Пайка сталей и чугуна

Пайка углеродистых и низколегированных сталей. Пайка низкоуглеродистых и низколегированных сталей не вызывает трудностей и может быть осуществлена всеми известными способами. В паяных конструкциях и изделияз используют углеродистые стали обыкновенного качества группы А, Б, В марок Ст0-Ст6 (ГОСТ 380-71), низколегированные, применяемые в судостроении, химическом и нефтяном машиностроении, стали с карбидным упрочнением: 16Г2АФД, 15Г2АФД, легированные Si, V, Ni, Cu: например стали 10ХСНД, 09Г2С, 09Г2Д, 15ГФД и другие.

Пайка конструкционных сталей

Среди основ или компонентов припоев слабое химическое сродство с железом имеют: Ag, Bi, Pb, Cd, Cu, Au, Pd, Ga, Ni, более сильное – Sn, образующее с железом химическое соединение с закрытым минимумом и монотектику.

Сильным химическим сродством с железом обладают Al, P, Si, Ni, Zr, Zn, образующие с ним диаграммы состояния с одним или несколькими химическими соединениями.

Низкотемпературная пайка: низкотемпературная пайка припоями Sn – Pb основы с использованием флюсов – водных растворов ZnCl₂ (припои ПОССу 40-0,5; ПОС – 61; олово).

При пайке возможно образование прослойки интерметаллида FeSn₂ - хрупкой, снижающей пластичность шва, поэтому не следует допускать перегрева припоя, т. к. увеличивается толщина интерметаллидной прослойки, повышается пористость швов, снижается прочность.

Цинковые припои: мало пригодны из-за плохого смачивания поверхности, низкого предела прочности паяных соединений т. к. по границе раздела фаз образуются хрупкие интерметаллидные соединения.

Кадмиевые припои: плохо растекаются, не дают прочных соединений.

Кадмиево-серебряные припои, легированные цинком, дают прочные соединения (припой состава 82Cd, 16Zn, 2Ag): предел прочности _в = 160Мпа.

Высокотемпературная пайка: высокотемпературная пайка выполняется медным, медно-цинковыми и серебряными припоями. Меднофосфорные припои не рекомендуются , т. к. образуют хрупкие фосфиды железа по границе спая. Возможно использование меднофосфорных припоев только для соединений, не работающих при вибрационных и динамических нагрузках.

В качестве флюса используется бура Na₂B₄O₇, флюсы ПВ – 200, ПВ – 201, ПВ – 209, ПВ – 284Х.

Пайка выполняется в газовых средах, в атмосфере водорода, диссоциированного аммиака, в продуктах неполного сгорания смесей воздуха с газами: пропаном, генераторным городским.

Окисная плёнка на поверхности низкоуглеродистых и низколегированных сталей нестойкая, легко восстанавливается в газовых средах и растворяется во флюсе.

При выборе Т_п и способа нагрева следует учитывать возможность отжига сталей, превращений остаточного аустенита в мартенсит, распад мартенсита, развитие отпускной хрупкости. Пайку ведут при температуре высокого отпуска (620⁰С) припоем ПСр40.

Таким образом: низколегированные стали можно паять всеми известными способами, следует учитывать только то, что некоторые легирующие элементы (Al, Cr) образуют стойкие окислы. Тогда применяют более активные флюсы, либо газовые среды- азот или Ar +BF₃.

Композиционные припои используют при пайке соединений с зазорами 2мм: используют порошковый припой с добавлением до 30% тугоплавкого наполнителя.

Паста : 70% порошка припоя (62%Cu + 30%Mn + 8%Ni)

20% наполнителя (порошки Cu и C0 в соотношении 1:1

10% флюс ( 80%Na₂B₄O₇ + 20%H₃BO₃).

При больших сборочных зазорах прочность паяных соединений резко падает: появляется усадочная пористость, снижается эффект упрочнения шва.

При зазорах   1мм: для пайки используется композиционный следующего состава: припой 68%, наполнитель сталь 20-12%; флюс-стекло-10%, флюс ПВ 201-10%; температура пайки Т_п =1180⁰С, время пайки - t_п=120с. Тугоплавкий наполнитель добавляют в пасту в зависимости от величины соединительного зазора.

Пайка коррозионно-стойких сталей

К коррозионностойким сталям относятся ферритные, легированные Ni; аустенитные и аустенитно-ферритные, легированные Cr, Ni; мартенситные и аустенитно-мартенситные, легированные ферритообразующими элементами – Al, Ti, Mo , при низком содержании C.

Оксидные соединения на поверхности коррозионно-стойких сталей имеют сложный состав и более стойкие, чем на низкоуглеродистых и низколегированных сталях: Me₂O₃, FeO, Cr₂O₃.

Оксидная плёнка восстанавливается в газовых восстановительных средах при 1200⁰С (сравнить с низкоуглеродистыми и низколегированными сталями – в водороде при 900⁰С)

Низкотемпературная пайка выполняется припоями системы Sn-Pb, флюсы – канифольно-спиртовые не пригодны. Работают флюсы: 1) - канифольно-спиртовый с добавлением ортофосфорной кислоты ( флюс ЛМ-1, состав: 30г канифоли, 400г спирта, 100г ортофосфорной кислоты). Температура пайки Т_п=280-320⁰С. Необходим быстрый нагрев (испаряются компоненты флюса); 2) - флюс – водный раствор ZnCl₂. Для усиления активности добавляют HCl, HF, HNO₃, H₃PO₄, NH₄Cl: например состав флюса: 38-40% водного раствора ZnCl₂ (2 объёма), HCl (1 объём).

Используют при пайке паяльником или горелкой, добавляют флюс по мере необходимости в процессе пайки. При печной пайке флюс состава 2 плохо пригоден.

Низкотемпературная пайка по технологическому покрытию (Cu, Ni, Ag) и по облуженной припоем системы Sn-Pb поверхности низкотемпературными припоями с использованием канифольных флюсов.

Высокотемпературная пайка флюсовая

Для высокотемпературной пайки используют припой на медной и никелевой основе и флюс ПВ-200; ПВ-201,либо серебряный припой системы Ag-Cu (ПСр 72), Ag-Cu-Cd-Zn (ПСр40; ПСр45; ПСр25) и флюс ПВ-209; ПВ-284Х. Выполняют пайку также в контролируемой атмосфере , состоящей из трёхфтористого бора BF₃ в смеси с инертным газом.

Ферритные хромистые стали паяют припоями состава: 1)- 40Ag, 30Cu, 28Zn, 2Ni; температура пайки - Т_п=780⁰С; 2)- состав: 40Ag, 30Cu, 25Zn, 5Ni; Т_п=850⁰С; 3) – состав: 50Ag, 15,5Cu, 16Cd, 15,5Zn, 3Ni ; Т_п=690⁰С. Введение никеля в припой предотвращает щелевую коррозию в соединениях, добавляют 2-3% Ni.

Ферритные коррозионно-стойкие стали (13%Cr) паяют серебряными припоями, обеспечивающими коррозионную стойкость соединений. Эти стали склонны к межкристаллитной коррозии после закалки с температуры выше 900⁰С.