RU2580255C1 - Soldering method - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention can be used in high-temperature soldering of aluminium and its alloys, for example of flat termo-boards. Assembly of parts for soldering is performed through metal spacer with ultimate strength, larger or equal to ultimate strength of soldered parts. Layer of solder is applied on both sides of the spacer. Thickness of metal spacer with solder ranges from 0.3 to 0.8 mm. Ratio of spacer thickness to layer of solder applied on one side equals from 8:1 to 10:1. Components are soldered and cooled.

EFFECT: method provides elimination of dry joints due to uniform distribution of solder on soldered surfaces.

1 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к способам высокотемпературной пайки изделий, например плоских термоплат из алюминия и его сплавов.The invention relates to the field of engineering, in particular, to methods for high-temperature brazing of products, for example, flat thermoplates from aluminum and its alloys.

Известен способ пайки, включающий сборку деталей под пайку с укладкой между деталями припоя в виде фольги, нагрев деталей до температуры пайки, выдержку при температуре пайки, охлаждение и последующую термообработку, причем охлаждение спаянных деталей осуществляют до комнатной температуры, а при термообработке спаянные детали нагревают до температуры на 5-40°С выше температуры неравновесного солидуса применяемого припоя, выдерживают при этой температуре в течение 10-100 мин, а затем охлаждают до комнатной температуры (патент РФ №2443520, кл. В23К 1/19, C21D 9/56).A known method of soldering, including assembling parts for soldering with laying between the parts of the solder in the form of a foil, heating the parts to a soldering temperature, holding at the soldering temperature, cooling and subsequent heat treatment, moreover, cooling the soldered parts is carried out to room temperature, and during heat treatment, the soldered parts are heated to temperature 5-40 ° C higher than the temperature of the nonequilibrium solidus of the applied solder, maintained at this temperature for 10-100 minutes, and then cooled to room temperature (RF patent No. 2443520, class B 23K 1/19, C21D 9/56).

Для данного способа характерна высокая трудоемкость сборки деталей под пайку алюминиевых конструкций, имеющих сложную поверхность контакта соединяемых деталей.This method is characterized by the high complexity of assembling parts for soldering aluminum structures having a complex contact surface of the connected parts.

Известен способ пайки деталей из алюминиевых сплавов, включающий размещение припоя в виде плакирующего слоя на поверхности одной из деталей и последующую пайку деталей (патент ЕР 1430988, кл. В23К 35/22, В23К 1/19, С22С 21/00) - наиболее близкий аналог.A known method of soldering parts from aluminum alloys, including placing solder in the form of a cladding layer on the surface of one of the parts and subsequent soldering of parts (patent EP 1430988, class B23K 35/22, B23K 1/19, C22C 21/00) is the closest analogue .

Недостатком данного способа является необходимость плакировки заготовки, имеющей сложную геометрическую форму, или деформацию плакированного листа для получения заготовки нужной формы, что увеличивает трудоемкость изготовления конструкции и вероятность образования непропаев, вследствие неравномерности распределения припоя по соединяемым поверхностям (из-за утонения толщины припоя в местах изгиба).The disadvantage of this method is the need for cladding a preform having a complex geometric shape, or deformation of the clad sheet to obtain the preform of the desired shape, which increases the complexity of manufacturing the structure and the likelihood of formation of non-solders due to the uneven distribution of solder on the connected surfaces (due to thinning of the thickness of the solder in the bend )

Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационных характеристик получаемых паяных конструкций за счет исключения непропаев, увеличение срока их службы, а также увеличение номенклатуры паяных соединений из алюминиевых сплавов.The technical result of the invention is to increase the operational characteristics of the resulting brazed structures by eliminating nepropae, increasing their service life, as well as increasing the range of soldered joints from aluminum alloys.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе пайки, включающем сборку подлежащих пайке деталей и последующую их пайку, сборку паяемых деталей под пайку производят через металлическую проставку (например, из сплава АМц, АД31, АВ и пр. для пайки сплава АМц), имеющую предел прочности, больший или равный пределу прочности материала паяемых деталей, на обе стороны проставки наносят слой припоя с обеспечением толщины металлической проставки с припоем от 0,3 до 0,8 мм и отношения толщины материала проставки к слою припоя, нанесенного на одну из сторон проставки, составляющего от 8:1 до 10:1The specified technical result is ensured by the fact that in the brazing method, which includes assembling the parts to be brazed and then brazing them, assembling the brazed parts for brazing is performed through a metal spacer (for example, from alloy alloy AMts, AD31, AB, etc., for soldering alloy AMts), having a tensile strength greater than or equal to the tensile strength of the material of the brazed parts, a layer of solder is applied to both sides of the spacer to ensure the thickness of the metal spacer with solder from 0.3 to 0.8 mm and the ratio of the thickness of the material of the spacer to the solder layer is applied nogo on one side of the spacer, ranging from 8: 1 to 10: 1

Предлагаемый способ пайки алюминиевых сплавов позволяет обеспечить снижение трудоемкости сборки изделия под пайку по сравнению с использованием припоя в виде фольги при пайке конструкций со сложными геометрическими размерами и плоской паяемой поверхностью, например, теплообменной аппаратурой с внутренними каналами различного вида. В случае использования припоя в виде фольги перед пайкой необходимо из тонкой ленты вырезать элементы припоя, соответствующие геометрии паяемых изделий и произвести их фиксацию на паяемых поверхностях. Использование металлической проставки, покрытой с двух сторон припоем и соответствующей геометрическим размерам паяемой поверхности двух деталей, позволит существенно сократить трудоемкость операции сборки, повысить качество сборки за счет гарантированного размещения припоя в зазоре и, как следствие, обеспечить повышение качества паяных конструкций. Вместе с этим механическая прочность паяной конструкции будет определяться также и прочностью используемой металлической проставки. Таким образом, для обеспечения равнопрочности конструкции необходимо, чтобы предел прочности металла, из которого изготавливается металлическая проставка, был большим или равным пределу прочности основного металла паяемых изделий.The proposed method of brazing aluminum alloys allows to reduce the complexity of assembling the product for soldering in comparison with the use of solder in the form of a foil when brazing structures with complex geometric dimensions and a flat brazed surface, for example, heat exchangers with internal channels of various kinds. In the case of using solder in the form of a foil, before soldering, it is necessary to cut out the elements of the solder corresponding to the geometry of the soldered products from a thin tape and fix them on the soldered surfaces. The use of a metal spacer coated on both sides with solder and corresponding to the geometrical dimensions of the soldered surface of the two parts will significantly reduce the complexity of the assembly operation, improve the quality of the assembly due to the guaranteed placement of solder in the gap and, as a result, ensure an increase in the quality of soldered structures. Along with this, the mechanical strength of the soldered construction will also be determined by the strength of the metal spacer used. Thus, to ensure equal structural strength, it is necessary that the tensile strength of the metal from which the metal spacer is made is greater than or equal to the tensile strength of the base metal of the brazed products.

В процессе эксплуатации паяной конструкции на ее работоспособоность будет также оказывать влияние и толщина металлической проставки. В случае использования при пайке проставки с большой толщиной в процессе эксплуатации под большим внутренним давлением возможно разрушение конструкции по паяному шву, поскольку в этом случае по границам проставки будут возникать значительные сдвиговые деформации. В случае использования тонкой проставки возможно ее растворение в расплавленном припое, что приводит к образованию различных дефектов в процессе пайки. Экспериментальным путем было определено, что оптимальная толщина металлической проставки должна составлять от 0,3 до 0,8 мм.During operation of the soldered structure, the thickness of the metal spacer will also affect its performance. If a spacer with a large thickness is used during soldering during operation under high internal pressure, destruction of the structure along the soldered seam is possible, since in this case significant shear deformations will occur along the spacer boundaries. In the case of using a thin spacer, it is possible to dissolve in the molten solder, which leads to the formation of various defects during the soldering process. It was experimentally determined that the optimal thickness of the metal spacer should be from 0.3 to 0.8 mm.

Для формирования качественного паяного соединения соотношение толщины основного металла металлической проставки к слою припоя, нанесенному на поверхность одной из сторон, должно составлять от 8:1 до 10:1. В случае меньшего соотношения толщин основного металла и припоя в процессе пайки наблюдаются непропаи и в некоторых участках отсутствие галтелей вследствие малого количества расплавленного припоя. При превышении данного соотношения в процессе пайки образуется излишек припоя, что может привести к заплавлению им каналов и увеличению эрозии паяемого материала.To form a high-quality soldered joint, the ratio of the thickness of the base metal of the metal spacer to the solder layer deposited on the surface of one of the sides should be from 8: 1 to 10: 1. In the case of a smaller ratio of the thicknesses of the base metal and the solder during the brazing process, there is a lack of solder and in some areas the absence of fillets due to the small amount of molten solder. If this ratio is exceeded, an excess of solder is formed during the soldering process, which can lead to the melting of channels and an increase in erosion of the soldered material.

Осуществление заявленного способа будет понятно из приведенного ниже примера.The implementation of the claimed method will be clear from the example below.

ПримерExample

Заявленным способом изготавливали партию (5 штук) плоских термоплат из сплава АМц размером 486×250×80 мм с 12 внутренними каналами и толщиной стенки между каналами 1,5 мм. Сборку перед пайкой осуществляли с использованием металлической проставки из сплава АМц, плакированной с двух сторон припоем на основе сплава 01315, толщиной 0,8 мм. Толщина плакированного слоя припоя на металлической проставке составляла 0,08 мм (соотношение толщины металлической проставки к слою припоя составляло 9:1). Металлическая проставка, изготовленная по форме крышки термоплаты, устанавливалась на верхнюю часть корпуса с каналами, а затем на нее устанавливалась крышка из сплава АМц. Сверху собранной конструкции устанавливался груз для плотного поджатия подлежащих пайке деталей.According to the claimed method, a batch (5 pieces) of flat thermal boards made of an AMts alloy with a size of 486 × 250 × 80 mm with 12 internal channels and a wall thickness between channels of 1.5 mm was made. The assembly before soldering was carried out using a metal spacer made of AMts alloy, clad on both sides with a solder based on 01315 alloy, 0.8 mm thick. The thickness of the clad layer of solder on the metal spacer was 0.08 mm (the ratio of the thickness of the metal spacer to the layer of solder was 9: 1). A metal spacer made in the form of a thermal plate cover was installed on the upper part of the housing with channels, and then a cover made of AMts alloy was installed on it. A load was installed on top of the assembled structure to tightly tighten the parts to be soldered.

Изделие загружалось в вакуумную печь УВП-1, в которой создавался вакуум с остаточным давление порядка 10 Па. Пайка производилась при температуре (610±5)°С, время выдержки при температуре пайки составляло 5-7 мин. Охлаждение полученного изделия велось вместе с печью.The product was loaded into a UVP-1 vacuum furnace, in which a vacuum was created with a residual pressure of about 10 Pa. Soldering was carried out at a temperature of (610 ± 5) ° С, the exposure time at the soldering temperature was 5-7 minutes. The cooling of the obtained product was carried out together with the furnace.

После пайки образцы подвергались испытаниям на герметичность методом опрессовки под давлением 6 атм. В результате испытаний течи не были выявлены ни на одном из образцов. Металлографическое исследование одного из образцов показало качественное формирование паяного шва и образование ровных галтелей. Дефекты типа непропаев на исследуемых участках паяного соединения обнаружены не были.After soldering, the samples were tested for tightness by crimping under a pressure of 6 atm. As a result of testing, leaks were not detected on any of the samples. A metallographic examination of one of the samples showed a high-quality formation of a soldered seam and the formation of smooth fillets. Defects such as nepropai were not found in the studied areas of the soldered joint.

Claims (1)

Способ пайки деталей из алюминия и его сплавов, включающий сборку деталей под пайку, их пайку и последующее охлаждение, отличающийся тем, что сборку деталей под пайку производят через металлическую проставку, имеющую предел прочности, больший или равный пределу прочности материала паяемых деталей, на обе стороны которой наносят слой припоя с обеспечением толщины металлической проставки с припоем от 0,3 до 0,8 мм и отношения толщины материала проставки к слою припоя, нанесенного на одну из сторон проставки, составляющего от 8:1 до 10:1. A method of soldering parts from aluminum and its alloys, including assembling parts for soldering, their soldering and subsequent cooling, characterized in that the assembly of parts for soldering is done through a metal spacer having a tensile strength greater than or equal to the tensile strength of the material of the brazed parts, on both sides which apply a layer of solder to ensure the thickness of the metal spacer with solder from 0.3 to 0.8 mm and the ratio of the thickness of the material of the spacer to the layer of solder deposited on one side of the spacer, comprising from 8: 1 to 10: 1.