Высокотемпературная пайка водородно-кислородным пламенем

Высокотемпературная пайка среднеплавкими припоями осуществляется серебряными, медноцинковыми, меднофосфористыми и другими припоями с применением флюсов 209, 284 и др. (табл. 30).

Химический состав и физико-механические свойства некоторых нашедших широкое применение в промышленности среднеплавких припоев, которые были использованы при пайке водородно-кислородным пламенем, приведены в табл. 31.

Рис. 63. Образцы для проведения исследования возможности применения при пайке капиллярных трубопроводов водородно-кислородного пламени: а — образцы для металлографических исследований; б — образцы для проведения механических испытаний

Оценку возможности использования водородно-кислородного пламени для пайки среднеплавкими припоями проводили при пайке капиллярных трубопроводов из нержавеющих сталей серебряными и не содержащими серебро припоями, пайке латунью держателей теннисного мяча из малоуглеродистой стали и пайке медноцинковыми припоями трубопроводов диаметром 25 мм и толщиной стенки 2 мм из меди и ее сплавов.

Пайку элементов капиллярных трубопроводов водородно-кислородным пламенем отрабатывали на образцах из нержавеющей стали (рис. 63): труба 12Х18Н10Т диаметром 1 и 2 мм, фланец ОХ17Н16. Пайку образцов выполняли окислительным пламенем, полученным при сжигании водородно-кислородной смеси без добавления паров углеводородных соединений, и нормальным пламенем, полученным при сжигании водородно-кислородной смеси, обогащенной парами этилового спирта.

Перед пайкой образцы обезжиривали в бензине марки «Галоша» ГОСТ 443-76, а затем просушивали на воздухе. После сушки промывали спиртом внутренние и внешние поверхности образцов и вновь сушили на воздухе.

Паяемый образец устанавливали в приспособлении так, чтобы зона пайки была в нижнем положении и исключала возможность смещения деталей во время пайки. Расход водородно-кислородной смеси 80-100 дм3/ч. В процессе исследований применяли «чистую» водородно-кислородную смесь без добавок паров углеводородных соединений (канал, проходящий через барботер с этиловым спиртом, был перекрыт) и смесь с парами спирта порядка 16%. Характер горения пламени регулировали визуально. После регулирования характера горения пламени горелку вводили в зону пайки и последовательными перемещениями пламени вдоль места сопряжения деталей нагревали их до температуры пайки (табл. 32). Нагрев начинали с более массивной детали, т. е. с фланца. Для более равномерного нагрева места пайки наконечник горелки поворачивали по периметру в плоскости стыка в обе стороны на угол 15-20°. Необходимое смачивание детали расплавленным припоем достигали хорошим ее прогревом и с помощью флюса 209.

После расплавления флюса на нагретой поверхности в зону пайки вводили припой. При недостаточном нагреве зоны пайки припой скатывается в шарики. Недостаточный нагрев образца в зоне шва нельзя компенсировать за счет перегрева припоя, так как припой при прямом длительном нагреве изменяет химический состав, вследствие этого резко ухудшается его растекание и затекание в зазор. При появлении мениска в зоне пайки прекращали введение припоя. Необходимо следить, чтобы в зоне пайки постоянно был флюс, не было подтеков, наплывов и получалась равномерная галтель по всей длине паяного шва. Перегрев зоны спая после полного расплавления припоя не допускался.

При разработке технологии пайки среднеплавкими припоями определялась возможность замены широко используемого для этих целей припоя ПСр-40 на припои, не содержащие в своем составе остродефицитные и драгоценные материалы. В частности, исследовалась возможность применения рекомендованных для пайки сталей и стали с медью припоев ПАН-11, П29-76, П29-82. В процессе отработки технологии проводилась оценка влияния размера зазора на затекание припоев. С этой целью величина зазора в соединении «труба-фланец» варьировалась в диапазоне 0,05-0,25 мм.

Качество паяных соединений оценивалось металлографическими и механическими (на разрыв) испытаниями соединения «труба-фланец-труба». Результаты приведены в табл. 33 и 34.

Металлографические исследования паяных соединений проводились на поперечных шлифах швов при увеличении х17 на микроскопе МБС-1 и при увеличении хЮО и х500 на микроскопе МИМ-7.

Анализ полученных результатов при пайке припоем ПАН-11 показал удовлетворительное затекание припоя в зазор 0,05-0,25 мм между трубопроводом и фланцем.

Существенно повышает плотность паяного соединения, уменьшает количество и размер пор или приводит к их исчезновению добавка паров этилового спирта в водородно-кислородную смесь, т. е. пайка нормальным пламенем.

Неравномерный нагрев образцов факельным пламенем вызывает неравномерное затекание припоя в зазор по диаметру трубы. Использование бессеребряных припоев не меняет микроструктуру металла трубы, которая представляет собой мелкозернистый аустенит.

Результаты механических испытаний показали, что самой высокой прочностью обладали соединения, паянные припоем ПАН-11. Разрушение образцов проходило по основному металлу капиллярной трубы. Механическая прочность образцов паянных припоями П-29-76, П29-82 ниже, так как имело место разрушение образцов в месте пайки.

Для пайки деталей из нержавеющих сталей как серебряными, так и не содержащими серебро припоями целесообразно использовать пламя, полученное при сжигании смеси с парами этилового спирта. При этом улучшается экологическая обстановка на участке пайки.

В табл. 35 приведены примерные параметры режима пайки деталей капиллярного трубопровода.

Пайка низкоуглеродистых и низколегированных сталей водородно-кислородным пламенем не вызывает особых трудностей.

При пайке высокоуглеродистых сталей требуется лишь более тщательная подготовка соединяемых поверхностей.

Высокотемпературную пайку углеродистых и низколегированных сталей можно выполнять медью, медно-никелевыми и серебряными припоями.

При пайке углеродистых и низколегированных сталей в качестве флюсов применяют буру, флюсы № 200, 201, 209, состав которых приведен в табл. ЗО. Окисная пленка, образующаяся на поверхности углеродистых и низколегированных сталей, химически нестойкая. Она легко растворяется всеми флюсами, рекомендуемыми для пайки сталей.

Соединения, паянные медью, более прочные, чем медь в исходном состоянии. Предел прочности при растяжении паяных соединений из стали СтЗ составляет 350 МН/м2, а предел прочности литой меди 190-200 МН/м2. Повышение прочности паянных медью швов вызвано растворением железа в жидкой меди в процессе пайки.

Пайка держателя теннисного мяча проводилась водородно-кис-лородным пламенем, полученным при сжигании смеси без добавки паров углеводородных соединений генератором ЭВА-03. Расход во-дородно-кислородной смеси 160-200 дм3/ч. Держатель теннисного мяча представляет собой конструкцию из низкоуглеродистой проволоки диаметром 2 мм. Пайку выполняли латунной проволокой Л 63 диаметром 1 мм с использованием флюса — прокаленной буры в следующей последовательности. Паяемое изделие размещали в кондукторе (он рассчитан на 5 изделий) таким образом, чтобы его торцы были совмещены. Процесс пайки начинали с нагрева зоны пайки до вишнево-красного цвета, после чего на ее поверхность наносили флюс. После расплавления флюса в зону пайки вводили припой. Процесс пайки считался завершенным после того, как припой равномерно растекался по зоне пайки. В процессе пайки следили за формированием и качеством полученного паяного соединения. После выполнения пайки с поверхности изделия удаляли остатки флюса. Эта технология внедрена на одном из предприятий Киева, где было изготовлено более 5 тыс. держателей теннисного мяча.

Водородно-кислородное пламя для пайки деталей больших размеров и сечений было использовано при пайке элементов трубопроводов из меди и медных сплавов. Изделия представляли собой трубу из меди М1 диаметром 25 мм и толщиной стенки 2 мм, к которой припаивали ниппель.

Так как нагрев таких деталей требует достаточно мощного пламени, то для получения водородно-кислородной смеси использовали электролизно-водный генератор марки ГВК-1,5 производительностью 1,5 м3/ч.

Газовую пайку выполняли горелкой ГС-3 с наконечником № 4 нормальным пламенем, для чего в смесь добавляли до 5,5% паров бензина А-76. В качестве припоя использовали ЛОК-59-1-С8 по ГОСТ 16130-72 диаметром 6 мм.

При газовой пайке меди и ее сплавов в качестве флюса используют буру или флюсы на ее основе. При пайке элементов трубопроводов, в частности, была использована бура — Nа2В407 -10H20. Перед пайкой буру прокаливали при температуре 350-400°С для обезвоживания. Места пайки и припой обезжиривали ацетоном. Оксидную пленку с трубопроводов удаляли путем травления в растворе (75 см3/дм3 НN03, 100 см3/дм3 Н2SO4), затем поверхность промывали в воде и щелочи, снова в чистой воде и просушивали горячим воздухом.

После подготовки элементов трубопроводов для пайки их собирали на сварочном столе так, чтобы обеспечить возможность непрерывной пайки шва в нижнем положении и исключить смещение детали во время пайки. Место соединения нагревали до температуры 700-800°С (до вишнево-красного цвета трубы). Нагрев начинали с более толстой или более теплопроводной детали. Флюс в зону пайки вводили, обмакивая разогретый конец припоя во флюс или предварительно нанося флюс на смоченный жидким стеклом припой. После растекания флюса по поверхности в места пайки вводили припой. Скатывание припоя в шарики указывает на недостаточный нагрев основного металла или недостаточную очистку места пайки. Пайку начинали с медной трубы последующим растеканием припоя в телескопическом соединении трубы с ниппелем. Необходимо следить, чтобы в зоне пайки постоянно был флюс, не было потеков, наплывов, а получалась равномерная галтель по всей длине паяного шва.

В процессе пайки фиксировали время нагрева элементов трубопроводов, время пайки (табл. 36), расход водородно-кислородной смеси и силу тока электролизера (табл. 37). Такие же элементы трубопроводов паяли ацетиленокислородным пламенем с фиксацией времени пайки (см. табл. 36). Пайку ацетилено-кислородным пламенем проводили горелкой с таким же номером наконечника, как и при пайке водородно-кислородным пламенем.

Качество пайки элементов трубопроводов определяли по внешнему виду шва и гидравлическими испытаниями. Формирование паяного шва во всех случаях было хорошее, галтель равномерная с вогнутым мениском. Гидравлические испытания паяных элементов трубопроводов, выполненных водородно-кислородным пламенем и ацетилено-кислородным пламенем, показали, что паяное соединение плотное, несплошностей и течи в местах пайки нет.

Проведенные исследования показали, что замена ацетиленокислородного пламени на водородно-кислородное пламя не снижает качество соединений при пайке легкоплавкими и среднеплавкими припоями при условии регулирования характера горения путем добавления в смесь паров углеводородных соединений.

При пайке деталей из конструкционных сталей в газовую смесь рекомендуется добавлять пары бензина, При пайке меди и медных сплавов пары бензина или спирта. При пайке деталей из нержавеющих сталей — пары спирта.

Наиболее эффективно применение пламени, полученного при сжигании смеси из ЭВГ, при пайке деталей малых толщин и сечений. При этом значительно улучшается экологическая обстановка на рабочих местах.

Описанные выше технологии пайки капиллярных трубопроводов из хромоникелевых сплавов серебряными и не содержащими серебро припоями типа ПАН-11, пайки стальных держателей теннисного мяча латунью, пайки медных и латунных трубопроводов холодильных систем траулеров были внедрены на предприятиях г. Киева.

Данный раздел создан на основании материалов Книги: "Обработка материалов водородно - кислородным пламенем" Корж В. Н., Попиль Ю.С. 2010г.