Пайка титана в домашних условиях - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Пайка титана в домашних условиях

Технологический процесс пайки металлов

Титан по совокупности физико-механических свойств является одним из важнейших современных конструкционных материалов. Он почти в 2 раза легче, чем углеродистые стали и многие цветные сплавы, его плотность равна 4,5 г/см 3 .

Титан высокопрочный (σв = 30 ÷ 60 кгс/мм 2 ) и пластичный металл (б = 25 ÷ 50%). Коррозионная стойкость титана в ряде агрессивных сред превосходит нержавеющие стали.

Титан довольно широко распространен в природе, его в 10 раз больше, чем Мп, Сr, Си, Zn, V, Ni, Со, Mn, W и Nb вместе взятых. Эти и ряд других ценных свойств открывают большие возможности широкого применения титана в промышленности.

На поверхности титана всегда имеется альфированный слой, насыщенный атмосферными газами. Перед пайкой этот слой необходимо удалить пескоструйной обработкой или травлением в растворе следующего состава: 20-30 мл H2N03, 30-40 мл.НCl на литр воды.

Время травления 5-10 мин при комнатной температуре. После такой обработки на поверхности титана все же остается тонкая окисная пленка, препятствующая смачиванию титана припоем.

Поэтому иногда пытаются паять титан с применением специальных флюсов, по составу и химизму действия аналогичных флюсам для пайки алюминия. Но соединения титана, паянные с применением таких флюсов, получаются недостаточно качественными.

Обычно пайку титана и его сплавов ведут в вакууме или в аргоне марки А, который тщательно очищен от примесей кислорода, азота и паров воды. Только в такой чистой атмосфере или в вакууме окисная и нитридная пленки на титане растворяются в металле при условии, что температура пайки выше 700°С.

Поэтому процесс пайки титана ведут обычно при температуре 800-900°С, что способствует быстрой очистке поверхности титана и хорошему смачиванию его припоями.

Пайку титановых сплавов при более высокой температуре производят довольно редко, особенно печную, так как при длительном нагреве при температуре выше 900° С он склонен к росту зерна и к некоторому снижению пластических свойств.

Поскольку предел прочности основного металла при этом практически не снижается, то в отдельных случаях соединение титановых сплавов пайкой производят даже при 1000° С

Водород, всегда находящийся в титане и снижающий его пластичность, удаляется при пайке (или нагреве) в вакууме 10- 4 мм рт. ст. при температуре около 900° С, поэтому пайка титана в вакууме предпочтительнее чем пайка в нейтральной атмосфере.

При выборе припоя, способа и режимов пайки необходимо иметь в виду, что титан образует хрупкие интерметаллиды в паяном шве почти со всеми элементами, входящими в припои.

Поэтому в качестве основы припоя часто выбирают серебро, которое образует с титаном интерметаллиды, предположительно менее хрупкие, чем с другими металлами.

Иногда за основу припоев выбирают алюминий, который образует с титаном oграниченную область твердых растворов, что позволяет рассчитывать получение менее хрупких, паяных соединений.

Из указанных припоев практическое применение нашли серебряные припои, которые позволяют получить при пайке в печи при температуре 950-1000°С высокопрочные паяные соединения.

Так, например, при пайке титана ВТ1Д чистым серебром в атмосфере аргона предел прочности (σв) паяных соединений составляет 18- 20 кгс/мм 2 , а при пайке серебром, легированным марганцем (10-15%), предел прочности (σв) паяных соединений достигает 28 кгс/мм 2 .

При этом соединения, паянные чистым серебром, неустойчивы против коррозии и в течение года (в городской атмосфере) снижают свою прочность на 25-30%.

Еще более высокие значения предела прочности паяных соединений можно получить при высокотемпературной пайке титана припоями на основе никеля или меди (σв = 30 кгс/мм 2 ), но эти металлы очень быстро растворяют его, вызывая сильную эрозию и охрупчивание в зоне швов.

Для получения более пластичных и прочных соединений с успехом применяют диффузионную пайку титана, сущность которой заключается в том, что изделие, паянное минимально необходимым количеством припоя, например никелем, медью, железом, кобальтом и другими металлами, выдерживают при температуре пайки до тех пор, пока в паяном соединении не образуется пластичный твердый раствор. Прочность соединений, полученных таким способом, близка к прочности основного металла.

Пайка титановых сплавов оловянно-свинцовыми и другими низкотемпературными припоями применяется редко. В этом случае перед пайкой титан покрывают никелем химическим или гальваническим способом. Для увеличения сцепления никеля с титаном его подвергают нагреву до 250° С в течение 1 ч. После этого пайку производят теми же припоями и флюсами, которые применяют для чистого никеля.

Паять титан и его сплавы легкоплавкими припоями возможно также после предварительного покрытия деталей оловом, серебром или медью. Для покрытия оловом подготовленное под пайку изделие быстро опускают на 10-20 мин в нагретое до 700° С олово.

Покрыть титан оловом можно и при помощи флюса, в состав которого входит хлористое олово. Компоненты флюса просушивают и применяют в мелкоразмолотом виде. Деталь покрывают флюсом толщиной до 3 мм и нагревают в печи с нейтральной средой до 350-400°С.

Медное покрытие может быть получено погружением изделия на несколько секунд в расплавленную хлористую медь или ее смесь с другими хлоридами меди при температуре 650-700°С.

Серебром титан покрывают методом погружения изделия в расплавленное серебро. После охлаждения деталь очищают от остатков флюса и шлака паром или кипячением в воде с последующей зачисткой наждачной бумагой или щеткой. Луженое изделие паяют легкоплавкими припоями с температурой плавления не более 200°С с применением канифольных флюсов.

Перед нанесением покрытия детали обрабатывают в соответствии с технологией, применяемой в гальванотехнике.

Припой для пайки титана и его сплавов и способ пайки титана и его сплавов

Владельцы патента RU 2539286:

Изобретения могут быть использованы при пайке титановых соединений, в частности, в автомобильной, авиационной промышленности, приборостроении. Припой для пайки титана и его сплавов выполнен в виде сплава на основе алюминия, содержащего, вес.%: Cu 6,0-9,0; Ti≤1,0; Ni 1,0-2,0; Al – остальное. Температура твердой фазы припоя составляет 540-545°C, жидкой фазы – 635-640°C. Перед пайкой обрабатывают соединяемые поверхности паяемых деталей из титана или его сплавов для придания им шероховатости. Размещают между ними упомянутый припой. Пластически деформируют паяемые детали при давлении, равном напряжению, не менее предела текучести припоя. Нагревают паяемый узел в атмосфере окружающего воздуха в печи или местным нагревом с выдержкой при температуре 645-650°C в течение 9-13 минут. Детали могут иметь форму пластин, труб и колец. Изобретение обеспечивает хорошее качество и высокую прочность паяного шва. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр.

Изобретение относится к автомобильной промышленности, авиационной промышленности, приборостроению, современному энергетическому и химическому машиностроению.

Предшествующий уровень техники

Для низкотемпературной пайки титана и его сплавов в вакууме используются припои на алюминиевой основе: Al-Mg, Al-Ag-Cu, Al-Cu-Si сплавы, Al-Ti сплавы. Современные усилия в области пайки титановых соединений направлены на создание низкотемпературных припоев, дающих высокую прочность и хорошее качество паяных швов, в то же время стремятся упростить процесс пайки, без использования дорогостоящего оборудования.

Известен способ пайки титановых лопаток спрямляющего аппарата компрессора турбореактивного двигателя (патент RU 2290285, 2006) с использованием алюминиевого припоя, содержащего 0,5-8,0 вес.% Mg с температурой плавления припоя около 670°C. Пайка производится в вакууме.

Недостатком этого способа является то, что процесс пайки происходит в вакууме, а присутствие магния в алюминиевом сплаве в количестве 0,5-8,0 вес.% не уменьшает реактивности алюминия, что ведет к образованию вредных интерметаллидов типа TiAl3 на границе раздела Ti/Al. При таком припое вероятно образование трещин на границе раздела припоя с основным металлом.

Известен припой на алюминиевой основе для пайки соединений из титана и его сплавов (патент US 4252562, 1981,) состав которого в весовом соотношении составляет около 2,0-6,0 вес.% кремния (Si), 2,5-6,0 вес.% олова (Sn), 13,0-28,0 вес.% меди (Cu). Температура плавления составляла 800°C.

Недостатками этого технического решения являются низкая прочность на срез, за счет содержания меди 12,0-28,0 вес.% и олова 2,5-6,0 вес. %, и высокая температура плавления, которая ухудшает свойства титана и приводит к образованию трещин за счет образования вредных интерметаллидов типа TiAl2, TiAl3.

Известен припой для пайки тонких титановых пластинок на воздухе с использованием низкотемпературного алюминиевого сплава Al-Cu в форме алюминиевой фольги, покрытой медью с расчетом, чтобы получить эвтектику с 33% меди с низкой температурой плавления. Пайка проводится при температуре 550°C (Bach, Fr.W., Mohwald К., Hollandr U., und Roxlau С, Hortloloten dunner Buateile aus Titanlegierungen mit Partieller Erwarmung, ScheiBen und Scheiden, 2003, Nr. 8, 432-435).

Недостатком этого технического решения является низкая прочность на срез – 25 МПа.

Задачей изобретения является создание низкотемпературного припоя для пайки титановых соединений, пригодного для пайки на воздухе и дающего хорошее качество и высокую прочность паяного шва за счет использования более экономичного оборудования и введения более дешевых и доступных добавок в сплав припоя.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности паяного шва на срез и более экономичный и простой процесс пайки, чем существующие методы.

Процесс выполнения пайки на воздухе с предварительным сдавливанием паяемого узла проще, чем при других методах, и не требует специальных камер с вакуумом или с восстановительной атмосферой защитных газов, что удешевляет процесс.

Технический результат достигается тем, что

– припой для пайки титана и его сплавов содержит сплав на основе алюминия с составом вес.%: Cu 6,0-9,0; Ti≤1,0; Ni 1,0-2,0; остальное Al и температурой твердой фазы 540-545°C, жидкой фазы 635-640°C.

Также технический результат достигается тем, что при пайке:

– предварительно обрабатывают соединяемые поверхности паяемых деталей из титана или его сплавов для придания им шероховатости;

– пластически деформируют паяемые детали при давлении, равном напряжению, не менее предела текучести припоя;

– нагревают весь паяемый узел в атмосфере окружающего воздуха в печи или местным нагревом паяемого узла с выдержкой при температуре 645-650°C в течение 9-13 минут.

– детали из титана и его сплавов могут быть выполнены в форме пластин;

– детали из титана и его сплавов могут быть выполнены в форме труб;

– детали из титана и его сплавов могут быть выполнены в форме колец.

Для сохранения низкой температуры плавления припоя в предложенном решении ограничено содержание Ti и Ni до минимально низких величин. Алюминий имеет эвтектический сплав с 5,7 вес.% Ni, температура плавления которого около 640°C. В этом случае реактивность алюминия остается на высоком уровне, что может вызывать образование хрупких интерметаллических фаз на границе раздела Al/Ti, которые становятся опасными и образуют трещины, если их прослойка становится сплошной. Повышение концентрации никеля больше 2,0% в Al-Cu-Ti сплаве вызовет большое повышение температуры плавления сплава. Повышение концентрации титана в алюминиевом сплаве больше, чем 1,0 вес.%, также вызывает большое увеличение температуры плавления сплава для припоя. Увеличение содержания меди уменьшает реактивность алюминия при пайке и уменьшает температуру плавления припоя, а количество меди в пределах 10,0 вес.% придает припою необходимую низкую температуру плавления и сравнительно высокую прочность на срез.

В процессе пайки оксидные пленки на примыкающих поверхностях препятствуют диффузионному процессу через Ti/Al плоскость раздела. Поэтому, чтобы иметь хороший паяный шов, необходимо освободить соединяемые поверхности от алюминиевых и титановых оксидных пленок. Известно, что на воздухе при нормальной температуре алюминиевая поверхность покрыта оксидной пленкой толщиной около 15 нм. Чтобы пайка произошла успешно, необходимо эту пленку предварительно раздробить. Титан обладает значительно большей прочностью, чем алюминий, и его твердость также намного выше твердости алюминия. Разрушение пленки Al2O3 на поверхности алюминия, препятствующей диффузии металлов припоя и титана, стимулируется шероховатостью поверхности титана. За счет придания титановой поверхности шероховатости и осуществления давления в течение процесса нагрева до температуры твердой фазы (солидуса) алюминиевого сплава происходит дробление оксидной пленки на поверхности алюминиевого припоя. Раздробленная оксидная пленка позволяет алюминию реагировать с титановым оксидным слоем и таким образом окись титана восстанавливается до активного титана. В результате чего устанавливается непосредственный контакт между алюминиевым сплавом и титаном на границе раздела соединения.

Температура плавления припоя составляет 645-650°C. За счет поочередного добавления компонентов сплава в процессе плавки припоя сокращается время защиты расплава аргоном, при этом газовая защита расплава ограничивается длительностью времени добавки титана в расплав. Этот процесс значительно легче, чем при использовании вакуума. Короткое время нагрева собранного соединения до температуры пайки позволяет поверхности титана не успевать адсорбировать большое количество кислорода и азота при пайке на воздухе, что позволяет получить качественный паяный шов.

Читайте также:  Каустическая сода применение в домашних условиях

Процесс выполнения пайки на воздухе с предварительным сдавливанием паяемого узла проще, чем при других методах, и не требует специальных камер с вакуумом или с восстановительной атмосферой защитных газов, что удешевляет процесс.

Совокупность всех существенных признаков позволяет достичь заявляемый технический результат.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена схема сборки титановых пластинок (или пластинок из титанового сплава) 1 и 3 с припоем 2 в специальных зажимных тисках. На фиг.2 – вид сечения паяного шва припоем с содержанием в весовых % Cu=8,54, Ti=0,1, Ni=1,35, остальное алюминий, время пайки 13 минут, выполненного на сканирующем электронном микроскопе (SEM), увеличение 5000х. На фиг.3 – вид сечения паяного шва припоем с содержанием в весовых %: Cu=6,44, Ti=0,92, Ni=2,0, остальное алюминий, время пайки 9 минут, выполненного на сканирующем электронном микроскопе (SEM), увеличение 5000х.

Примеры изготовления Al-Cu-Ti-Ni припоя и пайки.

Пример 1. Изготовление припоя с составом сплава в весовых %: Cu=6,0-9,0; Ti≤1,0; Ni=1,0-2,0; Al – остальное, с небольшим количеством примесей Fe≤0.16. Si≤0.096, P≤0.0035.

Порошки Al, Cu, Ti, Ni после взвешивания на электронных весах помещали поочередно в тигель и затем в электрическую печь. Температура регистрировалась при помощи термопары с постоянным слежением на компьютере. В течение плавки производилось механическое перемешивание смеси. Плавка осуществлялась в защитной атмосфере аргона. После плавки жидкий расплав разливался в формы в виде таблетки. После охлаждения производилась термообработка при температуре, меньше температуры твердой фазы (солидус) для гомогенизации состава. Химический состав был определен спектральным анализом. Затем таблетки резались на тонкие пластинки электроискровым способом. Эти пластинки использовались затем в качестве твердого припоя для пайки.

Пример 2. Пайка титана припоем с содержанием в вес.%: Cu=8,54, Ti=0,1, Ni=1,35, остальное алюминий.

В качестве образцов были использованы пластинки из титана размером 30,0×10,0×0,6 мм и пластинки припоя, полученного по примеру 1, размером 10,0×5,0×0,01 мм. Присоединяемые поверхности титановых пластинок были механически обработаны до получения шероховатого. После этого пластинки вместе с приготовленными пластинками припоя промывали в мыльном растворе, затем промывались проточной водой и после высушивания обезжиривались этиловым спиртом.

Приготовленный твердый припой в форме тонких пластинок поместили между двумя титановыми пластинками для выполнения пайки (фиг.1).

Образец был собран сдавливанием в специальных тисках с нагрузкой, равной напряжению предела текучести припоя. Собранный образец затем был поставлен в печь. Атмосферой печи является окружающий воздух. Необходимое время пайки для завершения процесса перед охлаждением 13 минут. Температура пайки 648°C. Сечение спаянного образца было исследовано на электронном сканирующем микроскопе (SEM) модели Philips FEI Quanta 200 SEM. Структура сечения показана на фиг.2, образованный шов ровный, плотный без дефектов. Толщина припоя уменьшилась после завершения пайки с 100 мк до 10 мк. После пайки полученные образцы были испытаны на сопротивление срезу со скоростью 1 мм/мин, на разрывной машине Tinus Olsen H50KS. Оно составило при времени пайки 13 минут около 90 МПа при упомянутых выше условиях проведения пайки.

Пример 3. Процесс пайки титана припоем с содержанием в вес. %: 6,44 Cu, 0,92 Ti, 2,0 Ni, остальное алюминий, с небольшим количеством примесей Fe≤0.16, Si≤0.096, Р≤0.0035.

В качестве образцов были использованы пластинки из титана размером 30×10×0.6 мм и пластинки припоя, полученного по примеру 1, размером 10,0×5,0×0,1 мм. С содержанием в вес.%: Cu=6,44, Ti=0,92, Ni=2,0, остальное алюминий. Присоединяемые поверхности титановых пластинок были механически обработаны до получения шероховатого. После этого пластинки вместе с приготовленными пластинками припоя промывали в мыльном растворе, затем промывались проточной водой и после высушивания обезжиривались этиловым спиртом.

Приготовленный твердый припой в форме тонких пластинок поместили между двумя титановыми пластинками для выполнения пайки (фиг.1).

Образец был собран сдавливанием в специальных тисках с нагрузкой, равной напряжению предела текучести припоя. Собранный образец затем был поставлен в печь. Атмосферой печи является окружающий воздух. Необходимое время пайки для завершения процесса перед охлаждением 9 мин. Температура пайки 648°C. Сечение спаянного образца было исследовано на электронном сканирующем микроскопе (SEM) модели Philips FEI Quanta 200 SEM. Структура сечения показана на фиг.3, полученный при пайке шов ровный, плотный без дефектов. Толщина припоя уменьшилась после завершения пайки с 100 мк до 10 мк. После пайки полученные образцы были испытаны на сопротивление срезу со скоростью 1 мм/мин на разрывной машине Tinus Olsen H50KS. Оно составило при времени пайки 9 минут около 70 МПа при упомянутых выше условиях проведения пайки.

Таким образом, предложенное решение позволяет повысить сопротивление на срез до 70-90 МПа.

Сплавом могут соединяться детали из титана и его сплавов разных форм, например детали в форме пластин, труб, колец, сотовых элементов.

Состав припоя подобран с учетом низкой температуры пайки и короткого времени нагрева, что позволило получить шов с хорошей плотностью и высоким сопротивлением на срез. Припой является более экономичным, так как не содержит дорогостоящих металлов как серебро, цирконий и пр. Припой можно использовать для классического метода пайки в вакууме.

1. Припой для пайки титана и его сплавов, отличающийся тем, что он выполнен в виде сплава на основе алюминия, содержащего, вес. %: Cu 6-9, Ti≤1, Ni 1-2, Al – остальное, имеющий температуру твердой фазы 540-545°С и жидкой фазы 635-640°С.

2. Способ пайки деталей из титана и его сплавов, отличающийся тем, что соединяемые поверхности деталей из титана или его сплавов предварительно обрабатывают для придания им шероховатости, размещают между ними припой по п.1, затем пластически деформируют при давлении, равном напряжению не менее предела текучести припоя, и нагревают паяемый узел в атмосфере окружающего воздуха в печи или его местным нагревом с выдержкой при температуре 645-650°С в течение 9-13 мин.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что детали из титана и его сплавов выполнены в форме пластин.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что детали из титана и его сплавов выполнены в форме труб.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что детали из титана и его сплавов выполнены в форме колец.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что детали из титана и его сплавов выполнены в форме сотовых элементов.

Пайка титана и его сплавов

Титан — химический элемент IV группы периодической системы — относится к переходным металлам, отличается сравнительно небольшой плотностью (4,5 г/см 3 ), малым температурным коэффициентом линейного расширения и коррозионной стойкостью в морской воде, агрессивных средах и различных климатических условиях. В зависимости от легирования и термообработки временное сопротивление титановых сплавов изменяется от 490 до 1372 МПа. Титан может работать в широком интервале температур от —253 до 500 °С.

Паяемость титана и его сплавов определяется его высоким химическим сродством к другим элементам, в том числе к кислороду, азоту, водороду. Это обусловливает, в частности, высокую химическую и термическую стойкость его оксидов.

Титан обладает полиморфизмом. При температуре ниже 882 °С он находится в а-состоянии (гексагональная решетка), а выше— в в-состоянии (кубическая решетка). Это обстоятельство существенно влияет на паяемость титана, возможность удаления его оксидной пленки и диффузию депрессантов из шва в паяемый металл. Элементы, образующие твердые растворы внедрения, относятся к вредным примесям (С, N, О, Н), охрупчивающим титан; находясь в растворе, они могут приводить к замедленному хрупкому разрушению сплавов. Температура перехода сплава ОТ4 из а- в в-состояние соответствует 950 °С, сплава ВТЗ — выше 950 °С.

Элементы, образующие твердые растворы замещения, применяют в качестве легирующих элементов, а-сплавы (ВТ1—00, ВТ1—0) имеют временное сопротивление 294—686 МПа; они хорошо паяются и сохраняют высокую пластичность при криогенных температурах (ниже — 70 °С). Например, сплав ВТ1—0 имеет временное сопротивление выше 980 МПа. Двухфазные сплавы а+в с преобладанием при температуре 20 °С ос-фазы, легированные в-стабилизаторами в количестве до 2 % (ОТ4, ВТ4), имеют временное сопротивление 686—98в ; МПа; они более пластичны, хорошо паяются.

Сплавы титана с преобладанием p-структуры благодаря кубической решетке весьма пластичны при температуре 20 °С и упрочняются при термообработке; они сильнее и глубже окисляются на воздухе, быстрее наводороживаются при травлении. Вместе с тем в сплавах с в-структурой процесс гомогенизации после диффузионной пайки происходит значительно медленнее, чем в сплавах с а + в-структурной и особенно в сплавах с содержанием более 2 % стабилизаторов, что по-видимому, связано с более высоким содержанием в них легирующих элементов.

Титан относится к числу металлов-геттеров, интенсивно поглощающих азот и кислород и образующих с ними в твердом состоянии широкие области твердых растворов. В связи с большой растворимостью кислорода и азота и а-стабилизирующим действием этих элементов в титане на его поверхности при нагреве на воздухе образуется малопластичный слой а-твердого раствора (альфированный слой). Водород мало растворим в а-титане, но образует с а-сплавами гидрид титана Ti(OH), способствующий их охрупчиванию. В а + в-титановых сплавах водород растворим в большей степени и устраняет их эвтектоидный распад. Поэтому восстановительные газовые среды, содержащие азот и водород, применяемые при пайке сплавов на иных основах, не пригодны для пайки титана и его сплавов.

При температуре 650—700 °С титан образует стойкий оксид ТiO2 (рутил), выше температуры 900 °С — нитриды с азотом воздуха. Для предотвращения насыщения титана и его сплавов кислородом и азотом при нагреве, способствующими охрупчиванию, слой оксида и хрупкий слой твердого раствора кислорода и азота в титане (альфированный слой) перед пайкой должны быть тщательно удалены с поверхности паяемых деталей механическим или химическим способом.

Образование оксидов на очищенной поверхности титана при температуре 20 °С происходит сравнительно медленно, и пайка может быть проведена в течение первых суток после травления. При нагреве титана и его сплавов под пайку оксидная пленка образуется более быстро, особенно при температурах выше 650— 700 °С. Оксид титана ТiO2 химически стоек и обладает низкой упругостью диссоциации. В настоящее время для пайки титана и его сплавов иногда применяют специальные реактивные флюсы.

Образование оксидной пленки и альфированного слоя на поверхности паяемого изделия при пайке могут быть предотвращены, если изделие нагревать в чистом проточном аргоне или вакууме. Хотя оксид ТiO2 и не восстанавливается в вакууме с остаточным давлением более 1,33 . 10 -3 —1,33 . 10 -5 Па, относительно большая растворимость кислорода в a-Ti (до 20 %) и сравнительно небольшое содержание кислорода в контейнере при пайке в вакууме (р = 1,33 . 10 -2 —1,33 Па) или в проточном чистом и сухом аргоне (гелии) оказываются достаточными для предотвращения образования оксида на предварительно очищенной поверхности титана при нагреве в этих средах.

Герметизация контейнера и чистота его внутренней поверхно

сти оказывает большое влияние на качество паяного соединения. Небольшая течь или не очищенная от оксидов внутренняя поверхность контейнера из коррозионно-стойкой стали могут быть источниками кислорода, причиной окисления поверхности паяемого изделия и ухудшения качества паяного соединения.

Титан и его сплавы паяют при температуре выше 700—860 °С, т. е. выше температуры перехода a-Ti в B-Ti, в котором особенно высока растворимость кислорода.

От действия кислорода, появляющегося в контейнере из восстановленных оксидов стали, наиболее успешно защищают экраны из коррозионно-стойкой стали или из титана в виде крышек или негерметизированных коробок с чистой поверхностью.

Пайка титана легкоплавкими оловянными и высокоплавкими алюминиевыми припоями возможна только после предварительного лужения паяемой поверхности погружением в расплавленный припой при температурах, при которых тонкий слой пленки ТiO2 может быть восстановлен вследствие растворения кислорода в титане при температуре 800—900 °С. После устранения оксидных пленок и нагрева в инертной среде смачивание титана оловом и алюминием хорошее.

Флюсы, применяемые при пайке сплавов на других основах, не пригодны для пайки титана.

Рекомендуемые в литературе флюсы для пайки титана и его сплавов содержат главным образом хлориды и фториды металлов и рекомендованы для пайки в пламени кислородно-ацетиленовых горелок.

Титан и его сплавы лудят в жидком олове при перегреве до температуры 700—750 °С. Для этого деталь с обезжиренной и протравленной поверхностью быстро погружают в жидкое олово, чтобы поверхность титана не успела нагреться и окислиться. Перед погружением оксидную пленку быстро удаляют с поверхности жидкого олова. Такое лужение можно проводить и в среде проточного аргона. Выдержка в жидком олове технического титана должна быть не менее 15 мин. Деталь, вынутую из жидкого олова, быстро протирают чистой ветошью для удаления оксидной пленки со слоя олова. При этом на облуженной поверхности не должно быть участков, не смоченных оловом.

Необходимость перегрева олова до столь высоких температур при лужении титана и его сплавов, вероятно, обусловлена незначительной скоростью диффузии кислорода из оксидов с поверхности титана вглубь при более низких температурах. Облуженную поверхность перед пайкой слегка зачищают мягкой щеткой и протирают спиртом или ацетоном.

При пайке луженой поверхности температура нагрева паяльника не должна превышать 250 °С, так как выше этой температуры возможно нарушение сплошности слоя полуды. При пайке легкоплавкими припоями применяют обычные для этого процесса флюсы.

Лужение с помощью реактивных флюсов основано на способности титана восстанавливать металлы из их расплавленных солей. Процесс идет по следующим уравнениям:

Ti + 2SnCl2 = TiCl4 + 2Sn; Ti + 4 AgCl=TiCl4 + 4 Ag.

Хлорид титана TiCl4 в виде газа улетучивается с поверхности металла, разрушая при этом оксидную пленку ТiO2, а восстановленные олово и серебро покрывают чистую поверхность облуживаемого металла. Очищенную поверхность титана и его сплавов, покрытую оловом или серебром, подвергают пайке обычными способами.

При реактивно-флюсовом лужении оловом поверхность титана покрывают в печи с нейтральной атмосферой. Реакция восстановления олова происходит при температуре 350—400 °С и сопровождается выделением белого дыма (TiCl4). После окончания реакции и охлаждения деталей остатки флюса должны быть немедленно и тщательно смыты в горячей воде (при температуре 70—90 °С), а детали просушены. Горячее лужение титана и его сплавов перед пайкой проводят с помощью реактивных флюсов или при погружении его в жидкий металл.

Перед пайкой титана с алюминием или алюминиевыми сплавами применяют предварительное алитирование титана в жидком алюминии, перегретом до температуры 720—790 °С. Перед погружением титана в ванну поверхность жидкого алюминия раскисляют флюсами, содержащими хлористые и фтористые соли щелочных металлов (например, флюсом 34А); длительность алитирования обычно не превышает 10—12 мин. Пайка титана и его сплавов на воздухе легкоплавкими оловянными припоями может быть выполнена только по предварительно нанесенному покрытию из химического или гальванического никеля, меди, олова. Временное сопротивление разрыву таких соединений не превышает 49 МПа.

Относительно прочное сцепление «барьерных» металлических покрытий с паяемым металлом получается после термовакуумного напыления слоя металлов (10—20 мкм) при разрежении 1,33 (10 -2 —10 -3 ) Па на предварительно подогретую деталь.

Покрытие титановых сплавов слоем никеля может быть осуществлено также химическим способом из растворов, содержащих гипофосфит никеля; следует учитывать, что при этом покрытие представляет собой сплав Ni— (3—11 %)Р и уже при невысоком нагреве (400—500 °С) происходит распад сплава Ni—Р с выделением фазы Ni3P.

Для титановых сплавов, особенно легированных алюминием, ванадием и молибденом, нашла применение пайка в сухом проточном аргоне с точкой росы — 65 °С с предварительным вакуумированием контейнера. Пайку припоями, содержащими значитель

Автор: Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2012.02.11

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Сварка титана

Титан — удивительный металл. Он отличается уникальным сочетанием свойств: легкость, прочность, коррозионная стойкость. Кроме того, титан не отторгается тканями человеческого организма. Из титана изготавливают детали самолетов и подводных лодок, элитные велосипеды и протезы. Однако обработка титана, а особенно — его сварка сопряжена с определенными трудностями. Для их преодоления ученые и инженеры разработали и успешно применяют специальные способы сварки титана и его сплавов.

Особенности сварки титана и сплавов на его основе

Титан и его сплавы обладают температурой плавления от 1468 до 1830 ° С. Металл обладает высокой жаропрочностью (до 500 °С ) и высокой коррозионной стойкостью. Эти сплавы можно закалять, если добавить в качестве легирующих присадок хром, марганец или ванадий. При этом пластичность материала падает.

Однако при нагреве до 400 ° С поверхностные слои металла становятся химически активными и стремятся прореагировать с доступными окислителями, прежде всего — кислородом и азотом воздуха. Кроме того, при нагреве свыше 800 °С сплавы проявляют склонность к росту зернистости и пористости. Сварка титана должна происходить в условиях отсутствия газов — окислителей.

Способы сварки титана и его сплавов

Учитывая физико-химические свойства, титан и титановые сплавы сваривают только электродуговой сваркой.

Основные способы сварки титана:

  • в газовой среде, с бескислородным флюсовым порошком АН-11;
  • электрошлаковый для толстых листов, под флюсом АН-Т2;
  • контактный в атмосфере защитных газов.

В ходе работы требуется защищать от окислителей не только рабочую зону, но и оборотную сторону соединения. Поэтому технология сварки титана предусматривает работу в изолированном объеме, заполненном газовой смесью на основе аргона. Дополнительную защиту осуществляют, используя подкладки или сваривая детали встык.

Подготовительные операции

Для получения прочного и долговечного шва необходимо подготовить свариваемые поверхности. Прежде всего, следует удалить пленку из окислов. Для этого детали тщательно зачищают и обезжиривают с двух сторон на расстояние в 20 см от линии шва. Проводить очистку и обезжиривание следует в защитных перчатках, предотвращающих попадание потожировых пятен с рук.

Далее поверхности в течение 10 минут обрабатывают травильным составом — 35 частей соляной кислоты, 65 частей воды и 50 граммов фторида натрия. Раствор нагревают до 60-70 °С.

Следом наступает очередь механической обработки — шлифовки металлическими щетками и наждачкой №12 до полного удаления заусенцев и трещинок. Аналогично следует обработать и присадочную проволоку. Теперь можно приступать непосредственно к сварке титана и его сплавов.

Технология и режимы сварки

Ручную сварку титана и его сплавов проводят электродами из вольфрама постоянным током обратной полярности. В ходе работ применяют оснастку и дополнительные приспособления, обеспечивающие защиту рабочей зоны и нагретой области, прилегающей к шву, и значительных отрезком остывающего шовного материала. Это специальные удлиненные насадки с соплами для подачи инертных газов, козырьки, перфорированные подкладные пластины с подачей газа и т.д. При соединении трубопроводов трубы заполняют защитным газом изнутри.

Ручная дуговая сварка

Ручная аргонодуговая сварка чаще всего применяется при изготовлении уникальных изделий или в мелкосерийном производстве, а также при выполнении работ высокой сложности, на которые не получается запрограммировать автомат.

Ручная дуговая сварка

При толщине листа до 3 мм зазор следует выставлять от полмиллиметра до полутора, и сваривать можно без добавления присадочной проволоки. При использовании 1,5-миллиметрового электрода и 2-миллиетровой присадочной проволоки сварочный ток для листов толщиной 2 миллиметра выбирают около 100 ампер, а для листов в 3-4 мм — ток увеличивают до 140 ампер.

Электрод ведут прямо, без колебаний, а наклонен он должен быть вперед по ходу шва. Если используется присадочная проволока, то она должна подаваться непрерывно, а электрод ставится перпендикулярно к заготовке.

После завершения шва и отключения электродуги требуется подавать защитные газы еще как минимум полторы — две минуты, чтобы дать возможность последнему участку шва и околошовной зоны остыть до 400 °С. Такая защита препятствует образованию окислов. Окислившийся шов легко отличим по цвету:

  • высококачественный шов — желтый (соломенный);
  • окислившийся – серо- черный, с переходом в синеву.

Автоматическая сварка

Автоматическая сварка проводится электродами из вольфрама с применением постоянного тока.

Если используется неплавкий электрод, то рекомендуется применять прямую полярность. Рекомендованный диаметр сопел горелки, подающих защитный газ, должен быть в пределах 12-15 мм.

Розжиг и гашение дуги выполняют не на самой детали, а на расположенных рядом с началом шва планках. Это связано с тем, что в начале и конце работы дуги в ходе переходных процессов возможны броски напряжения, могущие вызвать проплавление основной детали.

Режимы аргонодуговой сварки титана

При сварке титана аргоном работают с металлом толщиной от 0,8 до 3 миллиметров.

Параметры сварки зависят от толщины листа:

  • Диаметр электрода 1 -3 мм;
  • напряжение 80-130 вольт;
  • сила тока 45-220 А;
  • скорость ведения электрода 18-22 метров в час;
  • расход газа в горелке 6-12 литров в минуту;
  • расход в подкладной пластине 3-4 литра в минуту.

Режимы сварки титана под флюсом

При этом методе линия шва посыпается толстым слоем флюсового порошка. Облако инертных газов образуется по мере сгорания флюсового порошка в пламени электродуги и прикрывает как сварочную ванну, так и околошовное пространство.

Схема сварки под флюсом

Метод позволяет работать с более толстыми деталями – до 5 мм для стыковых и угловых соединений, а при сварке внахлест — только до 3 мм. Ток при этом используется от 250 до 330 ампер, рабочее напряжение — 24-38 вольт. Данный метод обеспечивает повышенную скорость сварки — от 40 до 50 метров в час (почти метр в минуту).

Электрошлаковая сварка титановых сплавов

Этот способ применяется реже, но позволяет достигнуть высокой эффективности при соединении заготовок из титановых сплавов с добавлением алюминия и олова. Метод весьма энергоемкий, применяются трехфазные сварочные источники. Сварочные токи достигают полутора тысяч ампер.

Применяются пластинчатые электроды сечением 12×60 мм. Они позволяют получить высококачественный шов, причем шовный материал по своим основным механическим параметрам близок к материалу деталей.

Для прессованных из титана деталей проводят сварку круглыми 8-миллиметровыми электродами. При этом не удается достигнуть столь же высоких прочностных показателей, как для пластинчатых.

При работе данным методом не рекомендуется использовать плавкие электроды из легированных сплавов, ввиду чрезмерного насыщения прессованного материала сварочными газами.

Контактная сварка титана

При контактной сварке электроды не используются для разжигания дуги, их назначение — только подвести электрический ток к рабочей зоне. Дуга разжигается непосредственно между небольшими зонами деталей, сближаемых между собой под давлением электродов. Метод применяется для сварки относительно тонких листов проката в ходе изготовления сосудов, корпусов и т.п.

Контактная сварка бывает:

  • стыковая;
  • точечная;
  • шовная, или роликовая;
  • конденсаторная

По данным исследований, наилучшая скорость оплавления при работе с крупными заготовками должна составлять 2-3 мм/с. Повышение скорости вызывает понижение прочностных характеристик шва, несмотря на аргонную защитную атмосферу.

В ходе подготовки к сварочным работам кромки заготовок следует отфрезеровать или зачистить абразивными материалами. Необходимо также тщательно обезжирить как линию шва, так и околошовную зону до 20 см. Поскольку титан имеет низкую теплопроводность, он склонен перегреваться. Поэтому значение осадки устанавливается на 10-20% выше, чем для конструкционных сталей.

Режимы стыковой сварки титана

Сварочные режимы определяются, прежде всего, площадью сечения свариваемых заготовок. Метод позволяет сваривать детали сечением от 150 до 10 000 мм 2 . При этом остальные характеристики варьируются в зависимости от сечения:

  • осадочное давление 2,9-9890 МН/м 2 ;
  • вылет 25-200 мм;
  • припуск оплавки 8-40 мм;
  • припуск осадки 3-15 мм;
  • скорость оплавки 6-2,5 мм/сек;
  • рабочий ток 1,5-50 А.

Точечная сварка титана

Этот метод позволяет получить негерметичное соединение листового металла до 4 мм толщины. Она широко применяется для корпусов механизмов и защитных кожухом, для сборки различных опорных рамок и т.п. Электрод должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать большое усилие сжатия листов. Для сварки протяженных швов с целью повышения производительности используется несколько электродов, расположенных с тем же шагом, что и точки шва.

Режимы точечной сварки титана определяются толщиной проката:

  • толщина листа 0,8-2,5 мм;
  • контактная поверхность 4-8 мм;
  • давление электрода 1,9-6,8 кН;
  • длительность импульса 0,1-0,4 с;
  • длительность сжатия 0,1-0,4 с;
  • ток импульса 7-12 кА.

Шовная роликовая сварка титана

данный способ используется для создания герметичных сварных соединений. Используются электроды в виде силовых роликов, которые катятся вдоль лини шва и сжимают листы заготовок друг с другом. На них периодически подают мощные импульсы тока с тем расчетом, чтобы зоны проплавления, имеющие овальную форму, перекрывали друг друга на 10-15% . Цепочка таких точек сварки и образует непрерывный герметичный шов. Метод позволяет сваривать листы толщиной от 0,2 до 3 мм и весьма популярен при изготовлении герметичных емкостей сосудов низкого давления, таких, как топливные баки, сильфоны и т.п.

Режимы конденсаторной стыковой сварки титановых труб

Конденсаторный метод является подвидом шовной сварки и отличается от него тем, что энергия электрического импульса запасается в батарее, составленной из мощных конденсаторов, и управляющим модулем периодически подается на электроды. Трубные заготовки диаметром до 23 мм с толщиной стенки до 1,5 мм получается сваривать даже без защитной атмосферы, поскольку мощный импульс выжигает окислители в зоне сварки.

Режим сварки также определяется диаметром трубы и толщиной ее стенки. Емкость конденсаторной батареи колеблется от 5 000 до 7000 микрофарад, напряжение импульса — от 800 до 2100 вольт, усилие сжатия — от 8 до 24 кН.

Очень важно соблюдать дистанцию вылета труб из вкладышей (от 1 до 1,8мм), поскольку при его превышении более 2,2 мм происходит смещение торцов и неполный провар шва.

Возможные дефекты при сварке

Одним из наиболее часто встречающихся дефектов является повышенная пористость шва. Он возникает за счет поглощения шовным материалом пузырьков водорода, попадающего в сварочную ванну. Чтобы избежать пористости, следует:

  • тщательно зачистить и обезжирить рабочие поверхности;
  • обеспечить достаточную защиту сварочной ванны и зоны остывающего металла.

Распространено также образование окисного слоя, переходящего от линии шва к сплошному металлу заготовок. Избежать этого позволяет поддержание защитного газового облака до остывания шва до температуры 400 °С.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Технология пайки металлических материалов. Пайка титана и сплавов. Пайка сталей и чугуна

Высокотемпературная пайка алюминия и сплавов. Высокотемпературная пайка алюминия и сплавов выполняется припоями на основе алюминия. Такие припои не вызывают коррозии в зоне паяных швов, так как разность нормальных электродных потенциалов припоев и паяемого металла незначительна.

Низкотемпературная пайка по технологическому покрытию. При низкотемпературной пайке в качестве технологического покрытия используют металлы: Cu, Ni, Ag, Zn, которые наносят на паяемую поверхность электролитически, химически, либо термовакуумным напылением. Пайка по покрытиям может осуществляться Sn-Pb припоями с применением канифольно-спиртовых флюсов или флюсов на основе водного раствора ZnCl2.

Безфлюсовая пайка ультразвуковым паяльником (ультразвуковое лужение) для покрытия поверхности алюминия и его сплавов, а также керамики, ферритов, сталей перед пайкой легкоплавким припоем.

Для ультразвукового лужения используют ультразвуковые паяльники или ванны. Под действием ультразвуковых колебаний (частота 18-60 КГц при интенсивности излучения 8-16Вт/м 2 ) в жидком припое возникают макро- и микропотоки, уносящие частицы окислов. Используется ванна с Sn при 280°С, интенсивность колебаний зависит от состава припоя. Длительность лужения 0 С), что затрудняет проведение пайки. В припои на алюминиевой основе вводят кремний, серебро, медь, цинк, кадмий, германий.

Наилучшие коррозионные свойства обеспечивают припои системы Al-Si (4-13% Si), например, эвтектический сплав, содержащий 12% Si, с Тпл.=577 0 С, однако такие припои имеют высокую (относительно паяемого металла) температура плавления, что затрудняет проведение пайки.

Введениев припой системы Al-Si дополнительно Cu снижает температуру плавления припоя ( 28% Cu ): образуется тройная эвтектика с Тпл.=525 0 С (припой 34А: 66Al-28Cu-6Si).При пайке используется флюс следующего состава: 54-56 КCl ; 29-35 LiCl ; 9-11 NaF ; 8-12 ZnCl2 (флюс 34А).

Припой системы Al-Si-Cu используется для пайки сплавов с высокой температурой плавления (АВ, АМц, АМг), они непригодны для пайки дуралюмина (Д1, Д16), не допускающего нагрева выше Т=505 0 С.

Легирование алюминиевого припоя цинком и германием снижает температуру его плавления и следовательно температуру пайки.

Состав германиевого припоя на основе алюминия (вес.%): Si-5,5, Mn-1,5, Ge-28; Тпл.=440 0 С; Zn 24-26, Cu-20, Si-3,5; Тпл.=490-500 0 С. Флюсы – смеси солей хлоридов щелочных металлов с добавлением фторидов металлов.

Используют для пайки сплавов АМц, Д20 горелками (с бензино- или газовоздушным пламенем, а не ацетиленокислородным, которое, взаимодействуя с флюсом, снижает его активность). Зазор при флюсовой пайке – 0,1-0,25 мм.

Высокотемпературная флюсовая пайка алюминия и сплавов может производиться с применением газопламенного, печного, индукционного, контактного нагрева и путём погружения в расплавы флюсов.

Печной нагрев. Для печной пайки применяют припой 34А и флюс 34А, Тп.=550-560 0 С; припой эвтектического состава системы Al-Si: Тпл=580-590 0 С , Тп=600 0 С.Используют для пайки тонкостенных ажурных конструкций, скорость нагрева при пайке зависит от толщины стенок соединяемых деталей.

Однако применение флюса 34А при печном нагреве опасно из-за растворения паяемого металла цинком, выделяющимся из флюса; при пайке тонкостенных изделий это может привести к сквозному проплавлению. Поэтому во флюсе заменяют ZnCl2 на SnCl2, CdCl2, PbCl2.

Пайка в соляных ваннах: пайка погружением в расплавах солей используется при изготовлении конструкций из алюминия и сплавов с применением готовых припоев или плакированного слоя. Иногда используют реактивно- флюсовую пайку с образованием припоя в результате взаимодействия активных компонентов солей с паяемыми материалами.

Реактивно-флюсовая пайка алюминия – разновидность флюсовой высокотемпературной пайки; пайку выполняют погружением в соляную ванну, в состав которой входит небольшое количество активных хлоридов – ZnCl2, SnCl2, CdCl2.

После пайки необходима тщательная обработка: промывка в проточной горячей и холодной воде, последующая обработка в 5% растворе HNO3 и 10% растворе хромового ангидрида Cr2O5.Основной недостаток флюсовой пайки алюминия – высокая коррозионная активность алюминия.

Пайка алюминия с медью: пайку выполняют по покрытию: например на поверхность алюминия наносят никелевое покрытие, пайку осуществляют в водороде припоем следующего состава: 49Ag, 20Cu, 31Zn. Еще один пример: на поверхность меди наносят защитное цинковое или серебряное покрытие, для пайки используют припои на основе Sn, Cd, Zn. Через серебряное покрытие на меди может быть осуществлена контактно-реактивная пайка. Но при этом в шве образуется хрупкая эвтектика Al-Ag-Cu; такие соединения могут быть использованы только в ненагруженных конструкциях.

Пайка алюминия со сталью выполняется после предварительного лужения стальной поверхности припоями системы Sn-Pb, Al-Si с применением активных флюсов на основе фтористых и хлористых солей.

Пайка титана и сплавов. Особенности выполнения пайки определяются высоким химическим сродством титана и сплавов к кислороду, азоту, водороду, отсюда – высокая химическая и термическая стойкость его окислов.

Титан – химический элемент 4-й группы периодической системы элементов Менделеева, порядковый номер 22, атомный вес 47,9. Титан – тугоплавкий металл белого цвета, существует в двух аллотропических модификациях a- и b -титан при температурах выше 882 0 С. Удельный вес a-титана составляет 4,5г/см 3 , Тпл=1665±5 0 С.

Титан является переходным элементом и имеет недостроенный слой 3d электронной оболочки. В большинстве химических соединений титан четырёхвалентен, реже – трёхвалентен. Химическая активность титана с повышением температуры возрастает, он поглощает водород при 20 0 С, при 300 0 С скорость поглощения водорода весьма высока (отсюда – водородная хрупкость титановых сплавов). Растворимость водорода в титане обратима, что позволяет почти полностью удалить примесь водорода вакуумным отжигом. Заметное взаимодействие Ti c O2 начинается при 600 0 С, с N2 – выше 700 0 С.

Примеси O2, N2, H2, C, образующие с титаном твердые растворы внедрения, ухудшают его механические свойства. Титан обладает высокой коррозионной стойкостью благодаря образованию прочной оксидной плёнки.

Титан образует сплавы практически со всеми металлами (за исключением щелочных и щелочноземельных), а также с Si, B, H2, N2, O2.

Легирующие элементы оказывают определенное влияние на температуру аллотропического превращения титана:

– элементы, повышающие температуру превращения – (Al, O, N), называются a – стабилизаторами;

– понижающие температуру превращения (большинство металлов, например Mo, Mn) – b-стабилизаторы;

– элементы, мало влияющие на температуру превращения, называются нейтральными, или двухфазными упрочнителями.

По структуре титановые сплавы делятся на 4 группы:

1 группа – сплавы с a-структурой: Ti и сплавы Ti-Al, Ti-Sn, Ti-Zr; не содержат b-стабилизаторов, хорошо свариваются сваркой плавлением, сохраняют высокую пластичность при низких температурах и не чувствительны к упрочняющей термообработке. Недостаток – пониженная технологическая пластичность.

2 группа – двухфазные сплавы a+b с преобладанием a – структуры, содержащие до 2% b-стабилизаторов (Cr, Mn, Fe, Si, Cu, Ag, Au). Эти сплавы более пластичны, чем a-сплавы, при сохранении хорошей свариваемости; к термообработке нечувствительны.

3 группа – двухфазные сплавы a+b, содержащие более 2%b-стабилизаторов. Обладают хорошей пластичностью после отжига или закалки и высокой прочностью после закалки и старения. Свариваются хуже, чем 1 и 2., после сварки необходима термообработка для повышения пластичности шва.

4 группа – сплавы с преобладанием b-фазы. Очень пластичны при комнатной температуре, после термообработки прочность очень увеличивается, сварной шов пластичен после сварки, хрупок после упрочнения термообработкой.

a-сплавы:

ВТ1-00, ВТ1-0 , ВТ1-1, ВТ1-2 – технический титан; ВТЛ – сплав (вес.%) – 5Al, 1,0Si ;

Ti-2Al – 2,5Al; ВТ5-1 – 5Al, 2,5Sn ;Ti-3Al – 3,4Al; Ti-Al-Zr – 2Al, 2,5Zr ; BT5 – 5Al ; BT10 – 5Al, 2,5Sn, 3Cu.

a+b-сплавы ( b-стабилизаторов до 2%)

OT4-1 – 2Al, 1,5Mn ; АT3 – 3Al, 1,5 (Fe+Cr+Si+B);OT4 – 3Al, 1,5Mn; AT4 – 4Al, 1,5 (Fe+Cr+Si+B); OT4-2 – 6Al, 1,5Mn ; BT4 – 4Al, 1,5Mn ; BT-12 – 4Al, 1Mo, 3Sn, 2Zr.

a+b-сплавы (b-стабилизаторов более 2-х%)

ВТ6 – 4,5Al, 3,5V ; BT6 – 6Al, 4V ; BT8 – 6,5Al, 3,5Mo, 0,25Si ; BT14 – 4Al, 3Mo, 1V; BT16 – 2,5Al, 7,5Mo.

b-сплавы : BT – 3Al, 8Mo, 11Cr

В качестве жаропрочных сплавов применяют ВТ3, ВТ3-1, ВТ5, ВТ5-1, ВТ8, ВТ9. При длительной работе Траб.=500-550 0 С, при кратковременной работе – Траб.=800 0 С.

В результате высокой растворимости О2 и N2 и a-стабилизирующим действием этих элементов на поверхности титана образуется малопластичный слой a-твердого раствора (альфированный слой). Водород мало растворим в a-Ti, но образует с a-сплавами гидрид титана – TiOH, способствующий его охрупчиванию. Поэтому восстановительные газовые среды, содержащие H2, N2, не пригодны для пайки титана исплавов.

При 650-700 0 С образуется стойкий окисел TiO2 (рутил), выше 900 0 С – нитриды с N2 воздуха. При нагреве в чистом Ar или вакууме – оксид и нитрид не образуется.

Низкотемпературная пайка : на воздухе припоями системы Sn-Pb только по покрытию Ni, Cu, Sn (химически или гальванически нанесённому).

Облуживание Ti при 700-750 0 С, t³15мм в расплаве Sn при использовании активных флюсов (SnCl2,AgCl),при этом происходит восстановление металлов из их расплавленных солей по реакции:

Ti + 4AgCl = TiCl4­ + 4Ag

Соединения титана, паянные с применением флюсов, некачественны, поэтому низкотемпературную пайку применяют редко.

Высокотемпературная пайка титана и сплавов в вакууме или Ar марки А1, тщательно очищенном от примесей O2, N2 и паров воды. Тпайки > 700 0 С (800-900 0 С); при Т>900 0 С проявляется склонность к росту зерна и снижение пластических свойств паяных соединений.

Водород, всегда находящийся в титане и снижающий его пластичность, удаляется при пайке (или нагреве) в вакууме 0,01Па при Тн»900 0 С, поэтому пайка титана в вакууме предпочитательнее, чем в Ar.

При выборе припоя, способа и режима пайки учитывают, что титан образует хрупкие интерметаллиды в паяном шве практически со всеми элементами, входящими в припои: основа припоя серебро – образует с титаном интерметаллид, менее хрупкий, чем с другими элементами; основа припоя алюминий – образует с титаном ограниченные области твёрдых растворов, что позволяет рассчитывать на получение менее хрупких паяных соединений.

Состав припоев (вес.%): Ag, Ag + Al (Al 0 С, t=3мин.

2) Пайка в контейнерах из тонколистовой коррозионно-стойкой стали, изделия изолируют прокладками из молибдена, слюды или керамики. Припой – фольга или порошковые пасты, медленный нагрев до 600 0 С в вакууме (Р=1,3´0,001 Па), заполнение рабочей полости Не, быстрый нагрев до Тп=930-960 0 С.

Припои на основе никеля и меди дают ещё более высокопрочные соединения, но никель и медь растворяют титан, вызывая сильную эрозию и охрупчивание в зоне шва.

Диффузионная пайка даёт более пластичные и прочные соединения. Используют минимально необходимое количество припоя (фольга δ=50мкм или напыленный слой)), например, Ni, Cu, Fe, Go, выдерживают при температуре пайки до тех пор, пока в паяном соединении не образуется пластичный твёрдый раствор. Прочность соединений, полученных таким способом, близка к прочности паяемого металла.Тп=960-980 0 С, t=12 час

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector