Газопламенная пайка нержавеющих сталей
В машиностроении, особенно в авиационных конструкциях, широко применяются нержавеющие стали и жаропрочные сплавы типа 1Х18Н9Т, Х20Н80Т, 4Х14Н14В2М и т. д., химический состав которых характерен высоким содержанием хрома (от 13% и выше) и никеля (до 80%).
Кроме того, некоторые марки нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов содержат в небольшом количестве титан, ниобий, кремний, марганец, вольфрам, ванадий, углерод и другие элементы.
В процессе нагревания при пайке компоненты нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов, особенно хром, интенсивно соединяются с кислородом. При этом образуются весьма стойкие окислы, которые не удаляются обычными флюсами, применяемыми при пайке, поэтому препятствуют осуществлению пайки.
Наряду с этим при пайке нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов происходит ряд физико-химических процессов, затрудняющих процесс ведения пайки и влияющих на качество паяного соединения. Так, соединяясь с углеродом, который может быть в составе пламени, хром, входящий в сплав, дает устойчивые карбиды, сильно влияющие на коррозионные свойства соединения.
Располагаясь по границам зерен стали, эти карбиды вызывают так называемую межкристаллитную коррозию. Межкристаллитная коррозия особенно опасна, так как в условиях эксплуатации ее нельзя обнаружить. Только при окончательном разрушении детали можно установить настоящую причину разрушения.
Карбиды выпадают в интервале температур 300-900гр. и особенно интенсивно при 600-700гр. Следовательно, карбиды образуются не в самом шве, где температура превышает 1000гр., а на некотором расстоянии от шва. Количество карбидов, образующихся при пайке, зависит от продолжительности нагрева и охлаждения, количества углерода в стали, характера пламени, наличия в сплаве титана или ниобия. Чем меньше времени затрачивается на охлаждение изделия, тем меньше карбидов успевает выделиться.
С уменьшением количества углерода в самой стали или в пламени горелки уменьшается выделение карбидов. Титан и ниобий имеют большее сродство с углеродом, чем хром. Они образуют с углеродом карбиды, не располагающиеся по границам зерен, вследствие чего не возникает опасность межкристаллитной коррозии. Таким образом, стали, содержащие титан и ниобий, более устойчивы к межкристаллитной коррозии.
Из других свойств нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов следует отметить их низкую теплопроводность, высокий коэффициент теплового расширения и высокую пластичность. Имея низкую теплопроводность, сплав быстро перегревается, а вследствие высокого коэффициента теплового расширения способен к значительному короблению. Однако при наличии высокой пластичности образование внутренних напряжений не ведет к появлению трещин.
При пайке нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов подготовка изделия должна быть тщательной. Горелку выбирают из расчета 75 л/час ацетилена на 1 мм толщины детали. Более мощная горелка вызывает перегрев металла. В случае применения малокалорийных газов горелка должна обеспечить получение эффективной мощности пламени, эквивалентной мощности кислородно-ацетиленового пламени, необходимого для данной детали. Пламя горелки должно быть нормальным: малейший избыток кислорода приведет к окислению шва, а избыток горючего способствует образованию карбидов. Пайка должна вестись быстро, без перерывов. Медленная пайка и частые перерывы значительно ухудшают качество.
Конструкции из нержавеющих сталей, работающие при комнатных температурах, могут быть спаяны медью, медноцинковыми и в некоторых случаях серебряными припоями.
В качестве флюсов при этом используются флюсы 200 и 201, остатки которых после пайки тщательно удаляются промывкой. Флюсы, широко применяемые для пайки углеродистых сталей (бура, борная кислота, их смеси), не удаляют стойкие окислы хрома, кремния, титана и т. д., поэтому не обеспечивают пайку нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов.