Технологии пайки. Пайка никеля и его сплавов
Никель является одним из важнейших прошенных металлов. Чистый никель
имеет высокие предел прочности (?в = 400 … 500 МПа), пластичность (? =
50 %) и химическую стойкость. Сплавы на основе никеля характеризуются
высокими электрохимическим сопротивлением и коррозионной стойкостью, а
также повышенными жаропрочностью и жаростойкостью. На чистом никеле при
нагреве образуется только один оксид; при легировании никеля хромом,
алюминием, титаном и другими металлами образуется комплекс окислов
соответствующих металлов. Электрохимические никелевые сплавы типа монель
и константан, представляющие собой сплавы никеля с медью и железом,
имеют на своей поверхности химически нестойкую оксидную пленку, которая
легко восстанавливается в газовых средах, удаляется флюсованием и при
высокотемпературной пайке в вакууме разлагается на кислород и металл.
Поэтому пайка этих сплавов не вызывает трудностей.
При пайке можно применять припои, флюсы и газовые среды, рекомендованные
для сталей и меди. Для пайки никелевых сплавов требуются специальные
флюсы, поскольку поверхность сплавов, например никеля с хромом
(нихромы), покрыта весьма стойкой оксидной пленкой, содержащей оксиды
хрома. При легировании нихрома алюминием и титаном химическая стойкость
оксидной пленки возрастает, что влечет за собой ряд затруднений при
пайке. Пайка жаропрочных сплавов на основе никеля в восстановительных
газовых средах требует тщательной их очистки от остатков кислорода с
помощью платинового или дунитового катализатора, а также дополнительного
осушения до точки росы (-70 °С).
При пайке жаропрочных сплавов на основе никеля в вакууме или нейтральных
газовых средах последние необходимо тщательно осушать с помощью цеолита,
перекиси бария или фосфорного ангидрида. Перед пайкой нихромы следует
покрывать слоем никеля или меди толщиной 15 мкм, который обеспечивает
хорошее смачивание паяемых поверхностей в вакууме и нейтральных средах –
без применения флюса.
Для низкотемпературной пайки никеля пригодны оловянно-свинцовые припои,
содержащие 40 … 60 % Sn и флюсы, рекомендуемые Для пайки сталей. Для
конструкций из никелевых сплавов, работающих при температуре 350 … 500
°С, применяют серебряные припои. Например, для пайки сплавов ХН78Т и
ХН77ТЮР рекомендуются следующие составы припоев:
1) 61 % Ag; 28,5 % Сu; 10,5 % Zn (Tпл = 720…746°С);
2) 85 % Ag; 15 % Мn (Tпл = 970 … 980 °С).
Никелевые сплавы типа нихром и монель склонны к охрупчиванию в контакте
с жидкими припоями, особенно содержащими серебро, кадмий и цинк. Для
предотвращения хрупкого разрушения пайку этих сплавов производят в
отожженном состоянии и при отсутствии внутренних и внешних растягивающих
напряжений. Для работы никелевых изделий при более высокой температуре
пайку их производят припоями систем Ag-Pd-Mn, Pd-Ni, Pd-Ni-Cr и др.
Никель и его сплавы практически не подвергаются растворению припоями
систем Ni-Mn-Cr, Pd-Ni, Ni-Pd-Ag, Pd-Ni-Cr при пайке до температур 1150
… 1250 °С. Пайка жаропрочных никелевых сплавов палладиевыми припоями
может быть осуществлена в вакууме или в аргоне. Пайку припоями Ni-Mn-Cr
обычно производят в атмосфере аргона, в смесях Ar + BF3 или Ar + HF. Для
кислотостойких и жаропрочных паяных соединений применяют припои на
никель-хромовой основе, легированные марганцем, бором, фосфором или
кремнием для снижения температуры плавления. При этом припои,
легированные марганцем, дают более пластичные соединения по сравнению с
нихромовыми припоями типа «Кольманой», легированными бором и кремнием.
Предел прочности на срез соединений сплава инконель, паянного припоем
Cr-В, составляет 288 МПа, припоем Ni-P – 91 МПа, припоем Ag-Pd-Mn – 222
МПа. При пайке нихромов жаропрочными припоями с местным нагревом
рекомендуется применять флюсы ПВ200 и ПВ201, а при пайке серебряными
припоями – ПВ209 и ПВ284Х.
Серебряные и медные припои для пайки жаропрочных никелевых сплавов
используют редко вследствие низкой их жаропрочности и коррозионной
стойкости. Кроме того, при пайке никеля медью паяемый металл значительно
растворяется в припое. Поэтому необходимы строгая дозировка припоя и
четкий контроль температуры пайки. Для пайки высоконикелевых сплавов не
следует применять припои, содержащие фосфор, алюминий и магний, которые
образуют на границе раздела припоя и паяемого металла хрупкие
интерметаллидные фазы. При пайке никеля и его сплавов необходимо следить
за тем, чтобы применяемые газовые среды не содержали соединений серы,
так как при взаимодействии серы с никелем образуется легкоплавкая
эвтектика, проникающая по границам зерен и вызывающая охрупчивание
металла.
`„a$gd?M2
`„Aegd?M2
gd?M2 При пайке никелевых сплавов припоями, легированными бериллием и
особенно бором, паяемый металл активно растворяется в припое, поэтому
необходимо строго соблюдать режим пайки: процесс следует вести с
высокими скоростями и без перегревов. Заметному локальному растворению
подвергаются никелевые сплавы при пайке их припоями, содержащими
кремний, особенно при температуре выше 1200 °С, что приводит также к
снижению растекания припоя.
Пайка нихрома, сплава инконель, а также никелевых сплавов, содержащих
алюминий и титан, требует применения достаточно активных флюсов. При
использовании боридных флюсов при печной пайке вследствие образования
легкоплавкой боридной эвтектики Ni-B возможна эрозия основного металла.
Поэтому пайку в печах никеля и его сплавов проводят в атмосфере водорода
с точкой росы -40 … -70 °С. Сплавы, легированные алюминием и титаном,
паяют в вакууме, в смесях нейтральных газов с газовыми флюсами BF3 или
NH4C1.
При диффузионной пайке сплава ХН77ТЮР (Ni-Cr) припоем состава, %:
Ni-4,5Si-7Cr-3Fe-2B (CM-53) качественные соединения с прочностью до 300
МПа без включений хрупкой боридной составляющей образуются в случае,
если пайку вести при Т= 1070 °С и термообработку при Т = 1000 °С с
выдержкой до 4 ч, а сборочный зазор соединяемых элементов не должен
превышать 0,05 мм.
При пайке никелевого сплава ХН20ТЮ припоем BNi-5 при температуре 1150
°С, выдержке 1 мин и приложении усилия во время пайки 0,5 МПа,
термообработке при 710 °С с выдержкой в течение 16 ч образуются
соединения без хрупких фаз.
Получение пластичных соединений при пайке жаропрочных никелевых сплавов
ХН75МБТЮ, ХН50МВКТЮР, ХН67МВТЮ припоями системы Ni-Si-B возможно также
при приложении дозированного усилия на шов в процессе пайки. Под
действием давления из зазора удаляется избыток жидкой фазы, а оставшийся
в узком зазоре припой кристаллизуется с образованием общих зерен. Этот
эффект хорошо проявляется при применении аморфного припоя Ni-Si-B в виде
фольги толщиной 20 мкм. При пайке в вакууме 1 * 10-3 Па сплава ХН62МВКЮ
(Тп = 1220 °С, выдержка 10 мин) давление на соединяемые детали 0,5 МПа.
При минимальном сборочном зазоре (менее 0,04 мм) получаются соединения,
равнопрочные паяемому металлу.
Трудности обеспечения капиллярных зазоров 0,03 … 0,15 мм при сборке
деталей сдерживает для ряда конструкций из никелевых сплавов применение
печной вакуумной пайки. К настоящему времени разработаны материалы и
технология пайки изделий со сборочными зазорами до 1,5 мм. Типичным
примером является пайка гермовводов и ТВЭлов из никелевых сплавов с
зазором 0,5 мм припоем состава Au-18%Ni, обеспечивающего требуемые
прочность и герметичность соединений. Для изделий из жаропрочных
никелевых сплавов, работающих при температуре 1000 °С, применяют припой
ПЖК-1000. Технологической основой широкозазорной пайки никелевыми
припоями является применение композиций, состоящих из двух компонентов:
легкоплавкого и тугоплавкого, который не расплавляется при пайке. В
качестве тугоплавкого наполнителя используют никелевые порошки, сетку,
проволоку, стружку. Количество тугоплавкого наполнителя не должно быть
меньше 30 % и больше 70 %.
Припой J-8101 (Ni-20Cr-10Si) с температурой пайки 1227 °С фирмы
«Дженерал электрик» состоит из смеси 60 % порошка припоя и 40 % порошка
чистого никеля. Для снижения температуры пайки до температуры 1170 °С
вместо никелевого порошка применяют порошок из сплава Ni-Si-B.
Отечественным аналогом припоя J-8101 является припой ВПр11-40Н с
температурой пайки 1125 °С. Частицы порошка припоя имеют сферическую
форму с размерами частиц до 100 мкм. Припой наносят в зазор в виде
пасты. Пайку этим припоем из-за наличия в нем самофлюсующихся
компонентов Si и В можно вести в низком вакууме.
Для пайки при температуре 1180… 1210 °С жаропрочных никелевых сплавов
применяют припой 6МА, состоящий из механической смеси легкоплавких
порошков припоя 5А (Ni-12Cr-8Si-5Fe-0,45B) – 85 % и тугоплавкого порошка
молибдена – 15 %. Припой 6МА рекомендован в соединениях с зазором не
более 0,5 мм для пайки узлов, работающих в агрессивных средах при
температуре 800 °С. Примером применения пайки изделий из никелевых
сплавов являются трубчатые теплообменники для ядерной энергетики. При
этом оребрение труб проволокой производится индукционной пайкой с
использованием германиевых припоев ПЖГ-22 и ПГ-17Н. Пайку труб с
трубными решетками производят в вакуумных печах.
Источник: Справочник по пайке. Под ред. И.Е.Петрунина. Москва,
Машиностроение, 2003
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
