Особенности пайки авиационных материалов

Пайка конструкционных сталей.

Особенности технологии пайки определяются количеством содержащегося в них углерода и легирующих элементов. В зависимости от этого выбираются флюсы, назначаются способы и режимы пайки.

Углеродистые и низколегированные стали. Пайка сталей этого класса не вызывает особых трудностей и может осуществляться всеми известными способами — в печи, погружением в расплавленные соли, нагревом токами высокой частоты, газопламенной горелкой и паяльником. Подготовка поверхности, подлежащей пайке, заключается в зачистке напильником, шкуркой и обезжиривании в горячих щелочных растворах.

Для высокотемпературной пайки низколегированных и малоуглеродистых сталей применяются медь, латуни, медно-цинковые припои. Серебряные припои из-за дефицитности серебра применяются редко, в строго обоснованных и экономически оправданных случаях.

Швы, паяные медью, отличаются высокой плотностью, герметичностью и прочностью. Но вследствие высокой температуры плавления пайка медью требует больших энергетических затрат. Кроме того, с точки зрения экономии материала целесообразнее паять низкоутлеродистые стали медно-цинковыми припоями, содержащими от 36 до 63% меди: ПМЦ-36, ПМЦ-48, ПМЦ-54, Л-63. Основным недостатком указанных припоев является сильное испарение цинка при температуре пайки, что вызывает пористость в паяных швах. В связи с этим применение медно-цинковых припоев для печной пайки не рекомендуется во избежание загрязнения рабочего пространства печи осаждающимися на стенках парами цинка. Уменьшить испарение цинка можно введением в медно-цинковые припои кремния (ЛОК-59, ЛКБ062), который связывает цинк, образуя с ним химические соединения. Как правило, эти припои содержат олово (0,3—0,7%), повышающее их жидкотекучесть при пайке. При газопламенной пайке медно-цинковыми припоями можно несколько уменьшить испарение цинка, если вести нагрев слегка окислительным пламенем. Оксиды, образующиеся на поверхности припоя, будут препятствовать испарению цинка.

Флюсы 200, 201, 209, используемые для пайки сталей, содержат в своем составе буру, борный ангидрид, фтористые соли.

При низкотемпературной пайке углеродистых и низколегированных сталей применяют оловянно-свинцовые припои. Пайка ведется паяльником. В качестве флюса применяют раствор хлористого цинка или активированный спиртовой раствор канифоли.

Надо отметить, что все применяемые для пайки стали флюсы активны, остатки их в процессе эксплуатации могут вызвать коррозию. Поэтому после пайки их необходимо немедленно и тщательно удалить.

При пайке оловянно-свинцовыми припоями деталей из сталей мартенситного класса (типа ЗОХСНА) могут возникать трещины, если в деталях присутствуют растягивающие напряжения после штамповки от термообработки или неправильной сборки. Установлено также, что вероятность появления трещин повышается с увеличением содержания олова в припое.

Для уменьшения трещинообразования перед пайкой детали следует подвергнуть отпуску и использовать припой с содержанием олова не выше 40%.

Высоколегированные стали. Пайка этих сталей осложняется наличием на их поверхности термически и химически стойких оксидов хрома, титана и других легирующих элементов. Указанные оксиды ухудшают смачиваемость паяемых поверхностей припоями. Поэтому для пайки высоколегированных коррозионно-стойких сталей газопламенной горелкой используют активные флюсы. С серебряным припоем типа ПСр40 (температура плавления 863—883 К) целесообразно использовать флюсы 284 и 209, а при пайке припоями на медной или никелевой основе качественные паяные соединения получаются с более тугоплавкими флюсами (200, 201).

Оксидная пленка, содержащая Сг₂0₃, на коррозионно-стойкой стали восстанавливается в водородной среде при температуре около 1473 К. При этом водород должен быть хорошо осушен пропусканием через слой гранулированного силикагеля или алюмогеля и иметь точку росы не выше 213 К. Как правило, в производственных условиях водород можно осушать до точки росы 233 К. В этом случае для пайки коррозионно-стойкой стали медью применяются флюсы или для улучшения смачиваемости деталей их предварительно покрывают медью или никелем (толщина покрытия 15—18 мкм). Кроме того, в качестве восстановительной среды используют трехфтористый бор. BF₃ в смеси с аргоном.

Медно-цинковыми припоями высоколегированные, в том числе коррозионно-стойкая стали паяют редко, так как они обладают повышенной склонностью к образованию трещин. Чаще применяют серебряные припои, в частности ПСр72ЛМН. Для придания паяному соединению повышенной стойкости к щелевой коррозии в припой добавляется никель; с целью улучшения смачивания и растекания припой активируется литием. С оксидом хрома (Сг₂0₃ Т_пл = 2260 К) литий образует соединение Li₂OCr₂0₃, имеющее Г_1]Л = 780 К. Это легкоплавкое соединение переходит в шлак. Литий первоначально образует при нагревании оксидом 1л₂0, который взаимодействует с оксидом хрома:

При пайке коррозионно-стойких сталей, не стабилизированных карбидообразующими элементами (Ti, Nb), следует учитывать, что после нагрева в интервале температур 773—1023 К у этих сталей резко снижается стойкость к межкристаллитной коррозии из-за большей скорости диффузии углерода в межкристаллитные прослойки, чем у хрома. В результате этого содержание свободного хрома в них уменьшается вследствие связывания его в карбиды. Потому же при пайке газопламенной горелкой характер пламени должен быть нормальным, иначе избыток ацетилена в пламени тоже может активировать образование карбидов хрома.

Для получения жаропрочных и кислотостойких паяных соединений коррозионно-стойкие стали паяют припоями типа ВПР1, ВПР2, ВПР4 на основе меди с добавками никеля и марганца. Эти припои благодаря введению небольших количеств бора и лития обладают самофлюсующимися свойствами, хорошо затекают в зазоры при пайке в среде проточного аргона, образуя плотные и прочные швы. Хорошее качество паяных швов обеспечивают также припои на основе никеля, легированные хромом, марганцем, бором и др. Эти припои рекомендуются для пайки в среде Ar + HF или Ar + BF₃. В вакууме пайка этими припоями затруднена из-за интенсивного испарения марганца.

Необходимо учитывать, что при пайке коррозионно-стойких сталей возможно проявление эффекта адсорбционного понижения прочности, когда под действием адсорбционно-активной жидкой среды (припоев медных и некоторых серебряных) создаются условия для зарождения трещин и дальнейшего хрупкого разрушения металла. В целях предотвращения растрескивания паяемых деталей необходимо исключить наличие напряженного состояния растяжения, а также по возможности пайку вести припоем ПСр40, который не проникает по границам зерен и, как показывает опыт, не вызывает трещин. Низкотемпературная пайка коррозионно-стойких сталей осуществляется оловянно-свинцовыми припоями с флюсом типа ЛМ1, представляющим собой раствор канифоли в спирте с добавкой ортофосфорной кислоты. После пайки во избежание коррозии остатки флюса следует удалить.

Жаропрочные стали на своей поверхности также имеют трудноудаляемые оксидные пленки хрома, титана и ряда других элементов, входящих в состав сталей. Поэтому при их пайке применяют высокоактивные флюсы, водородную атмосферу с добавками фтористых соединений. Для лучшего удаления оксидов хрома во флюсы вводятся тетраборат и фториды. Пайка жаропрочных сталей, как и коррозионностойких, может производиться в защитной атмосфере аргона, гелия с использованием одновременно и флюсов.

В табл. 6.2 приведены некоторые припои, флюсы и рекомендуемые способы пайки жаропрочных и коррозионно-стойких сталей.

В ряде случаев для пайки жаропрочных сталей применяют припои на основе палладия систем Pd—Ni—Cr, Pd—Ni.

Таблица 6.2

Способы пайки жаропрочных и коррозионно-стойких сталей.

При производстве изделий ЛА в электронике используются припои на основе золота с добавками Ni, Сг. Они обеспечивают хорошие коррозионные свойства, могут работать при повышенных температурах, сохраняя высокие физические, механические и жаропрочные качества.