Способ пайки телескопических конструкций

 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, а именно к пайке телескопических конструкций, содержащих тонкостенную внутреннюю и толстостенную наружную детали. Толстостенная наружная деталь выполнена из высокопрочного сплава на никелевой основе, а тонкостенная внутренняя - из сплава с содержанием серебра до 90%. Перед сборкой конструкции на паяемую поверхность наружной детали наносят слой никелевого покрытия, а паяемую поверхность внутренней детали и припой подвергают катодному электрохимическому обезжириванию, травлению и промывке в воде. Детали собирают на термофиксаторе, обеспечивающем поджатие деталей друг к другу в процессе нагрева, пайки и охлаждения. Помещают сборку в контейнер, который вакуумируют до разрежения 110^-2 мм рт.ст., и осуществляют пайку. Нагрев осуществляют в атмосфере инертного газа с изотермической выдержкой. После пайки охлаждение конструкции в контейнере проводят в атмосфере аргона до температуры 2005^oС, затем на воздухе. В результате повышается выход годной продукции за счет исключения дефектов - пористости - в паяных соединениях. 2 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к области пайки телескопических конструкций, содержащих тонкостенную внутреннюю и толстостенную наружную детали, выполненные из разнородных материалов с разными коэффициентами термического расширения, преимущественно из сплавов на основе серебра и высокопрочной стали или сплава на никелевой основе. Использование серебра в качестве материала тонкостенной детали обусловлено его высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью.

Телескопические конструкции, предназначенные для работы в узлах энергетических установок, как правило, изготавливают в виде спаянных между собой соединений, содержащих внутреннюю тонкостенную деталь и наружную толстостенную - с полостью между ними. При изготовлении телескопических конструкций, детали которых выполнены из разнородных материалов, необходимо обеспечить в процессе пайки прижатие деталей друг к другу для получения прочного и плотного их соединения.

Известен способ пайки телескопических конструкций, содержащих толстостенную наружную и тонкостенную внутреннюю детали с разными коэффициентами термического расширения (КТР), включающий сборку деталей на термофиксаторе, нагрев, пайку и охлаждение (см. авт. свид. СССР 472760, кл. B 23 K 3/08). Термофиксатор содержит усеченный конус из материала с КТР, равным или большим КТР материала наружной паяемой детали, и кольцо из материала с КТР, близким КТР материала внутренней паяемой детали. Собранные детали со вставленным внутрь кольцом устанавливают на конус и паяют в печи. В процессе нагрева кольцо расширяется, поджимая внутреннюю деталь к наружной. При охлаждении кольцо не позволяет внутренней детали оторваться от наружной.

Данный способ обеспечивает высокую степень герметичности паяного соединения при пайке малой толщины внутренней детали, выполненной из материала, плохо свариваемого с материалом наружной детали.

Однако при пайке конструкций, содержащих внутреннюю тонкостенную деталь из сплава с высоким содержанием серебра (до 90%), в паяном соединении наблюдается появление пористости, что может привести к разрушению конструкции при ее работе в экстремальных условиях. Появление пористости в паяном соединении обусловлено наличием на паяемой поверхности этой детали окислов серебра, образующиеся в процессе ее изготовления, например в процессе сварки кольца из полосы толщиной до 10 мм.

Задача изобретения - создание технологического режима пайки телескопических конструкций, содержащих внутреннюю тонкостенную деталь из сплава с высоким содержанием серебра, исключающего возникновение в паяных соединениях дефекта - пористости, способствующего в условиях высоких температур, давления и вибрации их разрушению.

Задача решена за счет того, что пайку телескопических конструкций, содержащих толстостенную наружную деталь и тонкостенную внутреннюю из сплава с высоким содержанием серебра, осуществляют на термофиксаторе, содержащем усеченный конус из материала с КТР, равным или большим КТР материала наружной паяемой детали, и кольцо из материала с КТР, близким КТР материала внутренней паяемой детали, причем перед сборкой на паяемую поверхность наружной детали наносят слой никелевого покрытия, а паяемую поверхность внутренней детали и материал припоя, выполненного, например, в форме фольги, подвергают катодному электрохимическому обезжириванию с последующим травлением, пайку осуществляют в контейнере, вакуумированном до разрежения не ниже 110^-2 мм рт. ст. и заполненном инертным газом, а охлаждение до 2005^oС проводят в инертной атмосфере.

Технический результат - повышение выхода годной продукции за счет исключения дефекта - пористости в паяных соединениях.

В соответствии с изобретением способ осуществляют следующим образом.

Паяют двухслойную телескопическую конструкцию, содержащую толстостенную наружную деталь, выполненную из высокопрочного сплава на никелевой основе, и тонкостенную внутреннюю - из сплава с содержанием серебра до 90%. Перед сборкой конструкции на паяемую поверхность наружной детали наносят слой гальванического никелевого покрытия толщиной 10-20 мкм. Наличие такого покрытия необходимо для улучшения растекания припоя между деталями в процессе их пайки. Паяемую поверхность тонкостенной внутренней детали и материал припоя в форме фольги или проволоки подвергают катодному электрохимическому обезжириванию, а затем травлению и промывке в воде. Выбор режима указанной обработки зависит от технологических особенностей. Указанная обработка внутренней детали и материала припоя позволяет полностью удалить с их поверхностей всякого рода загрязнения, в том числе и значительную часть окислов серебра. Сборку деталей проводят на термофиксаторе, содержащем усеченный конус из материала наружной детали или материала, КТР которого больше КТР материала этой детали, например сплава на никелевой основе, близкого по химическому составу к материалу наружной детали, и кольцо из нержавеющей стали, КТР которой близок КТР серебра. Предварительно на паяемую поверхность наружной детали устанавливают припой, выполненный в форме проволоки или фольги. Возможно использование одновременно и проволоки, и фольги, в этом случае сначала устанавливают проволоку, а затем фольгу. В качестве материала припоя используют сплав, содержащий серебро, например, марки ПСрМ068. Собранные детали со вставленным внутрь кольцом устанавливают на конус и помещают в контейнер, который вакуумируют до разрежения 110^-2 мм рт. ст. и заполняют инертным газом, например аргоном. Герметизированный контейнер размещают в печи, где осуществляют пайку. Нагрев проводят с изотермической выдержкой, обеспечивающей выравнивание температур разнотолщинных деталей. Температура выдержки зависит от габаритов деталей, их толщин и других факторов. Выбор режима пайки обуславливается температурой плавления серебра и температурой плавления припоя. Время выдержки в процессе пайки выбирают достаточным для расплавления припоя и взаимодействия его с паяемыми поверхностями деталей. После пайки охлаждение конструкции в контейнере проводят в атмосфере аргона до температуры 2005^oС, затем на воздухе.

Пайка на термофиксаторе позволяет осуществить достаточное прижатие деталей друг к другу и получить паяное соединение без непропаев. Проведение пайки в вакууме позволяет за счет диссоциации окислов серебра полностью устранить их с паяемой поверхности детали и тем самым обеспечить растекаемость припоя на поверхностях деталей и исключить наличие пор в паяемом соединении. Металлографический анализ конструкции, спаянной по описанной выше технологии, показал на отсутствие в паяном соединении таких дефектов, как пористость и неспаи. Испытания на прочность и герметичность не обнаружили разгерметизации конструкции.

Были изготовлены двухслойные телескопические конструкции, наружные детали которых выполнены из высокопрочной мартенситно-стареющей стали ВНС 25, а внутренние из сплава, содержащего более 90% серебра. Пайка осуществлялась на термофиксаторе, содержащем усеченный конус, выполненный из стали ВНС-25, и кольцо из стали 12Х18Н10Т. Были также изготовлены двухслойные телескопические конструкции, наружные детали которых выполнены из сплава на никелевой основе ЭП 202, а внутренние из сплава, содержащего до 70% серебра. Пайка осуществлялась на термофиксаторе, содержащем усеченный конус из сплава ЭП 202, и кольцо из стали 12Х18Н10Т.

Металлографические исследования и механические испытания показали на отсутствие в паяных соединениях дефектов и высокую степень герметичности конструкций.

Формула изобретения

1. Способ пайки телескопических конструкций, содержащих толстостенную наружную и тонкостенную внутреннюю детали, выполненные из материалов с разными коэффициентами термического расширения, включающий сборку деталей на термофиксаторе, содержащем усеченный конус из материала с коэффициентом термического расширения, равным или большим коэффициента термического расширения материала наружной паяемой детали, и кольцо из материала с коэффициентом термического расширения, близким названному коэффициенту материала внутренней паяемой детали, а также нагрев, пайку и охлаждение, отличающийся тем, что при пайке конструкций, содержащих тонкостенную внутреннюю деталь, выполненную из сплава с высоким содержанием серебра, перед сборкой паяемую поверхность внутренней детали и материал припоя подвергают катодному электрохимическому обезжириванию с последующим травлением, а на паяемую поверхность наружной детали наносят слой никелевого покрытия, пайку осуществляют в контейнере, вакуумированном до разрежения не ниже 110 мм^-2 рт. ст. и заполненном защитным газом, а после пайки проводят охлаждение в защитном газе до 200±5°С, а затем — на воздухе.

2. Способ п.1, отличающийся тем, что на поверхность наружной детали наносят слой никелевого покрытия толщиной 10 — 20 мкм.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что пайку осуществляют с изотермической выдержкой, обеспечивающей выравнивание температур паяемых деталей.