Пайка в вакууме

Метод

Процесс пайки в вакууме во многих отношениях аналогичен обычной операции твердой пайки. При вакуумной пайке, так же как и при пайке на воздухе, необходимы припой, нагрев и капиллярное смачивание. Однако при выполнении операций пайки в вакууме необходимо учитывать упругость паров используемых материалов. При температурах пайки может иметь место испарение материалов с высокой упругостью паров.

Процесс пайки в вакууме по сравнению с обычной пайкой более безопасен и обладает следующими преимуществами: повышенная прочность соединения, широкий диапазон материалов, которые могут быть подвергнуты пайке, повышение смачиваемости и текучести припоев и чистота паяных поверхностей. В результате процесса вакуумной пайки механические свойства материалов, подвергнутых пайке (и, в частности, пластичность), улучшаются.

Прочность спаев

Предел прочности на сдвиг соединений, паянных в вакууме, по сравнению с их прочностью при пайке в соляных ваннах или атмосфере водорода повышается почти на 50% [5]. Значительное число опубликованных данных свидетельствует о высокой прочности вакуумных отливок. Если учесть, что связующий материал в месте спая является по существу отливкой, то становится понятным, почему физическая прочность паянных в вакууме соединений оказывается более высокой, чем прочность спаев, полученных в атмосфере или в солях.

Установлено, что при комнатной температуре предел прочности на сдвиг для нескольких сплавов, спаянных припоем на никелевой основе (марки AMS 4775), в среднем равен 44 кг/мм².

Материалы, подвергаемые пайке

Имеется большое количество новых высококачественных сплавов, содержащих легирующие элементы, которые взаимодействуют с защитной атмосферой и образуют химические соединения, вредно влияющие на пайку. Добавки титана и алюминия в количестве, превышающем 1,5%, ухудшают смачиваемость и текучесть припоев. Сплавы, содержащие эти элементы, как, например, инконель X, R235 или А286, не могут быть спаяны в обычных условиях. Для их пайки в атмосфере воздуха необходимо применять флюсы, покрытия и другие защитные средства. Необходимость в этом при пайке в вакууме отпадает.

Задача улучшения смачиваемости по существу заключается в защите поверхностей, подлежащих пайке, от образования на них или удаления с них химических соединений, присутствие которых в составе припоев является нежелательным. Если окисление этих поверхностей предотвращено, то нет необходимости в использовании флюсов. В течение многих лет пайку высокопористых сплавов без применения флюсов производили ,в атмосфере сухого водорода или диссоциированного аммиака. Окись хрома, конечно, восстанавливается сухим водородом.

Положительная роль защитной среды заключается в том, что восстановительный газ предотвращает образование окислов за счет реакции металла с кислородом или восстанавливает металлические окислы на поверхностях. Однако при этом следует учесть, что реакции газа с металлическими окислами обратимы, и для удаления газообразных продуктов реакций требуется создать проточную струю газа. Пайка материалов с глухими отверстиями или полостями, недоступными воздействию струи газа, невозможна.

В этих полостях часто образуются оксидные пленки, которые снижают качество пайки. При использовании флюсов частицы последних остаются в этих полостях, что приводит к их коррозии при дальнейшей работе. Неэффективность газовой циркуляции выявляется, например, при пайке трубчатых теплообменников и сотовых конструкций. Вакуумная пайка успешно решает эту проблему, предотвращая окисление таких деталей.

Следует подчеркнуть, что пайка в вакууме сотовых конструкций имеет некоторые дополнительные преимущества. Секции таких конструкций удовлетворительно паяются в вакууме с одновременным креплением полос сверху и снизу. В результате такой пайки на поверхности конструкции возникают сжимающие усилия, которые компенсируют растягивающие усилия, действующие в процессе ее эксплуатации. Если изделие работает при высоких температурах, то наличие откачанных сотовых полостей может предотвратить разрушение тонкостенной сотовой конструкции. Замкнутые эвакуированные полости служат в качестве теплоизоляторов и могут иметь практическое применение.

Припои

При вакуумной пайке могут быть использованы различные припои. Часто используют припои на медной, серебряной и никелевой основах. Для работы при высоких температурах применяются также припои на золотой основе, когда пластичности соединений придается первостепенное значение. Припои на никелевой основе отличаются высокой прочностью при повышенных температурах и обладают антикоррозионными свойствами. Обычно стараются по возможности не применять сплавы, содержащие цинк, кадмий или другие летучие элементы.

Интересно отметить, что в результате опытов с двумя промышленными марками припоев на никелевой основе, соответствующих марке AMS 4775 (72,5% Ni, 5,0% Si, 3,5% В и 15% Сг), не наблюдали заметных потерь компонентов сплава после пайки в вакууме при 1040° и давлении около 1 мк рт. ст.