СПОСОБ ПАЙКИ
SOLDERING METHOD

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.