1. Припой
(1)Пайка углеродистой и низколегированной стали включает мягкую и твердую пайку. Широко используемым припоем для мягкой пайки является олово-свинцовый припой. Смачиваемость этого припоя к стали увеличивается с увеличением содержания олова, поэтому для герметизации соединений следует использовать припой с высоким содержанием олова. В олово-свинцовом припое на границе раздела между оловом и сталью может образовываться слой интерметаллического соединения Fesn2. Чтобы избежать образования этого соединения в данном слое, необходимо надлежащим образом контролировать температуру пайки и время выдержки. Прочность на сдвиг соединений углеродистой стали, спаянных несколькими типичными олово-свинцовыми припоями, показана в таблице 1. Среди них прочность соединения, спаянного припоем с 50% масс. (SN), является самой высокой, а прочность соединения, сваренного припоем без сурьмы, выше, чем у соединения с сурьмой.
Таблица 1. Прочность на сдвиг соединений из углеродистой стали, спаянных олово-свинцовым припоем.
При пайке углеродистой и низколегированной стали в качестве припоев в основном используются чистая медь, медь-цинк и серебро-медь-цинк. Чистая медь имеет высокую температуру плавления и легко окисляет основной металл во время пайки. Она в основном используется для пайки в защитной газовой среде и вакуумной пайки. Однако следует отметить, что зазор между паяными соединениями должен быть менее 0,05 мм, чтобы избежать проблемы неполного заполнения зазора из-за высокой текучести меди. Соединения углеродистой и низколегированной стали, спаянные чистой медью, обладают высокой прочностью. Как правило, прочность на сдвиг составляет 150–215 МПа, а прочность на растяжение находится в диапазоне 170–340 МПа.
По сравнению с чистой медью, температура плавления медно-цинкового припоя снижается из-за добавления цинка. Для предотвращения испарения цинка во время пайки, с одной стороны, в медно-цинковый припой можно добавить небольшое количество кремния; с другой стороны, необходимо использовать методы быстрого нагрева, такие как пламенная пайка, индукционная пайка и погружная пайка. Соединения углеродистой стали и низколегированной стали, спаянные медно-цинковым припоем, обладают хорошей прочностью и пластичностью. Например, прочность на растяжение и прочность на сдвиг соединений углеродистой стали, спаянных припоем b-cu62zn, достигают 420 МПа и 290 МПа соответственно. Температура плавления медно-серебряного припоя ниже, чем у медно-цинкового, что удобно для игольчатой сварки. Этот припой подходит для пламенной, индукционной и печной пайки углеродистой и низколегированной стали, но содержание цинка следует максимально снизить при печной пайке, а скорость нагрева увеличить. Пайка углеродистой стали и низколегированной стали припоем из серебра, меди и цинка позволяет получать соединения с хорошей прочностью и пластичностью. Конкретные данные приведены в таблице 2.
Таблица 2. Прочность соединений из низкоуглеродистой стали, спаянных серебряно-медно-цинковым припоем.
(2) Флюс: для пайки углеродистой стали и низколегированной стали следует использовать флюс или защитный газ. Флюс обычно определяется выбранным припоем и методом пайки. При использовании олово-свинцового припоя в качестве флюса можно использовать смесь хлорида цинка и хлорида аммония или другой специальный флюс. Остатки этого флюса, как правило, обладают высокой коррозионной активностью, поэтому после пайки соединение следует тщательно очистить.
При пайке медно-цинковым припоем следует выбирать флюс fb301 или fb302, то есть буру или смесь буры и борной кислоты; при пламенной пайке в качестве флюса также можно использовать смесь метилбората и муравьиной кислоты, в которой пары B2O3 выполняют роль пленкоудаляющего агента.
При использовании припоя на основе серебра, меди и цинка можно выбрать флюсы fb102, fb103 и fb104, то есть смесь буры, борной кислоты и некоторых фторидов. Остатки этого флюса в определенной степени коррозионно-активны и должны быть удалены после пайки.
2. Технология пайки
Поверхность, подлежащая сварке, должна быть очищена механическим или химическим способом для обеспечения полного удаления оксидной пленки и органических веществ. Очищенная поверхность не должна быть слишком шероховатой и не должна прилипать к себе металлическая стружка или другие загрязнения.
Углеродистая и низколегированная сталь могут быть спаяны различными распространенными методами пайки. При пламенной пайке следует использовать нейтральное или слабо восстановительное пламя. Во время работы следует по возможности избегать прямого нагрева припоя и флюса пламенем. Методы быстрого нагрева, такие как индукционная пайка и погружная пайка, очень подходят для пайки закаленной и отпущенной стали. При этом следует выбирать температуру закалки или пайки ниже температуры отпуска, чтобы предотвратить размягчение основного металла. При пайке низколегированной высокопрочной стали в защитной атмосфере требуется не только высокая чистота газа, но и использование газового флюса для обеспечения смачивания и равномерного распределения припоя по поверхности основного металла.
Остатки флюса можно удалить химическими или механическими методами. Остатки органического припоя можно удалить протертым или очищенным бензином, спиртом, ацетоном и другими органическими растворителями; остатки сильно коррозионных флюсов, таких как хлорид цинка и хлорид аммония, следует сначала нейтрализовать в водном растворе NaOH, а затем очистить горячей и холодной водой; остатки борной кислоты и флюса на основе борной кислоты трудно удалить, и их можно решить только механическими методами или длительным погружением в поднимающуюся воду.
Дата публикации: 13 июня 2022 г.