книги / Справочник по пайке

ПАЙКА СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

Пайка углеродистых и низколегированных сталей

Углеродистые стали обыкновенного ка­ чества групп А, Б, В и марок СтО - Стб (ГОСТ 380-94) широко используют для изго­ товления металлоконструкций и в машино­ строении. Для деталей с повышенной твердо­ стью поверхности и вязкой сердцевиной при­ меняют стали, поддающиеся цементации, азо­ тированию и закалке ТВЧ. К ним относятся, например, стали высокой пластичности 08кп, Юпс, 15кп, 20, 25Г, 10Г2. Из сталей 15Х, 18ХГ, 20ХФ, 20Х2Н4А, 18Х2Н4МА, 20ХН2М изго­ тавливают малонагруженные валы и зубчатые колеса (ГОСТ 21354-87), а для тяжелонагруженных деталей используют стали, легирован­ ные титаном (15ХГН2ТА и 25Х2ГНТА) и бо­ ром (20ХТР и 20ХГНР). К углеродистым отно­ сятся и улучшаемые стали марок 30Г, 65Г, 38ХА, 30ХГСА, 40ХФА и 40ХГТР. Из высоко­ прочных сталей 38ХНЗМФА, 34ХН1МА и 35ХН1М2ФА изготавливают ответственные детали турбин и компрессорных машин, а из сталей 55С2А, 70СЗА, 50ХГА, 50ХГФА и 60С2ХФА - рессоры и пружины. К низколеги­ рованным, применяемым в судостроении, хи­ мическом и нефтяном машиностроении, отно­ сятся стали с карбонитридным упрочнением марок: 16Г2АФД, 15Г2АФДпс, 12ГН2МФАЮ, легированные кремнием, хромом, марганцем, никелем, медью: 10ХСНД, 09Г2С, 09Г2Д, 15ГФД и др. [4].

Пайка низкоуглеродистых и низколеги­ рованных сталей не вызывает особых трудно­ стей и может быть осуществлена всеми извест­ ными способами. При пайке высокоуглероди­ стых сталей требуется лишь более тщательная подготовка соединяемых поверхностей. Низко­ температурную пайку углеродистых и низколе­ гированных сталей часто выполняют оловянно­ свинцовыми припоями. В качестве флюса обычно применяют водные растворы хлористо­ го цинка.

При пайке сталей мартенситного класса оловянно-свинцовыми припоями возможно возникновение трещин под действием расплав­ ленного припоя. При этом наблюдается опре­ деленная закономерность: чем больше содер­

жание олова в применяемом припое и чем вы­ ше собственные напряжения в паяемом метал­ ле, тем больше вероятность возникновения в нем трещин в процессе пайки. Для устранения этого явления перед пайкой необходимо про­ изводить отпуск закаленных сталей. При сбор­ ке заготовок из таких сталей под пайку необ­ ходимо стремиться не создавать собственных напряжений в паяемом металле и производить пайку припоями, содержащими не более 40 % Sn.

Наиболее часто применяют оловянно­ свинцовые припои ПОССу40-0,5, ПОС61 и олово. В соединениях, паянных этими припоя­ ми, на границе раздела припой - паяемый ме­ талл может образоваться прослойка хрупкой интерметаллидной фазы FeSn2, которая ослаб­ ляет шов. Не допускается перегрев припоя, так как это увеличивает толщину интерметаллид­ ной прослойки, повышает пористость паяных швов; прочность соединений снижается.

Прочность паяных соединений во многом зависит и от технологического процесса пайки, зазора, применяемых флюсов и припоев. Наи­ большую прочность имеют соединения стали, паянные припоями ПОС40 и ПОС61. Низко­ температурные припои на основе цинка мало­ пригодны для пайки углеродистых и низколе­ гированных сталей из-за плохого смачивания, затекания в зазор и низкой прочности паяных соединений в результате образования на гра­ нице раздела хрупкой интерметаллидной про­ слойки.

Кадмиевые припои системы Cd-Ag, со­ стоящие из металлов, не образующих твердых растворов с железом, плохо растекаются при пайке сталей и не дают прочных соединений. Кадмиево-серебряные припои, легированные цинком, который активно взаимодействует с железом, обеспечивают более прочные соеди­ нения, чем припои системы Pb-Sn или Pb-Ag. Например, прочность соединений стали 10, паянных припоем состава 82 % Cd, 16 % Zn и 2 % Ag, составляет 160 МПа.

Высокотемпературную пайку углероди­ стых и низколегированных сталей выполняют обычно медью, медно-цинковыми и серебря­ ными припоями. Медно-фосфористые припои использовать для пайки сталей не рекоменду­ ется, так как на границе со сталью они образу­ ют хрупкие фосфиды железа, что придает пая­

ным соединениям повышенную хрупкость и хладноломкость. Применение медно-фосфо­ ристых припоев возможно только для соедине­ ний, не работающих при вибрационных и ди­ намических нагрузках, а также при низких температурах.

Для пайки низколегированных сталей возможно использование в качестве припоя чугуна. Для этого используют высокопрочные и пластичные модифицированные чугуны. При пайке углеродистых и низколегированных ста­ лей в качестве флюсов применяют буру, флю­ сы ПВ200, ПВ201, ПВ209, паяют также в газо­ вых средах, в атмосфере водорода, диссоции­ рованного аммиака, в продуктах неполного сгорания смесей воздуха с газами: генератор­ ным городским, пропаном и др. Оксидная пленка, образующаяся на поверхности углеро­ дистых и низколегированных сталей, химиче­ ски нестойкая. Она легко восстанавливается в газовых средах и растворяется всеми флюсами, рекомендованными для пайки сталей. При пай­ ке в контролируемых средах углеродистых и низколегированных сталей самым распростра­ ненным способом является пайка медью в печи с восстановительной атмосферой.

Соединения, паянные медью, более проч­ ные, чем медь в исходном состоянии. Времен­ ное сопротивление при растяжении соединений стали (СтЗ), паянных медью в защитной среде, составляет 350 МПа, а прочность литой меди - 190 200 МПа. Повышение прочности пая­ ных швов, выполненных медью, обусловлено растворением железа в жидкой меди в процессе пайки. Необходимо учитывать, что медь и не­ которые медные припои склонны к проникно­ вению по границам зерен низкоуглеродистых и конструкционных сталей.

Нагрев при пайке термически обработан­ ных низколегированных и углеродистых ста­ лей в некоторых случаях приводит к отжигу, превращению остаточного аустенита в мартен­ сит, распаду мартенсита, к отпускной хрупко­ сти. Поэтому при выборе температуры пайки и способа нагрева необходимо учитывать воз­ можность развития этих процессов. Способы нагрева, припои и флюсы для пайки сталей приведены в соответствующих разделах спра­ вочника.

Низколегированные стали также можно паять всеми известными способами. Затрудне­ ния в процессе пайки встречаются только в тех случаях, когда легирующие элементы, напри­ мер алюминий или хром, образуют на поверх­

ности стали химически устойчивые оксиды. В этом случае применяют более активные флюсы, а магнитные стали, содержащие алю­ миний, перед пайкой предварительно обраба­ тывают в растворе NaOH для удаления плотной пленки оксидов алюминия. В качестве газовой среды при пайке используют азот или аргон в смеси с трехфтористым бором. При этом сле­ дует иметь в виду возможность поверхностно­ го азотирования стали в процессе пайки, что при небольших толщинах (менее 1 мм) может привести к повышению прочности и снижению пластичности стали. При пайке закаленных низколегированных сталей следует иметь в виду возможность отжига в процессе пайки и, следовательно, снижения их механических свойств. Во избежание этого пайку ведут при температуре высокого отпуска (620 °С) с при­ менением припоя ПСр40 и флюсов ПВ284Х или ПВ209, которые обеспечивают получение высококачественных паяных соединений.

Возможен и другой вариант высокотем­ пературной пайки конструкционных сталей без снижения прочности паяемого металла. Для этого совмещают процесс пайки с закалкой и последующим отпуском. Такой технологиче­ ский процесс дает возможность не только со­ хранить прочность основного металла, но и существенно повысить прочность паяных со­ единений. Например, расчетом и эксперимен­ тально подтверждено, что при пайке ТВЧ сты­ ков трубопроводов из стали 20 оптимальным является режим нагрева, когда градиент темпе­ ратур не превышает 25 °С, а нагрев ведется со скоростью не менее 10 °С/с. Применяемые в практике пайки охлаждающие среды также необходимо выбирать с учетом свойств основ­ ного металла и условий допустимого уровня напряжений в стали 20. Так, для трубы типо­ размера 194x6 мм скорость остывания при ес­

При этом в качестве охлаждающей среды ре­ комендован сжатый воздух, поскольку этот режим охлаждения обеспечивает сохранение требуемых свойств паяемого металла и соеди­ нения (табл. 1).

В значительной мере на структуру и свойства паяемого металла и паяных соедине­ ний влияют операции подпайки, горячего цин­ кования (табл. 2). Для пайки соединений из низкоуглеродистых сталей, имеющих сбороч­ ные зазоры до 2 мм, применяли порошковые

припои с добавками тугоплавкого наполнителя до 30 % Например, при пайке стальных (СтЗ) труб ТВЧ или газовой горелкой (1000 °С, 30 с) с использованием паяльной пасты, состоящей из 70 % порошков припоя, 20 % наполнителя и 10 % флюса, обеспечивается предел прочности соединений на срез 300 320 МПа. При при­ менении паяльной пасты, содержащей припой ПАН-3 (62 % Си, 30 % Мп и 8 % Ni), наполни­

Прочность паяных швов незначительно снижа­ ется с увеличением сборочного зазора от 0,2 до 1,5 мм; при больших зазорах прочность резко падает, что связывают с появлением усадочной пористости и снижением эффекта контактного

упрочнения шва.

Высокая прочность соединений, паянных с зазорами до 1 мм, обеспечивается и при при­

менении паяльной пасты на базе железо­ марганцевого припоя П100 (табл. 3). Так, при пайке ТВЧ (1180 °С, 120 с) стыков стальных (сталь 20) труб диаметром 100 300 мм пре­ дел прочности на срез в зависимости от зазора составляет 250 330 МПа. Тугоплавкий на­ полнитель добавляют в паяльную пасту в зави­ симости от величины соединительного зазора; для зазоров 0,25 1 мм требуется не более 30 % тугоплавкого наполнителя [12, 13].

Пайка коррозионно-стойких сталей

В паяных конструкциях применяют ста­ ли: ферритные, легированные хромом; аусте­ нитные и аустенитно-ферритные, легирован­ ные хромом и никелем; мартенситные и аусте­ нитно-мартенситные, легированные феррито­ образующими элементами (алюминием, тита­ ном, молибденом и другими при низком со­

Растекание оловянно-свинцовых и других легкоплавких припоев по стали может быть значительно улучшено за счет предварительно­ го лужения паяемой поверхности этими же припоями. Лужение производят с использова­ нием активных флюсов путем последователь­ ного погружения деталей во флюс и в расплав­ ленный припой. Припой можно наносить вруч­ ную на место пайки и лудить с помощью па­ яльника или горелки. Оловянно-свинцовые припои на коррозионно-стойкие стали можно наносить и гальваническим методом, после чего изделие флюсуют и нагревают в печи до температуры пайки. После лужения остатки коррозионно-активных флюсов удаляют с по­ верхности кипячением или промывкой в про­ точной воде. Пайку луженых деталей можно производить с использованием канифольно­ спиртовых флюсов, обеспечивающих высокую коррозионную стойкость паяных соединений.

Высокотемпературную пайку коррозион­ но-стойкой стали производят серебряными, медными, никелевыми и другими припоями. Из серебряных припоев широкое распростране­ ние получили припои системы Ag-Cu (ПСр72), Ag-Cu-Cd-Zn (ПСр40, ПСр45, ПСр25). Стали, содержащие 18 % хрома и легированные тита­ ном, алюминием, кремнием, плохо смачиваются серебряными припоями (ПСр72 и ПСр72 МЛН) в вакууме и аргоне. Некоторое улучшение расте­ кания обнаруживается при легировании припоя ПСр72 титаном (0,12 %) или цирконием (1 %). Пайку коррозионно-стойкой стали при­ поем ПСр72 производят в вакууме 10'2 Па по предварительно нанесенному барьерному слою меди или гальванического никеля; по непокры­ той стали припой ПСр72 плохо растекается и не затекает в зазор. При повышении темпера­ туры пайки до 1000 °С и вакуума до 10'3 Па растекаемость не улучшается, а припой интен­ сивно испаряется. Покрытие химическим ни­ келем в качестве барьерного слоя при пайке в вакууме припоем ПСр72 не допускается, так как на границе раздела покрытие - паяемый металл образуются хрупкие интерметалличе­ ские фазы, что ослабляет прочность паяных соединений; швы разрушаются хрупко. Осо­ бенно это проявляется при работе изделия в условиях низких температур или при динами­ ческих нагрузках.

При пайке газовой горелкой припой ПСр72 плохо растекается по стали 12Х18Н10Т как с использованием флюса ПВ209, так и ПВ200. Для улучшения смачивания и растекания при­

поя ПСр72 его легируют литием. Растекае­ мость серебряных припоев по коррозионностойкой стали можно улучшить введением в

них никеля. Оптимальными свойствами обла­ дают припои, легированные 3 5 % Ni; реко­ мендуется следующий состав припоя: 65 % Си, 30 % Ag, 5 % Ni. Температура плавления при­ поя 830 900 °С [9, 17]. Кроме того, соедине­ ния из коррозионно-стойких сталей, паянные серебряными припоями, не содержащими ни­ кель, склонны к щелевой коррозии во влажной атмосфере. Щелевая коррозия не возникает при пайке серебряными припоями, содержащими 2 3 %Ni.

Для пайки хромистых ферритных сталей рекомендуются припои следующих составов:

1)40 % Ag; 30 % Си; 28 % Zn; 2 % Ni (температура растекания 783 °С);

2)40 % Ag; 30 % Си; 25 % Zn; 5 % Ni (температура растекания 850 °С);

3)50 % Ag; 15,5 % Си; 16 % Cd; 15,5 % Zn; 3 % Ni (температура растекания 690 °С).

При пайке нестабилизированных корро­ зионно-стойких аустенитных сталей следует учитывать их возможную склонность к интеркристаллитной коррозии после нагрева в ин­

ется. Серебряные припои с температурой плав­ ления 620 800 °С применяют при пайке ста­ лей, содержащих низкую долю углерода или стабилизированных карбидообразующими элементами (Nb, Ti), устраняющими склон­ ность их к интеркристаллитной коррозии после нагрева.

Пайка ферритных коррозионно-стойких сталей (13 % Сг) серебряными припоями не снижает коррозионной стойкости паяных со­ единений, так как эти стали склонны к интер­ кристаллитной коррозии только после закалки с температуры выше 900 °С. При пайке корро­ зионно-стойких сталей припоем ПСр25КН с применением флюса ПВ209 наблюдается рас­ трескивание. Поэтому припой ПСр25КН не­ пригоден для пайки тонкостенных изделий, от которых требуется герметичность, и для узлов, подвергающихся вибрационным нагрузкам. Для предупреждения растрескивания необхо­ димо следить за тем, чтобы в процессе нагрева детали не находились в напряженном состоя­ нии. При этом нужно выбирать такие серебря­ ные припои, которые не проникают по грани­ цам зерен основного металла. В этом случае применяют припой ПСр40 с использованием флюса ПВ284Х.

Пайку припоем ПСр40 можно произво­ дить газовой горелкой и нагревом в печи. При пайке в печи флюс ПВ284Х или ПВ209 в виде пасты замешивают на воде или спирте, наносят на места пайки и предварительно уложенный припой. При пайке горелкой необходимо по­ стоянное флюсование до образования галтели. Остатки флюса после пайки следует удалять путем кипячения в воде или в проточной горя­ чей и холодной воде, так как они способствуют развитию коррозии.

Для высокотемпературной пайки корро­ зионно-стойких сталей в качестве припоев применяют также чистую медь или сплавы на ее основе. Достоинством медных припоев яв­ ляется то, что пайку ими осуществляют при температурах 950 1150 °С. При температу­ рах пайки выше 1000 °С происходит отжиг стали и устраняются внутренние напряжения, что предотвращает опасность растрескивания основного металла в контакте с расплавленным припоем. Медь хорошо смачивает коррозион­ но-стойкую сталь в среде аргона с трехфтори­ стым бором (BF3). Для улучшения растекания по стали при пайке в среде аргона медь леги­ руют различными поверхностно-активными добавками: литием (0,15 0,3 %), оловом (до 5 %), марганцем, кремнием, титаном и др.

В качестве припоев для пайки коррозион­ но-стойких сталей можно применять латуни. Они достаточно хорошо растекаются по стали и образуют прочные паяные соединения (ав < 350 МПа). Существенным недостатком этих припоев является то, что латуни в жидком состоянии проникают по границам зерен стали и способствуют хрупкому разрушению под напряжением. Эффект растрескивания сталей по границам зерен наиболее выражен при пай­ ке ТВЧ или в пламени газовой горелки, т.е. когда вследствие неравномерного и быстрого нагрева создаются внутренние растягивающие напряжения. Вероятность образования трещин становится меньше при пайке латунью ото­ жженной стали в печах или в солевых ваннах, где обеспечивается равномерный нагрев паяе­ мых деталей. Во всех случаях опасность обра­ зования трещин возрастает при повторной пе­ репайке. Следует также учитывать, что при пайке в печах происходит значительное испа­ рение цинка из латуни и повышение темпера­ туры пайки.

Для пайки коррозионно-стойких сталей применяют и медномарганцевые припои, на­ пример П65, легированный цирконием, или

ВПр2 и ВПр4, легированные литием или бо­ ром. Эти припои хорошо растекаются по ста­ лям Х17Н5, Х18ДТ, 12Х18Н10Т и Х15Н8М2Ю в среде проточного аргона и в вакууме слабо растворяют стали даже при выдержке 1,5 ч при температуре пайки [12, 16, 22]. Пайку деталей из стали 12Х18Н10Т можно производить ТВЧ на воздухе с использованием флюса ПВ200. Соединения стали 12Х18Н10Т, паянные при­ поями П65, ВПр2 и ВПр4, могут кратковре­ менно работать при температуре 600 °С и име­ ют более высокую прочность, чем при» пайке серебряными припоями.

Припои системы Cu-Ni-Si, например ВПр1, ПЖ45-81, можно применять для пайки нагартованных коррозионно-стойких сталей, а также для пайки конструкций, в материале которых могут возникнуть растягивающие напряжения. Предел прочности на срез соеди­ нений стали 12Х18Н10Т, паянных припоем ВПр1, составляет 280 МПа. Соединения, паян­ ные припоями ВПр1 и ПЖ45, теплостойки до температуры 700 °С и хладостойки до -196 °С. Для пайки коррозионно-стойких сталей можно применять припои на основе никеля системы Ni-Cr-Mn, Ni-P. Припоями Ni-Cr-Mn можно паять в среде аргона с трехфтористым бором. При пайке в вакууме припоями, содержащими марганец, последний интенсивно испаряется, поэтому изделия желательно ампулировать или помещать в закрытый контейнер. Припои с широким интервалом кристаллизации системы Ni-Cr-Mn плохо смачивают коррозионностойкую сталь и образуют пористые паяные соединения.

Припой системы Ni-P наносят на сталь химическим методом. После нанесения хими­ ческого никеля толщиной 25 100 мкм пайку можно производить в сухом водороде, аргоне

(ств = 270 МПа), однако швы отличаются низ­ кой пластичностью и непригодны для конст­ рукций, работающих при ударных и вибраци­ онных нагрузках, и особенно для работы при криогенных температурах. Они становятся ударно-хрупкими уже при температуре -196 °С.

Пайку стыков труб коррозионно-стойкой стали, а также труб с трубными досками можно производить с использованием экзотермиче­ ского нагрева. В качестве источника тепла применяют термитные шашки. Этот метод нагрева апробирован в условиях космоса на приборе «Реакция» при пайке стыков труб с

муфтами припоем никель-марганец [1]. При пайке стыков труб в условиях завода или мон­ тажных размеры термитных шашек подбира­ ются экспериментально в зависимости от раз­ мера паяемых труб и температуры плавления припоя. Например, для пайки железомарганце­ вым припоем П-87 (Т = 1200 °С) стыка труб диаметром 10 мм при толщине стенки 1 мм требуется термитная шашка с наружным диа­ метром 21 мм, внутренним 11 мм, высотой 12 мм и массой 6 г. Для трубопровода диаметром 42 мм и толщиной стенки 4 мм требуется шаш­ ка с наружным диаметром 84 мм, внутренним 44 мм, высотой 50 мм и массой 400 г [14].

Пайка жаропрочных сталей и сплавов

В ГОСТ 5632 внесено 39 марок жаро­ прочных сталей и 24 марки жаростойких сплавов. К ним относятся, например: стали, легированные вольфрамом, ванадием, молиб­ деном, ниобием и алюминием 12Х1МФ, 09Х14Н19В2БР; карбидоупрочняемые спла­ вы - 40Х15Н7Г7Ф2МС и 37Х12Н8Г8МФБ; дисперсионно-твердеющие аустенитные стали 10Х11Н20ТЗР и мартенситные - Х12НМБФ; стареющие сплавы на основе никеля и кобаль­ та - ХН55ВМТКЮ; сплавы на основе никеля, легированные бором и церием, - ХН35ВТЮ, ХН77ТЮР и др. Из жаропрочных сталей и сплавов изготавливают лопатки паровых и газовых турбин (ХН35ВТЮ, ХН77ТЮР), дета­ ли авиационных двигателей (ЖС6К и ВЖ98). Главным требованием для этих материалов является жаропрочность, т.е. их сопротивление упругим и пластическим деформациям при высоких температурах. Например, у лопаток паровых турбин деформации не должны пре­ вышать 1 % за 10 лет работы, а для паровых котлов - не более 1 % за 100 000 ч. Такие же высокие требования по жаропрочности предъ­ являются и к паяным соединениям узлов, изго­ товляемых из этих материалов.

Припои, применяемые для пайки жаро­ прочных сплавов, должны обеспечивать необ­ ходимую жаропрочность и коррозионную стойкость. Так, в лопатках турбин реактивных двигателей, испытывающих значительные тер­ мические нагрузки, паяные соединения долж­ ны длительное время работать при температу­ рах 850 900 °С. Трудности пайки жаропроч­ ных сталей и сплавов обусловлены наличием на их поверхности прочных и плотных пленок, состоящих из оксидов хрома, титана, алюми­

ния и других элементов. Эти оксидные пленки обладают высокой термической и химической стойкостью. Для удаления оксидной пленки с этих материалов применяют высокоактивные флюсы и производят тщательную подготовку поверхности.

Подготовку к пайке соединяемых по­ верхностей производят наждачной бумагой, напильником, обезжиривают в парах органиче­ ских растворителей, в горячих щелочных рас­ творах или в электролитических ваннах. Пайку жаропрочных сплавов, содержащих металлы с большим сродством к кислороду, например алюминий, титан, бор, рекомендуется произво­ дить в водородной среде с добавкой фториро­ ванной атмосферы. В этом случае в герметич­ ный контейнер под изделие предварительно помещают фтористый аммоний в количестве 1 г на 1000 см3 объема контейнера. При нагреве фтористый аммоний разлагается на водород, азот и фтористый водород, при этом на по­ верхности изделий адсорбируются фториды, препятствующие окислению.

Флюсы, содержащие бориды и фтористые соли, плохо удаляют оксиды хрома, поэтому они малопригодны для пайки жаропрочных сталей и сплавов. Более приемлемы флюсы, в состав которых входят тетраборат и фториды. В качестве защитной атмосферы применяют сухие и очень чистые газы (аргон, гелий, водо­ род, водород в сочетании с парами галоидных солей хрома или марганца, фторированную атмосферу). Пайку в этом случае производят в специальной камере. Под изделие помещают хлористые или фтористые соли хрома, марган­ ца или других металлов. В верхней части каме­ ры располагают гранулированный или порош­ кообразный хром, никель, марганец, железо, которые служат для регенерации паров металла в атмосфере. При нагреве соли выделяются соответствующие пары, которые препятствуют окислению паяемого металла и способствуют растеканию припоя [9, 23].

Для высокотемпературной пайки жаро­ прочных сталей применяют серебряные при­ пои. Припои с содержанием не менее 72 % Ag используют для пайки сталей в вакууме или инертных средах по предварительно нанесен­ ному барьерному слою никеля или меди. При­ поями с меньшим содержанием серебра паяют стали без покрытий с помощью ТВЧ или газо­ пламенного нагрева с применением флюсов ПВ209 или ПВ284Х.

раствор акриловой смолы БМК-5, разведенной

врастворителе Р5. Пайку осуществляют в печи

всреде аргона с трехфтористым бором при 1130 °С и выдержке 5 мин. Нагрев производят со скоростью 50 °С/мин. При таком режиме пайки сохраняются механические свойства паяемого материала. Стыковые соединения имеют временное сопротивление при растяже­ нии (1000 °С) 120 150 МПа. При увеличении зазора с 0,3 до 1,0 мм прочность соединений практически не меняется.

Вавтомобильной и тракторной промыш­ ленности для пайки клапанов и седел, изготав­ ливаемых из сталей и никелевых сплавов, при­ меняют припой марки 5АГ системы никель- хром-кремний, имеющий в литом состоянии вре­ менное сопротивление при растяжении 500 МПа

Смесь 85 % порошков припоя 5АГ с 15 % вольфрама обозначена маркой 5ВА и применя­ ется в виде пасты. Паяльную пасту приготав­ ливают смешением порошковой смеси 5ВА со связующим на основе акриловой смолы АС-82 и наносят на паяемые поверхности пульвериза­ тором или кистью.

Пайку можно осуществлять в вакууме и в среде аргона при 1200 °С. Предел прочности на срез соединений стали 09X16Н4Б, паянных згой пастой, 430 МПа при 20 °С, а при 900 °С -

120 МПа. Припой обеспечивает и высокую температуру распайки, равную 1240 °С. Для пайки жаропрочной стали 20X13 рекомендован медно-марганцевый припой П65, позволяющий получать соединения с пределом прочности 300 МПа и работающий в диапазоне темпера­ тур-196 + 400 °С [12, 13].

В США для пайки жаропрочных сплавов применяют следующие припои на основе никеля:

«Кольманой 6»: 72 % Ni; 15 % Сг; 4 % Fe; 3,75 % Р; 4,5 % Si; 0,45 % С(ГПЛ= 1010 1070 °С); «Никробрейз»: 70,5 % Ni; 6,5 % Сг; 4 % В;

1070 °С).

Например, соединения стали 37Х12Н8Г8МФБ в атмосфере водорода при 1175 °С, паянные припоем «Кольманой 6», обеспечивают предел прочности а в = 240 МПа при 700 °С в течение 112 ч. При пайке сплавов типа ХН77ТЮР эти припои активно растворяют основной металл и проникают по границам зерен. Пластичность соединений можно повысить отжигом в вакуу­ ме или аргоне при температуре ниже темпера­ туры пайки на 100 150 °С. При этом повы­ шаются прочность соединений и температура распая за счет испарения и диффузии в паяе-

мый металл ряда компонентов. Соединения, паянные этими припоями, могут работать до температуры 800 °С.

Для пайки газовых турбин в США при­ меняют припой следующего состава: 36 % Ni; 10 % Сг; 54 % Мп, имеющий Т^ = 1086 ... 1170 °С. В припой этой системы для улучшения расте­ кания вводят Fe, Си, Si и В, для повышения жаропрочности и коррозионной стойкости - Al, Ti, Mo, Nb, а для придания им самофлюсующих свойств - Li, К, Na. Пайку производят в аргоне, в смеси аргона с фтористым водоро­ дом или трехфтористым бором либо в вакууме КГ2 Па. Припои этой системы значительно меньше растворяют паяемый металл и меньше проникают по границам зерен по сравнению с высоконикелевыми припоями, содержащими бор. Эти припои применяют для пайки тепло­ обменников, деталей ракетных и реактивных двигателей из жаропрочных сплавов, плакиро­ ванных нихромом или другими металлами.

В США и Германии для пайки жаропроч­ ных сплавов получили распространение при­ пои системы Ni-Cr-Pd, например припой соста­ ва 44,3 % Ni; 54,9 % Pd; 0,49 % Si, 0,25 % Be (jTnjl =1115 1160 °C). Палладий снижает тем­ пературу пайки, улучшает растекаемость, уменьшает проникновение по границам зерен, а также позволяет паять соединения с больши­ ми зазорами. Припой хорошо смачивает жаро­ прочные сплавы, содержащие титан и алюми­ ний, при пайке их в контролируемых атмосфе­ рах или вакууме.

Весьма жаропрочными являются соедине­ ния, паянные припоями системы Ni-Та, Fe-Ta, Co-Si, Ni-Mo, Ni-Сг, Ni-Pd с температурой пай­

ки 1200 1400 °C. Применение этих припоев ограничивается из-за высокой температуры пайки. Низкотемпературную пайку оловянно­ свинцовыми припоями жаропрочных сталей и сплавов производят редко. Пайку осуществля­ ют паяльником, газопламенным нагревом или погружением в расплавленный припой. В каче­ стве флюсов применяют водный раствор хло­ ристого цинка с добавками соляной кислоты, раствор ортофосфорной кислоты или ком­ плексные флюсы. Канифольные флюсы недос­ таточно активны для пайки жаропрочных ста­ лей, однако ими можно пользоваться при пайке луженых поверхностей. Основные способы пайки, флюсы и припои для жаропрочных и коррозионно-стойких сталей приведены в табл. 5.

Пайка инструментальных сталей

Инструментальными называют высокоуг­

Для повышения теплостойкости этих сталей их легируют вольфрамом (до 18 %), хромом (до 5 %), ванадием (до 4 %) и другими элементами. Ин­ струментальные стали подвергают закалке с температур 1200 1300 °С с последующим отпуском при 560 580 °С или обработкой холодом. Быстрорежущие стали припаивают к корпусу инструмента из конструкционных ста­ лей в указанном интервале температур с приме­ нением высокотемпературных никелевых при­ поев. Такие стали можно паять всеми способами с учетом технологических рекомендаций по пайке конструкционных сталей и чугуна.

Для снижения внутренних напряжений в шве наряду с применением припоев с более