Электрические сети энергосистем Турбины тепловых и атомных электростанций Развитие атомной энергетики Анализ мирового энергетического рынка Воздействие радиации на человека Машиностроение для энергетики

Технология пайки стали с цветными, тугоплавкими и редкими металлами

В приборостроении, как и в других областях машиностроения, наблюдается тенденция все более широкого применения неразъемных соединений из материалов с различными физико-механическими, физико-химическими, химическими свойствами. Оптимальное сочетание свойств материала элементов конструкции с условиями эксплуатации этих элементов позволяет существенно улучшить эксплуатационные характеристики приборов при одновременном снижении затрат за счет экономии дорогостоящих материалов.

В Российском Федеральном Ядерном Центре - Всероссийском научно-исследовательском институте технической физики (РФЯЦ-ВНИИТФ) для ряда приборов, предназначенных для работы под воздействием динамических и термических нагрузок, возникла потребность в получении герметичных соединений деталей из нержавеющей стали с конструкционными элементами из алюминия, титана, тантала, вольфрама, рения и других металлов.

Анализ литературных данных показал, что известные способы соединения приводят к получению в этих системах сварных и паяных швов с низкой прочностью и склонностью к хрупкому разрушению. Низкое качество соединений обусловлено, как правило, образованием тугоплавких окисных пленок, формированием хрупких легкоплавких фаз на основе интерметаллидов, что приводит к снижению пластичности, термостойкости и жаропрочности соединений; возникновением термически напряжений с величиной, превышающей предел текучести и прочности соединяемых материалов.

В РФЯЦ-ВНИИТФ для получения качественных соединений разнородных металлургически несовместимых металлов разработана технология пайки, включающая сочетание нескольких способов пайки с применением специально разработанного припоя, а также выбор материалов, формы и размеров конструктивных элементов паяного соединения.

Припой позволяет традиционным способом пайки в вакуумных термических печах соединять детали из стали 12Х18НЮТ с металлами V, VI, VII групп таблицы Менделеева.

Разработанный припой не содержит драгоценных металлов, обладает высокой электро- и теплопроводностью, обеспечивает температуру распая не менее 1000°С и прочность 15 кг/мм2 , позволяет уменьшить склонность швов и хрупкому разрушению.

Создание припоев для непосредственной пайки сталей с алюминием и титаном затруднено из-за отсутствия в природе достаточно тугоплавких металлов, которые не образуют интерметаллидов с соединяемыми металлами и могут быть использованы в качестве основы припоя. Поэтому для соединения стали с алюминием и титаном разработаны комплексные технологии пайки с применением барьерных элементов, обеспечивающие получение высоких механических характеристик паяных швов.

Разработанный комплекс технологий и припой позволяют получать переходные элементы: сталь-алюминий, сталь-титан, сталь-тантал, сталь-вольфрам, которые в дальнейшем могут быть соединены с соответствующими однородными металлами сваркой плавлением.

Паяные соединения в переходных элементах выдерживают многократный нагрев до 600°С для соединения "сталь-алюминий" и до 1000°С в случае других перечисленных сочетаний материалов без потери герметичности.

К преимуществам разработанной технологии относятся:

- повышение прочности швов при воздействии статических и динамических нагрузок;

- возможность реализации нахлесточного соединения при толщине стенки соединяемых металлов до 0,3 мм;

- отсутствие ограничений по форме поперечного сечения, более широкий диапазон размеров соединяемых деталей (от 1 до 100 мм), а также возможность получения соединений из большего числа разнородных сочетаний материалов;

- возможность соединения окончательно изготовленных деталей без последующей механической доработки.

Кроме того, качество соединения может быть оценено, в отличие от сварки в твердом состоянии, визуально - по величине контактного угла смачивания. Таким образом, разработанная технология позволяет с применением одного припоя и при использовании стандартного термического и сварочного оборудования получать герметичные соединения стали с алюминием, титаном, вольфрамом, танталом и рением.

При необходимости соединения стали с другими металлами III, IV, V, VI, VII групп таблицы Менделеева, возможно рассмотрение пригодности данной технологии для решения конкретных задач. Изготовленные по данной технологии переходные элементы могут быть использованы в ответственных элементах конструкции, испытывающих в процессе эксплуатации термоциклические, вибрационные и ударные воздействия.


На главную