Всё для надежной сварки
Печатная версия материала с сайта svarkainfo.ru - портала о сварке. При использовании материалов с сайта, пожалуйста, всегда указывайте источник или гиперссылку.
показать меню

Главная / Библиотека / Технологии пайки / Пайка никеля и его сплавов

Технологии пайки

Пайка никеля и его сплавов

Никель является одним из важнейших прошенных металлов. Чистый никель имеет высокие предел прочности (σв = 400 ... 500 МПа), пластичность (δ = 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.

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
Тэги: пайка