шлифуют по опорным плоскостям шлифовальными кругами Подготовленные для пайки пластины не должны иметь трещин, расслоений и посторонних включений- В корпусе инструмента фрезеруют паз по конфигурации пластины, куда устанавливают для припайки предварительно обезжиренную и очищенную пластину. Паз под пластину должен быть ровным, не иметь завалов, ступенек и заусениев. Пластина должна быть хорошо пригнана к основной грани паза. Во избежание выпадения птастины из паза во время пайки ее предварительно закрепляют. Крепление проволокой неудобно тем, что она всегда припаивается к корпусу и для своего удаления требует дополнительной механической обработки. Кроме того, проволока нагревается быстрее твердого сплава, что приводит к образованию трещин в местах касания пластин с проволокой, поэтому такой метод крепления применяют очень редко. Закрепление хрупких пластин твердого сплава чеканкой и клиньями ин<*г,!а приводит к их поломке. Наиболее приемлемым способом считают закрепление пластин при помощи компенсационных прокладок различной толщины технологической стенки. При контактной пайке или при пайке нагревом ТВЧ применяют различные приспособления для крепления и прижима пластины твердого сплава к державке. Спеченые твердые сплавы можно паять методами электросопротивления, нагревом ТВЧ, в печах с восстановительной средой и погружением в расплавленный припой. Пайка инструмента электросопротивлением состоит в том, что подготовленную под пайку пластину вставляют в корпус инструмента, который зажимают между контактами сварочной машины. Перед включением тока пластй1!у посыпают порошком флюса, сверху кладут припой, который также погзывают флюсом. Чтобы не происходил перегрев, ток в процессе нагрева включают периодически. Во время расплавления флюса следит за тем, 1!тобы ОН был В достаточном количестве и смачивал соединяемые поверхности, в противном случае флюс добавляют В момент начала расплавления припоя ток выключают и дают возможность припою растрчься по пластине и заполнить шов. Пластину поджимают к державке до температуры 800С. затем давление снимают до момента прекращения растекания припоя и продолжают прижимать до полной кристаллизации припоя. При пайке с нагревом ТВЧ большое значение имеет правильный выбор формы и размеров индуктора. После-дователыюсть пайки следугошая: в паз державки вносят небольшое количество флюса, укладывают компенсационную прок тадку, покрывают ее тем же Флюсом, после чего укладываю пластину. На пластину в зоне соединения с державкой помешают припой, который также покрывают флюсом Собранный так инструмент номещаю в индуктор. Ток включают периодически. Скорость нагрева для лучшего смачивания припоем и уменьшения окисления пластины и перегрева стали державки должна быть строго определена и составляет 30 Х/с - для инструмента с поперечным сечением до 150 мм и 60С/с - для инстру- мента с поперечным ссчение.м до 1000 мм. При пайке твердосплавного инструмента важным условием получения качественного соединения является обеспечение равномерного нагрева. Для этой цели инструмент помещают в индуктор так, чтобы в первую очередь нагреть корпус инструмента и за счет его теплопроводности прогреть пластину твердого сплава. После прогрева для выравнивания температуры инструмент передвигают и производят нагрев места пайки. Во время пайкн положение пластины в пазу поправляют (если нет зажимного приспособления) фарфоровой или асбестовой палочкой. Спаянный инструмент охлаждают Б печи или на спокойном воздухе, для чего его укладывают на кирпичные, асбестовые, керамические и другие подставки. При охлаждении в печи инструменту дают отпуск при 200-250 X в течение б ч. В результате нагрева изделия при пайке твердость корпуса инструмента снижается, поэтому он нуждается в дополнительной термической обработке. Ести требуется закалка, то ее производят сразу же после пайки. Для предотвращения появления трещин на пластинах их закаливают в среде с те.мпературой 260-320 °С. naiiKv инструмента можно осуществить в печи с восстановительной атмосферой. При Этом вольфрамовые пластины иа сталь 45 напаивают без флюса, а титанокарбидоБые требуют применения высокоактивных флюсов независимо от того, на кжуго сталь их напаивают. Трудность печной пайки в основном сводится к креплению пластины к корпусу инструмента. Наиболее рациональным способом крепления при этом методе пайки является обвязка головки инструмента асбестовым ром с предварктельным размещением компенсационной прокла-Ски, припоя и флюса Пайку инстр\-мента погружением в расплавленный припой обычно применяют для сов-мещс1111я пайки с термической обработкой корпуса. Пронесс пайки-закалки состоит из трех основных one-Win: предварительного нагрева в со- ой ванне до 800-850 С. пайки Погружением в расплавлеи11ый при- пой и закалки инструмента. Предварительный нагрев при температуре 260-280 С осуществляют в вэнне, содержащей, %: 70 BaCL, 30 NaCi. Закалку сплавов марок ВК8 и Т]5К6 производят в расплаве солей при 380- 400 X состава, % 70 КОН. 30 ХаОН. Для сплава Т15К6 после основной закалки необходима дополнительная закалка в нагретой до 180-2000 селитре. При пайке погружением требуется тщательное крепление порошковой пластины и обработка собранного под пайку инструмента в кипящем насыщенном водном растворе буры (для вольфрамовых пластин) или в растворе с 35 % фтористого калия (для тнтано-карбидных пластин). В связи с резким различием ТКЛР соединяемых материалов панку твердосплавного инструмента нельзя вести при высоких температурах. Наилучший результат, т. е. наибольшая долговечность инструмента, достигается при пайке серебряными припоями, ле-гированны-чи для повышения теплостойкости никелем или марганцем, однако из-за дефицитности серебряные припои применяют редко Наибольшее распространение получили медно-цинковые припои типа Л63, легированные для повышения теплостойкости небольшими добавками никеля, марганца или алюминия, обеспечивагошими высококачественные соединения. В качестве флюса употребляют буру или буру с тобавками ферромарганца, фтористого калия или борной кислоты [5, 14! Практика показала, что при пайке твердых сплавов группы WC-Со с большим содержанием кобальта стандартные флюсы ПВ200 и ПВ201 обеспечивают получение качественных соединении, но при пайке сплавов группы WC-TiC-Со и \\С-Со с малым содержанием кобальта (Т15К6 и Т30К4) активность этих флюсов недостаточна, поэтому требуется вводить дополнительные операции подготовки поверхности твердого сплава: пескоструйную или дробеструйную, электрохимическую или химико-механическою Эти операции необязательны при применении флюса марки ФЮО следующего состава, %. 46,5 КВР, 36,5 ХаВО, 13,5 WO3 и 3,5СозОз. Флюс плавится при 5С0°С и имеет температуру активного действия 900-1Ю0°С. Использование этого флюса позволяет в 4- 8 раз увеличить площадь растекания припоя по поверхности твердого сплава и повысить прочность паяных соединений; содержание в его составе токсичных фтористых соединений является его недостатком. Этот флюс целесообразно применять только на мелкосерийных предприятиях при условии хорошей вентиляции на рабочих местах. На крупных предприятиях вместо флюса ФЮО применяют стандартные флюсы, по поверхности твердого сплава обрабатывают специальным методом. Сущность этого метода заключается в нагреве сплава в печах в атмосфере воздуха до 800 С в течение 10-;;0 мни с последующим удалением окисленного слоя во вращающемся барабане со смесью речного песка, древесных опилок и раствора каусти-ческо;! соды. В настоящее время для замены дефицитных серебряных припоев рекомендован ряд сплавов иа медно-цинковоЛ основе. Наряду с литыми припоями в последние годы разработаны порошковые сплавы П-100, П-102 и трехслойный припой марки ТП-1, Эти припои позволяют паять соединения с некапиллярными зазорами, т. е. более 0.3 лм Порошковый припой П-100 имеет = 870 °С и состав, %. 2Сг: 5 8 .Мп; 15Fe;23Zn, Си- остальное и 15-20 порошка стали Х18Н15 (наполнителя). Припо;! может быть использоБЗи в виде прессованных пластин и пасты. Припой ТП-1 представляет собой три металлическую полосу, полученную прокаткой. Плавящиеся в процессе пайки наружные слои толщиной 0.2 мм состоят нз латуни марки ЛН.Мц 50-2-*2, инеюшей Гл = 72 С Внутренний слой не плавится в процессе пайки и СЛУЖИТ прокладкой, изготовлен из бронзы марки БрНБ 7-0,d толщиной 0,4 мм и имеет Тцл = - 1126 °С. Главным преимуществом трехслойного припоя является получение паяного шва достаточной проч-нссти. способного компенсировать разность сокращения размеров стали и твердого сплава при охлаж.ении пая- ного соединения в большей степени, чем все известные припои, в том числе и серебряные. Припой ТП-1 меньше, чем другие припои, деформируется во всем температурном интервале (от температуры солидуса наружных слоев до 20°С). Это объясняется низким пределом текучести паяиого шва, не превышающем во всем температурном интервале охлаждения 132 МПа. Снижению паяльных остаточных напряжений в паяном шве и твердом сплаве способствует и толщина паяного шва, равная в этом случае 0,7-0,8 мм. Следу-ет отметить, что для получения качественных паяных соединений помимо правильно выбранных припоя и флюса требуется также выбрать сталь для корпуса инструмента, режимы пайки и тepшчecкoй обработки [5]. Нагрев под пайку следует производить иа высокочастотных установках, имеющих частоту тока 2,5-8,5 кГц, дающих более глубокий и равномер-Hbiii нагрез, чем установки, им:;ющие частоту 60 кГц [2, 3], Пайка чугуна Основная трудность при найке чугуна - наличие в его структуре графита, затрудняющего смачивание поверхности основного металла расплавленным припоем. Для уталеиия графита обычно применяют пескоструйную обработку с послелующ1!М выжиганием графита окислителыилм пламенем газовой горелки или \таление его электрохимическое; обработкой в соляной ванне при 450-510 С. При низкотемпературной пайке чугуна оловянно-свинцовыми или другими легкогтавкими припоями паяемые поверхности можно подготовить путем их обработки флюсом ПВ209 или ПВ284Х при 600-700 С или электро химическим методом з соляной ванне, а затем обезжирить бензином, ацетоном или раствором щелочи Пайк\ нужно производить паяльником или газовой горелкой с применением флюсов на основе хлористого цинка. Наиболее просто пайку чугуна осуществляют при использовании флюсов ка основе хлористого цинка с добавками хлористых солей меди и олова. Для облегчения пайки легкоплавкими при- поями применяют гальваническое лужение или контактное меднение в растворе медного купороса. Высокотемпературную пайку чугуна производят припоями на основе меди, например латунью. Иногда при.меняют серебряные припои, которые содержат никель, имеют сравнительно низкие температуры плавления и образуют прочные паяные соединения. При высокотемпературной пайке чугуна более целесообразно применять такие активные флюсы, как ПВ209 и ПВ284Х, которые растворяют графит на поверхности чугуна в процессе пайки, благодаря чему обеспечивается надежное смачивание припоем соединяемых поверхностей. Главное преимущество пайки чугуиов серебряными припоями с флюсом ПВ209 или ПВ284Х в том, что нет необходимости принимать меры по удалению графита, а также и Б том, что при пайке серебряными припоями при температурах до 900 °С чугун не перегревается. Перегрев чугуна связан со структурными превращениями, что при последующем его охлаждении ведет к выделению хрупкого цементита. Поэтому применение меди для пайки чугунов следует ограничивать ввиду высокой температуры ее плавления. Припои, содержащие фосфор, не применяют вообще из-за образования в швах хру!)ких железо-фосфорных соединений. Нагрев при пЕ1йке чугуна можно производить газовой горелкой или паяльной лампой до температуры Fe выше 900 С; при этом пламя должно быть только нейтральным. Для снятия внутренних напряжений и упрочнения паяных соединений чугунные изделия сразу же после пайки подвергают отжигу при 700-750 °С в течение 20 мин. Пайку в печах с контролируемой атмосферой производят с флюсом, который улучшает смачивание основного металла и затекание припоя в зазор. Пайку дефектных участков (усадочных раковин, иор и трещин) чу -гунных литых деталей осуществляют С применением оловянно-свинцовых припоев. Чаще всего применяют припой ПОС 30 с использованием в качестве флюса водного раствора хлористого цинка с добавками хлористых солей меди и олова. Паяют только после механической зачистки и лужения соединяе.мых поверхностей. Последовательность лужения: места пайки очищают от литейной корки проволочной щеткой; очищенную поверхность обезжиривают ацетоном, бензином или растворо.м щелочи и затем наносят флюс; равно.мерно прогревают место пайки газовой горелкой до температуры, при KOropoii начинает плавиться припой; после лужения дефекты запаивают, применяя для этой цели паяльник или газовую горелку. После пайки изделие тщательно промывают горячей и ХОЛОДНО!! водой. Пайка цветных металлов и сплавов Пайка меди и ее ставов. Пайка меди. Технически чистая мель имеет высокие теплойр030,] I!ость ц электроПрово люсть н до--гаточно высокую коррозионную с! он кость. Она устойчива к атмосферной коррозии вследствие образования па ее поверхности тонкой защитной пленки, состоящей из окисла CuoO- le.i.b - относительно прочный (О - 240 Л1П(1) и пластичный металл (6 - 454-50 %) С уменьшением содержания в медн газовых примесей ее пл1стичиость возрастает до 62 %. При повышенных те.ушературах прочность меди уменьшается, а пластич-ность возрастает. Ценным свойством медн является ее способ.-юсть сох ра -нять высокую пластичность до температуры жидкого гелия (-269 С). Для повышения прочности меди и придания ей особых свойств (жаро-Fip(j4HocTH, коррозионной стойкости и др ) ее легируют различными добавками. Сплавы на основе медн об-Л-дают в i.coKiiMH ме\аническлми свойствами и другими ценными качествами 11оэтому во многих отраслях техники ДЛЯ изделий, работающих в условиях повышенных и криогенных температур, d качестве основного металла широко применяются медь и ее сплавы, имеющие необходимый комплекс свойств. Панка этих .материалов М( жет про-и:!В0Диться всеуп1 иЗЕ!ест1Щ1:,1И способами. Наиболее широко применяется пайка паяльником, газовыми горелками, погружением в расплавленный припой и в печах. Пайка низкотемпературными припоями нашла большое применение благодаря простоте и общедоступности этого способа. Ограничения в ее применении вызваны лишь тем, что паяльником можно осуществлять пайку только тонкостенных деталей при температуре 350 X. -Массивные детали вследствие большой теплопроводности, превышающей в 6 раз теплопроводность железа, паяют газовыми горелками- Для трубчатых медных теплообменников применяется пайка погружением Б расплавы солей и припоев. При пайке погружением в расплавы солей используют, как правило, соляные печи-ванны. Соли обычно служат источником тепла и оказывают флюсующее действие, поэтому дополнительного флюсования при пайке не требуется. При пайке погружением в ванну с припоем предварительно офлюсованные детали нагревают в расплаве припоя, который при температуре панки заполняет соединительные зазоры, .Зеркало припоя защищают активированным углем или инертным газом. Недостатком пайки в соляных ваннах является невозможность в ряде случаев удаления остатков солей или флюса. Широкое распространение в промышленности находит пайка в печах, поскольку при Этом обеспечивается равномерный нагрев соединяемых изделий без их деформации даже при больших габаритах изделий [3] При пайке изделий из медн оловян-но-свннцовыми и другими легкоплавкими припоями используют обычно канифоль но-спиртовые флюсы, водные растворы хлористого цинка или хлористого аммония [6, 12, 14) Пайка серебряными припоями успешно идет при применении флюсов на основе соединений бора н фтористых соединений калия. Эти флюсы хорошо очищают поверхность меди от окисной пленки и способствуют растеканию припоя. Недостатком флюсовой пайки меди является тоулность патучення при этом способе герметичных соединений. Кроме того, остатки флюса являются очагами коррозии. Поэтому пайку меди чаще всего осуществляют в восстановительных или нейтральных газовых Средах. В азоте пайку меди можно производить при температуре 750-800 X, Н едостатки этого метода - сл ож -ность оборудования по очистке азота, а также отсутствие возможности осуществлять пайку при температуре ниже 750 С [15]. Применяется пайка меди и в среде аргона припоем ЛС59-! с дополнительным флюсованием мест пайки водным раствором буры. Панку в вакууме успешно применяют для соединений многих металлов, в том числе и меди. Этот вид пайки достаточно экономичен, совершенно безопасен и производится Б вакуумных печах илн контейнерах, загруженных в обычные печи. Паяные швы. полученные при использовании нагрева в вакууме, отличаются чистотой исполнения, прочностью металла шва и высокой коррозионной стойкостью. К недостаткам способа пайки в вакууме следует отнести сложность применяемого оборудования (2, 31 Соединение меди при низкотемпературной пайке производится стандартными оловянно-сБИниовымн припоями ПОССу 30-0,5; ПОС 40; ПОССу 40-0,5, ПОС 61 и свинцово-серебряными припоями ПСр 1,5; ПСр 2,5; ПСр 3 с использованием флюсов на основе хлористого цинка или канифадь но-спиртовых. Соединения, паянные оловянно-свинцовыми припоями, теплостойки до температур 100-120 °С. При снижении температуры до -196-;-253 °С предел прочности этих соединений увеличивается в 1,5-2.5 раза, достигая 45-75 МПа, при этом пластичность соединении резко снижается. -Хрупкость оловянно-сзиицовых и паянных нми соединений при низких температурах объясиется аллотро-пическил[ превращением олова и образованием в шве хрупких интерме талл:цов, которые при низких тем -пературах являются оч.згами развития трещин [12]. Для оловянно-свинцовых сплавов, содержащих менее 15 % олова, падения ударной вязкости не происходит. Это обусловлено тем, что свинец, являясь ochoboii сплава, с понижением температуры увеличивает ударную вязкость, давая во всех случаях вязкий излом. Высокая пластичность свинца делает его нечувствительным к надрезу. Поэтому вполне закономерны стремле1(Ия применять для пайки изделий криогенной техники припои на основе свинца с содержанием олова менее 15%. Однако HpSKTima их применения показала, что онн нетехнологичны, плохо смачивают паяемЫ!! металл и не затекают в соединительные зазоры. Например, применение припогт на основе свинца, легированного ceptCpoM (припой ncip 3). позволяет получать теплостойкие и хладостойкие соединения из меди. Введение в этот припой 5 % Sn (ПСр 2.5) улучшает его технологические свойства, однако при 20 °С соединения, паянные припоями ПСр 3 и ПСр 2,5, имеют низкую прочность; предел прочности при срезе 12- 18 МПа. Легирование свинца оловом до 16 % и кадмием до 5 % делает припой ПСр 1,5 более технологичным, однако он стаьювится малопластичным даже прн температуре 20°С. Применение кадмиевых припоев требует специального навыка, так как технологичность их значительно ниже, чем у оловянно-сбиннобых. Соединения меди кадмиевыми припоями ПСр 5КЦН, ПСр 8КЦН теплостойки до температуры 350 С, но отличаются низкой прочностью (Og = 29 .МПа) из-за образования в шве хрупких интерметаллидов; нехладостоики. Припои на основе цинка редко применяют тля пайкн меди ввиду интенсивного растворения ее в расплаве припоя. При этом предел прочности ва срез не превышает 15 МПа Цинковые припои, легированные медью и серебром, также плохо растекаются по меди. Легирование этих припоев оловом и кадмием (ПЦА 8М, ПЦКд персу 25-5-5) хотя и несколько улучшает их растекае.мость. но швы становятся хрупкими. Для пайки меди находят также при-jeHCHHe припои на основе медно-осфористой эвтектики с добавлением серебра. Швы, паянные этими припоями, достаточно прочны (Ов = 250-ь -300 А\Па), теплостойки до 800 X, но непластичны. В условиях низкнх температур прочность соединений меди, паянных этими припоями, увеличивается, ио пластичность резко падает. Широкое применение для пайка ме.тных конструкций нахтят припои ПСр 45, ПСР 40, ПСр 25, ПСр 12. Пайку этими припоями осуществляют нагревом ацетилено-кнслородпыч пламенем или в печах с использованием коррозионно-зктивных флюсов ПВ209, ПВ284Х После пайки остатки флюса необходимо удалять промывкой а горячей Boie. Пайку теплообменной аппаратуры осуществляют с применением припоя ПСр 72 или ПСр 71 в вакууме. При пайке изделий из мед}1ых сплавов, конструкция которых позволяет производить пайку пот давлением, в качестве припоя можно использовать серебряное покрытие (10-25 мкм) или тонкую серебряную фольгу. При нагреве выше 779 °С медь взаимодействует с серебром с образованием в шве сплава типа припоя ПСр 72. Пайка этим методом (контактно-реактивным) осуществляется без применения флюса - в вакууме или в инертной среде. Припои на медной основе тугоплавки и вызывают растворение (эрозию) основного металла, поэтому для пайки мели их применяют реже, чем серебряные. Диффузионная пайка меди может быть выполнена галлием, индием, оловом, сБилиом. припоями ПОССу 40-2, ПОС 61 путем поджатия деталей s вакууме или аргоне при температурах 650-800 С и длительных выдержках. Припой в место панки можно наносить напылением в вакууме, гальваническим Способом или в виде тонкой фольги. Капиллярную пайку мели низкотемпературными припоями можно производить при зазорах 0.05-0,5 мм и температурах 650-900 С в вакууме или аргоне. При этом соединения меди, паянные индием, галлием, оловом, припоями ПОС 61 и ПОС 40, хрупкие и малопрочные, предел прочности на срез не превышает 40-70 МПа. При пайке мели свинцом соединения хотя и малопрочны, но пластичны. При применении припоя системы РЬ-Ag-Sn-Ni (ПСр 7,5) можно обе- 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 |