Сеть профессиональных контактов специалистов сварки.
             

Бесфлюсовая пайка алюминиевых сплавов

(экологически чистая технология)

Темы : Пайка.

Бесфлюсовая пайка алюминиевых конструкций в настоящее время осуществляется в вакууме и атмосфере аргона. Пайку в вакууме выполняют в присутствии паров магния, причем магний, как правило, входит также и в состав припоя на основе силумина.

Пайку осуществляют при температуре 600 °C в вакууме 10–2—10–3 Па.

Недостатками данного способа являются необходимость периодической очистки стенок камеры печи, экранов, нагревательных элементов и вакуумной системы от сконденсировавшихся паров магния и применение при пайке многокомпонентных припоев.

Одним из вариантов вакуумной технологии пайки является способ, позволяющий вести процесс при нагреве в вакууме с остаточным давлением менее 10 Па и использовать в качестве припоя силумины без магния. Переход к низкому вакууму возможен благодаря применению вспомогательного контейнера с затвором, уплотненным титановой губкой, с введением паров магния из навески, которая размещена в затворе под губкой, выполняющей функцию неиспаряемого геттера. Этот способ позволяет осуществлять пайку на более простом оборудовании и перспективен при изготовлении негабаритных изделий.

Pис. 1. Микpостpуктуpа паяного в аpгоне с геттеpом cоединения листа и насадки в макете ПPТ.х70

бесфлюсовая пайка алюминия

Разработанный в ОАО "Криогенмаш" новый способ бесфлюсовой пайки крупногабаритных алюминиевых конструкций, в частности пластинчаторебристых теплообменников (ПРТ), не имеет отмеченных недостатков вакуумной пайки. Пайку выполняют припоями системы Al—Si, не содержащими Mg, в аргоне, который перед поступлением в камеру пайки очищают от примесей кислорода и паров воды. Для получения качественных соединений необходима дополнительная очистка атмосферы камеры, так как в процессе нагрева и пайки в результате термической дегазации металла паяемого изделия, конструкционных материалов камеры и сборочно-паяльного приспособления происходит непрерывное изменение состава атмосферы. Применение в качестве геттера пластин пористого титана, который по сравнению с титановой губкой более технологичен, позволяет осуществлять пайку в практически безокислительной атмосфере. При этом паяные соединения имеют хорошо сформированные галтели (рис. 1), а прочность на срез составляет 85—90 МПа.

Рис. 2. Термический цикл пайки пакета ПРТ размером 1050х850х3000 мм и изменение содержания кислорода (4) и паров воды (5) в камере в процессе нагрева: 1—3 — температура газа, пакета (минимальная и максимальная) соответственно

На рис. 2 приведен термический цикл пайки в аргоне пакета ПРТ размером 1050х850х3000 мм и изменение содержания кислорода и паров воды в камере в процессе нагрева. Нагрев и циркуляция аргона в камере производятся встроенными в нее аэродинамическими нагревателями.

К недостаткам данного способа следует отнести необходимость предварительной очистки аргона от примесей кислорода и паров воды, а также многократного вакуумирования камеры с целью дегазации изделия и геттера в процессе нагрева.

Регенерация геттера

Производственный опыт изготовления ПРТ пайкой в аргоне показал, что для сохранения высокого качества паяных соединений геттер, установленный в камере пайки, необходимо заменять после 120—150 ч нагрева при температуре пайки. Поскольку стоимость пористого титана высока, возникает вопрос о его регенерации для последующего использования при пайке.

Для регенерации титановой губки в работе предложено проводить ее отжиг в вакууме 5•10–2 Па при температуре 850 °C в течение 1 ч.

Рис. 3. Зависимость содержания кислорода в пористом титане от температуры нагрева в вакууме (2—5)10–3 Па при выдержке в течение 2 ч

 

Установлено, что потерянные геттерные свойства губки восстановились, однако число термических циклов пайки, при которых обеспечивалось смачивание алюминия припоем, сократилось примерно в 2 раза.

Результаты исследований восстановления пористого титана показали, что в интервале температур от 300 до 1000 °C кривая зависимости содержания кислорода в пористом титане от температуры нагрева в вакууме при изотермической выдержке в течение 2 ч через каждые 100 °C имеет два характерных минимума при 500 и 800°C (рис. 3). Наличие этих минимумов свидетельствует о десорбции кислорода из металла.

При других температурах титан окисляется, причем в области температуры 600°C наблюдается его максимальное окисление.

Рис. 4. Зависимость давления в вакуумной камере от температуры нагрева окисленного пористого титана.

Температура 500°C является критической, при которой кислород из фазового оксида на поверхности титана переходит в твердый раствор. При этом переходе в процессе вакуумирования часть кислорода десорбируется, что подтверждается увеличением давления в вакуумной камере (рис. 4) при нагреве пористого титана.

На основании полученных результатов разработан способ практически полной регенерации титана.

Сделано также предположение, что при пайке алюминиевых сплавов в вакууме использование пористого титана в качестве неиспаряемого геттера позволит отказаться от применения паров магния.

Бесфлюсовая пайка в вакууме в присутствии пористого титана

Для подтверждения приведенного предположения исследовали пайку алюминиевого сплава АМц, плакированного эвтектическим силумином. Пайку выполняли в вакуумной (10–3 Па) высокотемпературной печи СГВ-2.4-2/15-И2. В качестве геттера использовали пластины пористого титана ВТ1-0 ППТЭ-МП толщиной 4 мм. Паяемость оценивали по прочности паяных соединений образцов и макетов ПРТ, качеству формирования галтелей и результатам металлографических исследований.

Рис. 5. Термический цикл нагрева в вакууме макета ПРТ размером 100х100х9 мм и изменение давления в камере в процессе нагрева: 1, 2 — температура макета и титана соответственно; 3 — давление

 
На рис. 5 приведен термический цикл пайки в вакууме макета ПРТ размером 100х100х9 мм и изменение давления в камере в процессе нагрева. Охлаждение осуществляли с выдержкой при температуре 500 °C для регенерации геттера, что обеспечило возможность его многократного использования.

При испытании паяных макетов на прочность разрушение происходит по насадке при давлении 10 МПа. Прочность соединений на срез составляет 100 МПа. Металлографические исследования паяных соединений подтвердили их высокое качество (рис. 6).

бесфлюсовая пайка

Рис. 6. Соединение сплава АМц, паянное эвтектическим силумином в вакууме в присутствии пористого титана при температуре пайки 605°C с выдержкой в течение 30 мин. х50

 

Экологически чистый способ подготовки поверхности алюминиевых сплавов к пайке

 

Для удаления жировых загрязнений и "старых" оксидных пленок с поверхности алюминиевых сплавов перед пайкой в основном применяют традиционное травление в щелочных растворах и растворах кислот. Однако эти способы подготовки поверхности не являются экологически чистыми и не отвечают современным требованиям защиты окружающей среды.

В ОАО "Криогенмаш" проведены комплексные исследования широкой номенклатуры современных очищающих средств различных фирм-производителей. Эти очистители представляют собой водные растворы щелочного и кислотного характера, являются нетоксичными, взрыво- и пожаробезопасными, полностью биоразлагаемыми жидкостями, в составе которых присутствуют поверхностно-активные вещества и компоненты, способные удалять с поверхности алюминиевых сплавов жировые загрязнения и оксидные пленки.

На основе полученных результатов разработан новый экологически чистый процесс подготовки поверхности деталей из алюминиевых сплавов в растворе кислотного очистителя "Дескалер ФФ" (ООО "ЕСТОС-Техно"). При полном удалении жировых загрязнений и "старых" оксидных пленок скорость растворения металла в 10 %-ном растворе примерно на два порядка меньше, чем при традиционном щелочном травлении, и составляет 0,07 мкм/мин, что особенно важно при подготовке к пайке тонкостенных конструкций.

Разработанный процесс подготовки деталей из алюминиевых сплавов к пайке позволяет получать прочноплотные паяные соединения. Установлено, что максимальная прочность ПРТ, детали которых перед пайкой в вакууме обработаны в растворе "Дескалер ФФ", составляет 10 МПа, что близко к расчетной величине и превышает прочность ПРТ (7,5 МПа), паянных в аналогичных условиях после подготовки деталей по традиционной технологии.

ВЫВОДЫ

1. Использование в качестве геттера пористого титана позволяет производить бесфлюсовую пайку алюминиевых сплавов не только в аргоне, но и в вакууме без применения паров магния.

2. Предварительная подготовка поверхности деталей в растворе кислотного очистителя "Дескалер ФФ" обеспечивает экологическую чистоту процесса пайки.

Copyright. При любом цитировании материалов Cайта, включая сообщения из форумов, прямая активная ссылка на портал weldzone.info обязательна.

.