Пайка титановых сплавов

Процесс пайки титановых сплавов сопряжен с рядом трудностей, обусловленных их физико-химическими свойствами, прежде всего высокой химической активностью. Указанное свойство титановых сплавов требует при пайке обеспечения хорошей защиты металла от взаимодействия с воздухом, а также надлежащей подготовки под пайку. По тем же причинам непригодна при пайке газовая защита, содержащая водород или азот. Допустим лишь вакуум или повышенной чистоты аргон марки А.

Процесс пайки осложняет высокая химическая стойкость оксида, покрывающего поверхность деталей. Для его удаления применяется химическое травление в водном растворе азотной и плавиковой кислот (для небольших по толщине пленок) и в водном растворе HC1-HN0₃ и NaCl или НС1 и HF (при большом слое окалины). Часто используется механическое удаление оксидных пленок опескоструированием, зачисткой наждачной бумагой, а также стальными щетками и т. п.

При выборе припоя и режимов технологического процесса пайки необходимо учитывать способность титана образовывать хрупкие интерметаллидные соединения, отрицательно влияющие на прочностные характеристики паяного шва, почти со всеми элементами, входящими в состав припоев. С серебром титан образует интерметаллид менее хрупкий, чем с остальными металлами. Поэтому чаще всего для пайки применяются припои на основе серебра.

Толщина образующих интерметаллических зон зависит от времени пайки. Чем меньше длительность выдержки при пайке, чем тоньше интерметаллидный слой и тем лучшими механическими свойствами обладает паяное соединение. В этом смысле предпочтительна индукционная пайка или пайка электросопротивлением, дающие высокие скорости нагрева.

В настоящее время подробно разработана технология пайки технического титана ВТ1 и таких его сплавов, как ВТ5−1, ОТ4, ВТЗ-1, ВТ14 и др. Наиболее широко используется в производстве летательных аппаратов печная пайка титана в герметичных контейнерах из коррозионно-стойкой стали. Перед погрузкой деталей в контейнер последний необходимо тщательно очистить и продуть аргоном в течение 10—15 мин. На протяжении всего процесса пайки, а также после нее, до полного охлаждения деталей, в контейнер непрерывно подается аргон (расход 2,5—3,5 л/мин). Этот способ позволяет исключить контакт титана в процессе нагрева с кислородом, азотом и водородом. Время пайки строго контролируется. При этом длительность выдержки устанавливается практически для каждого конкретного случая в зависимости от массы и габаритов паяемых деталей, но не должна превышать 1—10 мин. Применяются в основном серебряные припои и, в частности, разработанный специально для титана припой, легированный марганцем и никелем. Прочность шва, паяного этим припоем, достаточно высокая и достигает 250—300 МПа. Также применяется бессеребряный медно-титановый припой ПрМТ45. Но он рекомендуется только для деталей, толщина которых в зоне шва не менее 0,6 мм. Следует отметить, что коррозионная стойкость паяного соединения из титана значительно ниже по сравнению с коррозионной стойкостью основного металла. Даже соединения, паянные чистым серебром, вследствие коррозии снижают прочность в течение года на 20—30%. Для повышения прочности и пластичности паяных соединений, повышения однородности паяного шва проводят диффузионную пайку титана или диффузионный отжиг. Так, диффузионный отжиг при 1273 К с выдержкой не менее 16 ч после контактно-реактивной пайки титана железом позволяет получить достаточно высокую прочность на сплавах ВТ14 и ВТ15 (табл. 6.3).

Таблица 6.3

Прочность паяных соединений после отжига.

* В числителе приводятся минимальное и максимальное значения по данным испытаний, в знаменателе — средние значения.

За счет диффузионного отжига удается получить прочность паяных соединений из титана, близкую к прочности основного металла.

В ряде случаев, особенно при пайке низкотемпературными припоями типа Sn—Pb, поверхность титана под пайку покрывают металлами, улучшающими его смачиваемость. К таким металлам относятся прежде всего никель, а также серебро, медь, олово. Покрытие осуществляется гальваническим путем, погружением деталей в расплавленный металл, например олово, нагретое до температуры 973—1023 К.

Низкотемпературная пайка титана по покрытиям осуществляется с флюсами, которые обычно используются для пайки меди, никеля, серебра — спирто-канифольным бескислотным или спирто-канифольным, активированным соляноксидым диэтиламином (ЛТИ-120).