CS195423B1 - Slinutá pájka k pájení feromagnetických látek - Google Patents

Description

Vynález se týká slinuté pájky k pájení feromagnetických látek, jíž lze využít při výrobě různých kovových konstrukcí z feromagnetických látek a rovněž při výrobě různých trubkových vedení za montážních podmínek, kdy montáž článků s kapilárními štěrbinami je obtížně proveditelná.

Jsou známa pájení včetně takových, jež se týkají feromagnetických látek, která umožňují spojení jednctlivých článků s relativně velkými štěrbinami. Tyto postupy předpokládají vložení pletiv nebo drátů mezi vnější a vnitřní plochy obrobků. Viz například západoněmecký patent č. 1 193 770, zveřejněný 27. ledna 1966.

Nevýhodou známých postupů je to, že je při nich nutný čas a úkon vyžadující sílu, k vložení pletiv nebo drátů, pročež tyto postupy sé mohou využít zejména pouze pro teleskopické spojení trubek.

Tyto známé postupy také neřeší problémy vznikající při pájení stykových spojů článků, často se v průmyslu vyskytujících.

Je rovněž známo pájení feromagnetických látek, při němž se používá slinuté pájky, která se skládá z těžko tavitelné složky v předem zmagnetizovaném železném prášku, pokrytém kadmiem - a z lehce tavitelné složky - vlastní pájky. K pájení se používají slisované brikety z práškových směsí pří hmotnostním poměru pájky k pokrytým železným Částečkám od 15 do 20:1.

Brikety, které byly upraveny do tvaru přísLušné štěrbiny, se vloží do spojovacího pásma látek a zahřejí se až do úplného roztavení lehce rozpustné fáze, jejíž bod' tání leží značně pod Curíeovým bodem předem zmagnetizovaného železného plniva.

Tímto způsobem je možno zachovat magnetické vlastnosti slisovaných briket, Čímž se briketa v pájecím pásmu upevní. Pak se pásmo spojení zchladí. Viz například japonský patent č. 45-23403 ze 6. srpna 1 970.

Hlavním účelem uvedených známých způsobů je snížení ztrát při pájení úsporou surovin a tím, že celý postup možno automatizovat .

Podstatnou nevýhodou známých způsobu pájení slinutým kovem je pak. to, že železné plnivo se musí předem zmagnetizovat a že je komplikované lisování briket do žádoucího tvaru, který musí odpovídat tvaru štěrbiny mezi spojovacími články.

Magnetické vlastnosti pájky jsou při uvedeném poměru složek slabé a praktický nemohou být použity k tomu, aby se získalo vysoce hodnotné s.pojení při plnění širokých štěrbin, zejména při pájení výrobků s protaženými průřezy.

Tento postup také nemůže vyřešit problémy, které vznikají při provádění stykových spojů trubek, když není zajištěno axiální centrování trubek, a rovněž tehdy, když jsou štěrbiny nerovnoměrné, mají popraskaný povrch nebo nízký stupeň opracování. Při zahřívání, když se zhorší magnetické vlastnosti feromagnetického výrobku a těžkotavitelných složek, nedrží roztavená pájka pevně ve štěrbině. Tavenina spolu s částečkami železa vytéká přes hrany.·Pájení je neproveditelné.

Tato nevýhoda se projevuje zejména u svislých nebo téměř svislých štěrbin, když na každou předem zmagnetizovanou částici působí velká váha roztavené lehko tavitelné s1ožky.

Úko'lem vynálezu je vytvořit nepříliš drahou pájku k pájení feromagnetických látek, která by i v roztaveném stavu pevne držela ve spojovacím pásmu, a to i tehdy, kdyby spojované látky měly mezi sebou velké nerovnoměrné štěrbiny.

Tento úkol byl vyřešen a uvedené nevýhody odstraněny slinutou pájkou k pájení feromagnetických látek, která obsahuje feromagnetickou těžko tavitelnou složku a lehko tavitelnou složku, jejíž bod tání leží pod Curíeovým bodem těžko tavitelné složky. Tato pájka se vloží do štěrbiny mezi spojovanými látkami, spojovací pásmo látek se zahřeje na pájecí teplotu a ve štěrbině se vytvoří magnetické pole, jehož siločáry přetínají štěrbinu, a jeho síla je dostatečná k udržení feromagnetické těžko tavitelné složky ve Štěrbině při nízkotepelném tavení lehko tavitelné složky.

Slinutá pájka podle vynálezu se vyznačuje tím, že těžko tavitelná složka je tvořena slitinou složenou z 50 až 90 hmotnostních procent mědi a 50 až 10 hmotnostních procent kobaltu, a lehko tavitelná složka je tvořena slitinou složenou z 50 až 66 hmotnostních procent mědi, 24 až 34 hmotnostních procent manganu a 2 až 16 hmotnostních procent nik1 u.

Pájkou podle vynálezu lze pájet výrobky z feromagnetických látek, k nímž patří velké množství typů oceli a litiny.

Pájet je možno za přívodu vzduchu v libovolné poloze s velkými a nepravidelnými štěrbinami a při malých nárocích na opracování hran.

Na spojované části není nutné působit tlakem.

Pájet lze za přívodu vzduchu v libovolné poloze v prostoru, jakož i na těžko přístupných a nepohodlně dostupných místech a rovněž při kladení všech možných typů potrubí za montážních podmínek.

Pájkou podle vynálezu se pájí takto:

Ve štěrbině mezi spojovanými členy z feromagnetických látek se při stykových spojeních, při spojeních přeplátováním a při jiných typech spojování vytváří konstantní magnetické pole, jehož siločáry překřižují štěrbinu.

Spotřeba energie je minimální, když siločáry pole stojí kolmo ke hranám spojovaných částí. Magnetické pole je možno vytvořit ve štěrbině různým způsobem. Jedním z nejběžnějších způsobů je, když obrobky, které se mají pájet, se uvedou do styku s opačnými póly například podkovovitého magnetu.

Je možno rovněž použít elektromagnetu, čímž se umožňuje změnou počtu ampérzávitů v budicí cívce měnit intenzitu pole ve štěrbině v žádaném rozmezí.

Intenzita magnetického pole má být dostačující k pevnému udržení feromagnetických těžko tavitelných složek ve štěrbině při nízkotepelném tavení lehko tavitelných slož ek.

Intenzita magnetického pole se určuje v přímé závislosti na šířce štěrbiny a plochy průřezu výrobku, na velikosti částic těžko tavitelného plniva pájky a také na poměru množství nemagnetické fáze - lehko tavitelné složky - k feromagnetické těžko tavitelné složce.

Tak například se může intenzita magnetického pole ve štěrbině pohybovat v rozmezí od 5000 do 15 000 Oe při pájení ocelových trubek o průměru 0,5” až 1” při Štěrbinách do velikosti 2 mm a při zrnitosti částic těžko tavitelného plniva z mědi a kobaltu od 30 do 50 ₍:vm.

Je-li intenzita magnetického pole známa, vypočte se známým způsobem potřebný počet vinutí v elektromagnetické cívce při použití napětí a proudu povoleného bezpečnostními normami.

Vinutí elektromagnetu se napájí co nejjednodušším us měrňovačem.

Uvedeným způsobem zhotovený elektromagnet má nepatrnou váhu, je kompaktní a lehce ovladatelný. Spolu s nutným pomocným nářadím ho může pracovník přemistovat z jednoho pracoviště na druhé.

Použití permanentního magnetu ještě více zjednodušuje postup pájení, protože při něm není zapotřebí zdroje proudu, což je výhodné při pájení na volných prostranstvích na staveništích atd.

Do štěrbiny mezi feromagnetickými materiály, které se mají spojovat, se vloží pájka, skládající se z práškové směsi, přičemž feromagnetická těžko tavitelná složka - plnivo - má teplotu Curieova bodu, která je vyšší než teplota pájky.

Spojovací pásmo feromagnetických materiálů se zahřeje na bod tání lehko tavitelné složky .

Vnějším magnetickým polem se částice plniva zmagnetizují a rozptýlí se rovnoměrně podél siločar magnetického pole, přičemž se pevně udržují v širokých a nerovných Štěrbinách. Tyto částice pevně drží roztavenou lehko tavitelnou fázi a nedovolí, aby během celého pracovního cyklu vytekla přes hrany obrobku.

Jako zdroje tepla se používají v průmyslu široce rozšířené acetyléno-kyslíkové hořáky, které zahřívají na stykovém obvodě díly určené k pájení. Velmi dobrých výsledků se dosáhne vysokofrekvenčním zahříváním, které zvyšuje jak výkon při pájení, tak i kulturu výroby. Není při něm potřebí používat plyny a umožňuje průběžnou zrakovou kontrolu procesu pájení během zahřívání. Intenzita vysokofrekvenčního zahřívání je vysoká a doba zahřívání například při pájení litinové roury o průměru 55 mm a síle stěny 5 mm.činí pouze 1 minutu.

K zahřátí je možno rovněž použít elektrického proudu proudícího od hrany ke hraně. Intenzívní tvorba tepla, jímž se pájka roztaví, vzniká v prostoru se sníženou vodivostí, tj. ve štěrbině, která je naplněna slinutou pájkou.

Rovněž je možné zahřátí pomocí paprsků použitím nejrůznějších druhů zářičů,

Nejvýhodněji se používají binární slitiny mědi a kobaltu jako těžko tavitelná fáze, kde obsah kobaltu se může pohybovat mezi 10 a 50 hmotnostními procenty, přičemž zbytek do 100 hmot. procent slitiny tvoří měň.

Jak je uvedeno výše, cena pájky je o to nižší, o co menší je obsah kobaltu v pájce. Naproti tomu však s' klesajícím obsahem kobaltu klesají také magnetické vlastnosti pájky. V takovém případě pak nemůže plnivo držet pevně ve štěrbině roztavenou lehko tavitelnou fázi, která nemůže zůstat mezi hranami a vyteče. Za účelem odstranění této nevýhody mohl by se zvětšit obsah plniva v pájce, ale tím by se opět zvýšila cena pájky, Mohlo by se rovněž použít silnějších magnetických polí, to by však vyžadovalo vyvinutí neskladných speciálních zařízení.

Proto byla uvedená dolní hranice obsahu kobaltu ve slitinách zvolena tak, aby se zachovalo bezvadné spojení pájením, zatímco horní hranice byla stanovena s ohledem na cenu. Slitin mědi a kobaltu jako plniva se používá rovněž pro jejich vysoké pevnostní vlas tnos ti.

Spájený šev je vyztužen částečkami těžko tavitelného plniva, které jsou rovnoměrně

95423 rozptýleny v přebytku lehko tavitelné fáze, takže po zkrysta 1 izování vznikne zpevněná kompoziční slitina.

Nejvýhodnější obsah feromagnetického paliva ve slinuté pájce je 30 hmot. %. Lehko tavitelná fáze činí pak 70 hmot. Z, přesto je však možný i poměr 20 hmot. Z ku 80 hmot. procentům nebo 50 hmot. Z, ku 50 hmot. Z . Tento poměr se zvolí analogicky k optimálnímu obsahu kobaltu v plnivu.

Jak bylo uvedeno výše, má bod tání lehko tavitelné fáze ležet co možno nejvýše, aby se dosáhlo co možno nejpevnějšiho spájeného švu, avšak současně se musí zachovat dostatečné rozmezí mezi bodem tání této lehko tavitelné fáze a Curieovým bodem plniva.

čím je tato diference větší, tím silnější je účinek, jímž se tavenina udržuje ve velkých štěrbinách, protože se vzrůstem teploty klesají feromagnetické vlastnosti plniva.

Berou-li se v úvahu tyto podmínky, má činit diference mezi Curieovým bodem plniva a bodem tání lehko tavitelné fáze při pájení ocelových konstrukcí nejméně 80 až 100 °C. .

Proto se pro zvolené plnivo používají jako lehko tavitelná složka nejvýhodněji sloučeniny na bázi mědi, manganu a niklu, které mají následující složení, vyjádřeno ve hmot, Z:

měd 50 až 66, mangan 24 až 34, nikl 2 až

16.

Slitiny uvedených složení, v nichž celkový součet jednotlivých složek má Činit 100 procent, dobře smáčejí částice plniva z mědi a kobaltu a rovněž vykazují uspokojivou tvárnost a pevnost.

Uvedená lehko tavitelná fáze byla vyvinuta na bázi binární slitiny mědi a manganu legované niklem, s· co možno nejnižším bodem tání, tj . 87 0 °C .

Je známo, že přidání niklu do slitin mědi ^ja manganu ustaluje pevný roztok a zvyšuje pevnostní vlastnosti slitin. Již 2 hmot. Z niklu, přidaná do slitin mědi a manganu, dalekosáhle odstraňují porézitu spájeného švu.

S růstem obsahu niklu stoupá odolnost vůči korozi spájených spojů, ale na druhé straně se zvyšuje cena lehko tavitelné fáze a roste její křehkost, protože se zvyšuje fáze manganu a niklu.

Aby se zmenšilo množství křehké fáze manganu a niklu, činí s výhodou nejvyšší obsah manganu 34 hmot. 7».

Obsah niklu ve slinuté pájce se zvolí v množství od 2 do 16 hmot. Z. Při větším obsahu niklu se zhoršují plastické vlastnosti pájky a její cena se podstatně zvyšuje. Přitom je nutno vzít v úvahu, že přitom rovněž nežádoucím způsobem stoupá bod tání lehko tavitelné fáze,

K pájení výrobků, kterých bude použito v korozívním prostředí, se použije lehko tavitelné fáze s nejvyšším obsahem niklu, například slitina skládající se ze 60 hmot. procent mědi, 34 hmot. Z, manganu a 16 hmot. procent niklu.

K pájení potrubí pro běžné použití o průměru do 50 mm se použije slitiny s 8 hmot. procenty niklu, ale k pájení ne vysoce namáhaných konstrukcí s 2 hmot. Z niklu.

Změna obsahu mědi a manganu v rozmezí 10 až 15 Z, vztaženo na vypočítané složení, je v závislostí na bodu tání slitiny přípustná. Tato teplota je přibližně 900 °C . Proto obsahují doporučované slitiny za předpokladu, že je přidána třetí složka, až 60 hmot. Z mědi a 24 až 34 hmot. Z manganu.

Protože bod tání lehko tavitelné fáze je jednou z nejdůležitějších hodnot, jsou dále uvedena složení řady slitin používaných pro přípravu slinuté pájky a jejich přibližné body tání. Obsah jednotlivých složek je uveden v hmotnostních Z.

Slitina A:
Cu	- 50, Mn Slitina B:	34,	Ni -	16;	bod	tání	960	°c
Cu	- 62, Mn Slitina C:	30,	Ni -	8;	bod	tání	93 0	°c
Cu	- 64, Mn -	34,	Ni -	2;	bod	tání	900	°c

Pásmo spojovaných látek se zahřeje, až se dokonale roztaví lehko tavitelná fáze, přitom se však nesmí překročit teplota magnetické přeměny - Curieův bod.

Poté začíná smrstování, kterým se vyznačuje slinování kapalné fáze a normální průběh celého procesu.

Smrstování slinuté pájky je snadno zrakem kontrolovatelné a může sloužit jako znamení k ukončení zahřívání. Po vypnutí zdroje zahřívání následuje ochlazování, spojené s krystalizací roztavené lehko tavitelné fáze spolu s plnivem a s tvorbou spájeného Švu.

Pájení se provádí za přítomnosti tavidla. Použití tavidla umožňuje spojovat feromagnetické materiály za přístupu vzduchu. Volba druhu tavidla závisí na reakčni schopnosti pájky a bodu tání lehko tavitelné fáze.

S výhodou se pro uvedenou slinutou pájku používá tavidlo, skládající se z 80 hmot. procent boraxu a 20 hmot. Z kyseliny boříte. Množství tavidla se stanoví tak, že činí 30 Z celkové hmotnosti lehko tavitelné složky a plniva.

Tavidlo právě tak jako všechny složky pájky se používá v práškové formě o zrnitosti od 30 do 50 . Pečlivě připravená prášková směs, složená z lehko tavitelné a těžko tavitelné fáze a rovněž z tavidla, se za účelem usnadnění svého použití rozmíchá v alkoholu nebo v jiném lehce odpařitelném rozpouštědle, až se dosáhne kosistence kyselé smetany. Prášková směs může být delší dobu skladována a dopravována ve formě pas ty v tubách.

V dalším jsou uvedeny příklady pájení pájkou.

Příklad 1

Byla spájena trubka z nízkouhlíkaté oceli o průměru 1/2. Stykový spoj byl proveden bez předběžné úpravy hran za přístupu vzduchu. Trubka měla v prostoru libovolnou polohu. K pájení byla použita slinutá pájka, jejíž lehko tavitelná fáze měla následující složení v hmotnostních Z : Cu - 50,

Mn - 34, Ni - 16. Plnivo se skládalo z 50 hmot. Z mědi a 50 hmot. Z kobaltu.

Hmotnostní poměr lehko tavitelné fáze k plnivu činil 7:3. Tavidlo, složené z 80 hmot. Z boraxu a 20 hmot. Z kyseliny borité,bylo přidáno v množství 30 Z celkové hmotnosti kovové fáze, tj. lehko.tavitelné fáze a plniva.

Ke koncům trubky byl přiložen opačnými póly elektromagnet a ve Štěrbině se vytvořila požadovaná intenzita magnetického pole 6800 Oe. Tato požadovaná intenzita magnetického pole byla nastavena regulací napětí ve vinutí elektromagnetu.

Pastovitá pájka byla nanesena na vnější hranu trubky v blízkosti štěrbiny. Poté bylo zapnuto vysokofrekvenční zahřívání pomocí rozebíratelného kruhovitého induktoru.

Vlastní doba pájení byla skončena tím okamžikem, kdy skončilo smrstování tavené pájky, a činila 30 sekund.

Po odpojení zahřívání a ochlazení styko195423 vého spoje během 10 až 15 sekund byl celý postup pájení ukončen.

Celková doba pájení, k níž náležely i přípravné a závěrečné úkony, činila nejvýše 60 sekund. Trubky takto spájené byly zkoušeny na statickou pevnost v tahu. Narušení se objevilo v místě spájení při 38,8 kp/mm^, tj. 92 % pevností základního kovu.

Příklad 2

Byly pájeny trubky obdobně jako v příkladu 1 s následujícími rozdíly.

Lehko tavitelná fáze měla v hmotnostních procentech následující složení : Cu - 62,

Mn - 30, Ni - 8. Intenzita magnetického pole ve štěrbině činila 10 000 Oe.

Statická pevnost v tahu pájených spojení byla vyšší než pevnost základního kovu. Trubky se při zkouškách narušily daleko od spájeného švu.

Příklad 3

Byly pájeny trubky obdobně jako v příkladu 1 s následujícími rozdíly.

Těžko tavitelné plnivo se skládalo z 10 hmot. Z kobaltu a 90 hmot. % mědi. Štěrbina mezi hranami trubek byla široká 1,5 mm.

Intenzita magnetického pole činila 14 500 Oe Statická pevnost v tahu spájeného švu činila 80 % pevnosti základního kovu.

Narušení trubek vzniklo ve švu při průměrném pnutí 35 kp/mm .

Příklad 4

Byly pájeny ocelové tyče průměru 5 mm. Štěrbina mezi tyčemi byla větší než 7 mm.

Jako těžko tavitelná složka byl použit železný prášek o zrnitosti částic 3 0 «.m.

Bylo použito lehko tavitelné složky pájky na bázi cínu a olova, která obsahovala 61 hmot. % cínu.

Bylo použito práškové směsi, která se skládala z 80 hmot. £ lehko tavitelné fáze a z 20 hmot. % železného plniva.

Pájení se provádělo zahříváním ozařováním pomocí wolframové spirály, která byla soustředně uspořádána vzhledem na spájené tyče. Intenzita magnetického pole ve štěrbině činila 5000 Oe.

Výsledky ukázaly, že při tak velikých štěrbinách, které odpovídaly 1,5násobku průměru spájené tyče, je pájení pájkou podle vynálezu možné. Pevnost spojení byla určena pevnostními vlastnostmi lehko tavitelné fáze

Claims (1)

1. Slinutá pájka k pájení feromagnetických až 90 hmotnostních procent mědi a 50 až 10 látek, obsahující těžko tavitelnou složku hmotnostních procent kobaltu, a lehko tavia lehko tavitelnou složku, jejíž bod tání telná složka je tvořena slitinou složenou leží pod Curieovým bodem těžko tavitelné z 50 až 66 hmotnostních procent mědi, 24 složky, vyznačená tím, že těžko tavitelná až 34 hmotnostních procent manganu a 2 až složka je tvořena slitinou složenou z 50 16 hmotnostních procent niklu.