18.01.2016

Общие сведения

Пайка представляет собой процесс соединения материалов с использованием промежуточного технологического материала — припоя, который имеет меньшую температуру плавления, чем соединяемые материалы.
Методы традиционной высокотемпературной пайки, как правило, сложны и многостадийны.
Быстрозакаленные аморфные и микрокристаллические сплавы, получаемые в виде порошков при распылении расплава или лент (фолы) методом спиннингования, быстрой закалкой плоской струи расплава, применяют в качестве технологических материалов — припоев для высокотемпературной пайки соединений из титана, никеля, меди, стали и других разнородных материалов.
Пайка с использованием быстрозакаленных высокотемпературных припоев применяется в авиационно-космической промышленности при изготовлении лопаток газотурбинных двигателей, сопловых аппаратов из жаропрочных сплавов на основе титана, никеля, а также сотовых конструкций для обшивки двигателей, стенки камеры сгорания, стабилизаторов ракет, гондолы двигателя, панелей шумоглушения, диффузоров, теплообменников, повышения жесткости конструкций и др.
Быстрозакаленные низкотемпературные припои обеспечивают высокие эксплуатационные характеристики металлических соединений в высокотехнологичных областях электронной промышленности, в частности при производстве силовых полупроводниковых устройств. Исключительная однородность и чистота быстрозакаленных припоев позволяет получать прочные соединения, которые имеют дисперсную кристаллическую структуру (размер зерен не превышает 1 мкм), высокую долговечность по сравнению с пайкой традиционными припоями. Для автоматизации процесса пайки удобна непрерывная намотка ленты припоя на катушке.
Составы и применение отечественных быстрозакаленных высокотемпературных аморфных и микрокристаллических припоев, выпускаемых в виде порошков, а также тонких лент (фольг), приведены в табл. 18.2 и 18.3.
Быстрозакаленные припои
Быстрозакаленные припои

Быстрозакаленные припон на основе титана ВПр16, ВПр28 и на основе никеля ВПр11, ВПр24, ВПр33, ВПр36, ВПр41, ВПр42, ВПр46, ВПр48, ВПр50 для пайки деталей и узлов ГТД выпускают ВИЛС и ВИАМ в виде сферических порошков (гранул) или лент. Порошковые припои изготавливают методом газоструйного распыления расплава аргоном. Плавку шихты осуществляют в вакууме. Очистка аргона перед распылением обеспечивает высокую чистоту быстрозакаленных порошковых припоев. В качестве припоев используются сферические порошки фракции -315+50 мкм.
Быстрозакаленные аморфные и микрокристаллические припои марки CTEMET, получаемые в основном в виде тонких лент методом быстрой закалки плоской струи расплава, производит МИФИ-АМЕТО (см. табл. 18.3).
В табл. 18.4 и 18.5 приведены составы и свойства припоев, разработанных фирмой Metglas, Inc.
Быстрозакаленные припои

Быстроэакаленные высокотемпературные припои имеют существенные преимущества при их производстве и использовании по сравнению с традиционными припоями.
Быстрозакаленные аморфные и микрокристаллические припои характеризуются следующими свойствами:
— исключительной однородностью;
— высокой гибкостью лент припоев, что дает возможность пайки сложных соединений с предварительной сборкой, укладкой и закреплением лент припоя на поверхности соединяемых материалов;
— более узким интервалом температур солидуса — ликвидуса;
— широким интервалом температур пайки;
— отсутствием веществ, загрязняющих паяный шов, а также вредных для работы печей при пайке;
— более высокой диффузионной подвижностью, смачиваемостью, капиллярной активностью, чем кристаллические припои, полученные обычной выплавкой с существенно более низкими скоростями охлаждения расплава;
— широким диапазоном размеров лент припоя — для пайки малых и больших площадей;
— малой толщиной быстрозакаленных лент (включая очень тонкие фольги толщиной ~20 мкм), обеспечивающей оптимальный паяльный зазор, что уменьшает расход припоя и эрозию паяемого металла.
Ленты и полуфабрикаты припоев сочетают прочность, гибкость, термо- и коррозионную стойкость.
Быстрозакаленные высокотемпературные припои позволяют получать прочные соединения широкого спектра материалов, в том числе нержавеющих сталей, суперсплавов, твердых карбидов и низкоуглеродистых сталей, обеспечивают легкость автоматизации сборки и пайки, повышение производительности производства, бездефектность пайки, точное дозирование припоя и возможность предварительной подготовки конструкции.
Быстрозакаленные припои обеспечивают наряду с высокой прочностью герметичность соединений, превосходную стойкость к ударам и вибрации.
По сравнению со сваркой пайка с использованием быстрозакаленных высокотемпературных припоев характеризуется более высокой эффективностью процесса, возможностью получать соединения, которые не требуют очистки или финишной обработки в скрытых и труднодоступных местах.
В авиационно-космическом технике используются детали с жесткими размерными допусками и высоким удельным отношением прочности-жесткости к массе. Пайка быстразакаленными ленточными припоями лопаток компрессора, центробежного насоса, сотовых конструкций обеспечивает надежные и прочные соединения.
Порошковые припои и композиции порошков со связками приводят к загрязнению соединения остаточными продуктами, усадке и нередко к браку при пайке.
Сотовые конструкции

Сотовые конструкционные панели, представляющие собой слоистые структуры, содержащие перфорированные листы, широко применяют в аэрокосмической технике в связи с присущим им исключительно высоким отношением прочности и жесткости к массе изделия. Камеры сгорания газовых турбин, выхлопные затворы, конусы, форсунки и вентиляционные трубопроводы часто выполняют в виде сотовых конструкций с применением пайки.
Сотовые конструкции паяются по стыкам перфорированных листов. На перфорациях не должно быть следов припоя и других загрязняющих веществ. Впускные и выхлопные трубы двигателей McDonnell Douglas 80, Boeing 727, Rolls Royce TAY, шумопоглощающая защита двигателя самолета Ил-86 пропаяны «сотовыми обоями» по наружной поверхности с использованием быстрозакаленных припоев.
Для акустических структур, снижающих уровень звука, металл припоя должен затекать по поверхности сотовой конструкции с образованием ободков на всех точках соединения без закупоривания перфорационных отверстий, которые необходимы для поглощения звука. При использовании традиционных порошковых припоев остатки припоя часто засоряют перфорацию, что приводит к браку.
Быстрозакаленная лента припоя при сборке сотовой конструкции фиксируется на поверхности листов прихваточным швом; при нагреве расплавленный припой пол действием капиллярных сил заполняет тонкие зазоры, оставляя открытыми перфорации. Прочность соединения повышается вследствие того, что при пайке обеспечивается оптимальный зазор и металл припоя затекает только и необходимую область контакта.
Сотовый полуфабрикат ВRAZCOR из жаропрочных никелевых сплавов (Inconel, Hastelloy), сплавов на основе титана и нержавеющих сталей разработан фирмой Metglas, Inc. по патентованной технологии с использованием быстрозакаленного припоя, уложенного в точно установленном количестве, необходимом для образования паяных соединений между гофрированными и перфорированными листами.
Теплообменники

Быстрозакаленные ленточные припои обеспечивают возможность экономически эффективного производства прочных и стойких к коррозионному разрушению теплообменников. Аморфные припои на основе никеля заменили ранее использовавшуюся для пайки нержавеющих сталей медную фольгу благодаря высокой прочности и исключительной коррозионной стойкости паяных соединений.
В связи с возрастанием стоимости энергии все большее внимание уделяется снижению потерь тепла при работе паровых турбин. Применение ребристых труб теплообменников способствует решению этой задачи.
В обычном теплообменнике используется приблизительно 250 км труб. Ребра припаивают на поверхность отдельной секции трубы длиной до 6 м. Высокая гибкость, способность противостоять воздействию напряжений и смятию лент быстрозакаленных припоев в процессе монтажа изделия определяют их использование при пайке теплообменника. Существенные преимущества применения быстрозакаленных припоев — высокая прочность и сопротивление коррозии паяных соединений, равномерная толщина соединения. Припои в виде порошков и композиций порошков со связками менее предпочтительны в связи с возможностью загрязнения II усадкой.
Использование ленточного быстрозакаленного припоя дает возможность автоматизировать процесс пайки и снизить стоимость изготовления, поскольку предварительно подготовленная сборка с прокладкой припоя в дальнейшем пропаивается при нагреве в атмосфере аргона (температура 1065 °С, выдержка 10 мин).
В пластинчатых радиаторах-теплообменниках высокотемпературные быстрозакаленные припои обеспечивают прекрасное смачивание и заполнение большого количества паяльных зазоров, гарантированную чистоту и полное пропаивание соединений, более высокую прочность, чем при пайке с использованием порошков или паст.
Высокое сопротивление коррозии в агрессивных химических средах делает быстрозакаленные припои идеальным материалом для пайки аустенитных нержавеющих сталей, никелевых и кобальтовых суперсплавов.
Катализаторы

В последние годы катализаторы дожигателей выхлопных газов на металлической основе заменяют катализаторы с керамической подложкой, используемой для нанесения дорогостоящих металлических катализаторов. Это обусловлено высокой прочностью, устойчивостью к вибрации, возможностью размещать конструкцию ближе к двигателю; кроме того, металлическая основа выдерживает быстрый нагрев, уменьшает нежелательное рассеивание тепла.
Конструкция катализатора образована из концентрически свернутых гофрированных листов металла, скрепленных между собой для предохранения от вибрации и осыпания катализатора в процессе работы двигателя, что может привести к отказу катализатора. Пайка является перспективной технологией для производства таких металлических катализаторов — конвертеров выхлопных газон, поскольку она обеспечивает получение за одну операцию элемента каталитического дожигателя выхлопных газон.
При использовании при пайке тонкой ленты быстрозакаленного припоя формируются более высококачественные кромки паяных соединений, ячейки имеют большее проходное сечение, уменьшается противодавление выхлопных газов.