CS254313B2

CS254313B2 - Method of copper on copper or on alloy steels brazing

Info

Publication number: CS254313B2
Application number: CS963882A
Authority: CS
Inventors: Sandor Szabo; Alfonz Szentgyoergyi; Peter Szabo; Ferenc Nagy
Original assignee: Mta Koezponti Kemiai Kutato In
Priority date: 1981-12-23
Filing date: 1982-12-23
Publication date: 1988-01-15
Also published as: DE3247830A1; FR2518440B1; HU188730B; DD207508A5; DE3247830C2; FR2518440A1

Description

Vynález se týká způsobu pájení natvrdo mědi na měď nebo na slitinové oceli, zejména na nerezavějící oceli.The invention relates to a method of brazing copper to copper or to alloy steels, in particular stainless steels.

Je známé, že pájení natvrdo legovaných ocelí na jiné kovy je obecně obtížné, protože legovací 'kovy, které jsou méně vzácné než železo, například chrom, molylbden, mangan, titan a vanad vytvářejí těžko se rozkládající oxidové vrstvy i za těch podmínek, při kterých povrch uhlíkatých ocelí zůstává ještě čistý. Taková kysličníková vrstva brání smáčení nerezavějící oceli tvrdou pájikou a vznik pevného .pájeného spoje. Obzvláště obtížná je situace -při pájení prováděném bez tavidla v ochranném plynu nebo ve vakuu, protože v tomto případě stopy kyslíku nebo vodní páry, zůstávající v ochranném plynu nebo ve zbytkovém vzduchu, zesilují po celou dobu pájení kysličníkovou vrstvu na povrchu kovu, což mnohdy úplně znemožňuje pájení.It is known that brazing steels to other metals is generally difficult because alloying metals that are less rare than iron, such as chromium, molylbdenum, manganese, titanium, and vanadium, form hardly decomposing oxide layers even under conditions in which the carbon steel surface remains clean. Such an oxide layer prevents wetting of the stainless steel with a brazing solder and the formation of a solid solder joint. The situation is particularly difficult when soldering is carried out without flux in a shielding gas or vacuum, since in this case the traces of oxygen or water vapor remaining in the shielding gas or in the residual air reinforce the oxide layer on the metal surface throughout brazing. prevents soldering.

Způsoby pájení nerezavějících ocelí v ochranném plynu nebo ve vakuu mají ten hlavní nedostatek, že se pájecí materiál musí nanést na povrch oceli к jeho ochraně ještě před zahřátím, přičemž nestačí jen přivádět pájku a nepokrýt celý povrch; v mnoha případech se musí ještě použít přídavně plynného tavidla, aby se odstranily zmíněné obtíže.The methods of brazing stainless steels in a shielding gas or vacuum have the main drawback that the brazing material must be applied to the steel surface to protect it before it is heated, not just supplying the solder and not covering the entire surface; in many cases, additional flux gas must still be used in order to overcome these difficulties.

Při známých postupech pájení natvrdo nerezavějících ocelí na jiné kovy se tedy musí pracovat buď s tavidly, nebo se musejí plochy určené ke spájení chránit předběžným zpracováním, nebo jsou nezbytná obě . opatření.Thus, known methods of brazing stainless steels to other metals either work with fluxes or the surfaces to be brazed must be protected by pretreatment, or both are necessary. measures.

Pájení natvrdo mědi na měď nebo na jiné kovy než legované oceli není obecně spojeno se zvláštními technickými obtížemi, pokud se zvolí pájka vhodná pro vyžadovaný účel a vhodný postup. Teplota tavení pájky musí být nižší než mědi a pájka nesmí při teplotách pájení tvořit s mědí slitinu, protože jinak dojde к erosi základního materiálu. Často však je nanesení a upevnění materiálu pájky do blízkosti pájené plochy složité a vyžaduje techniku a technologii zahrnující několik pochodů. Například při výrobě výměníků tepla z měděných trubek a měděných plechů se musí pájecí materiál vložit do děr vyříznutých do měděných desek к odvádění tepla a potom se smontovaný výměník zahřívá v ochranném plynu nebo ve vakuu. Moderním příkladem použití tohoto, principu je způsob podle britského pat. pisu č. 1 558 264.The brazing of copper to copper or to metals other than alloyed steels is generally not associated with particular technical difficulties when a solder suitable for the desired purpose and process is chosen. The melting point of the solder must be lower than copper and the solder must not form a copper alloy at the soldering temperatures, otherwise the base material will erode. Often, however, the application and attachment of the solder material to the proximity of the solder surface is complex and requires technique and technology involving several processes. For example, in the manufacture of copper tube and copper plate heat exchangers, the brazing material must be inserted into the holes cut into the copper plates to dissipate heat, and then the assembled exchanger is heated in a shielding gas or vacuum. A modern example of the use of this principle is the British Pat method. No. 1,558,264.

Je známé pájení natvrdo těžkých kovů a materiálů obsahujících železo stříbrnými pájkami.It is known to braze heavy metals and iron-containing materials with silver solders.

Rovněž se popisuje pájení natvrdo železa a mědi měděnou pájkou. Spájené spoje vzniklé s těmito tvrdými pájkami však nejsou vyhovující.Also described is brazing of iron and copper by copper solder. However, the solder joints formed with these brazing solders are not satisfactory.

Účelem vynálezu je odstranit uvedené nevýhody a vypracovat jednoduchý způsob pájení natvrdo, který by umožňoval připájet slitinové oceli, zejména nerezavějící ocel, na měď bez použití tavidel a bez předběžného zpracování к ochraně povrchu, a pájení natvrdo mědi na měď tak, aby odpadly pochody spojené s přípravou spojovaných ploch i v případě ploch složitého tvaru a provedení, a nanášení a upevňování pájky na pájené plochy.The purpose of the invention is to overcome these disadvantages and to provide a simple brazing method which allows soldering of alloy steels, in particular stainless steel, to copper without the use of fluxes and without pretreatment for surface protection, and brazing copper to copper so as to eliminate processes associated with preparation of the surfaces to be joined even in the case of complex shapes and designs, and application and fixing of the solder on the soldered surfaces.

Vynález spočívá v poznatku, že v přiměřeně čistém ochranném plynu nebo pod dostatečně nízkým tlakem a při. dostatečně dlouhém tepelném zpracování lze většinu slitinových ocelí, například nerezavějící oceli, připájet bez předběžné ochrany povrohu a bez tavidla na měď, zvolí-li se jako tvrdá pájka určité vyvolené čisté kovy. Taviči se materiál pájky .pak optimálně smáčí povrch ocelové slitiny, která se má připájet na měď. Toto smáčení neproběhne oikamžitě, nýbrž představuje pomalý pochod, protože roztavený kov potřebuje jistou dobu к rozložení a vytlačení povrchových oxidů. Potřebná doba pájení závisí na čistotě ochranného plynu a na množství zbytkového kyslíku a/nebo vodní páry zbývající po evakuování.The invention is based on the discovery that in a reasonably pure shielding gas or at a sufficiently low pressure and at a low pressure. With a sufficiently long heat treatment, most alloy steels, such as stainless steels, can be brazed without pretreatment and copper flux if certain selected pure metals are chosen as brazing. The melting material of the solder then optimally wets the surface of the steel alloy to be soldered to copper. This wetting does not take place immediately, but is a slow process because the molten metal takes some time to decompose and displace surface oxides. The brazing time required depends on the purity of the shielding gas and the amount of residual oxygen and / or water vapor remaining after the evacuation.

Vynález spočívá na dalším zjištění, že totiž při použití jistých vyvolených čistých kovů jako tvrdé .pájky může povrchová slitina, která vzniká během zahřátí ze základního kovu, tedy z mědi, a z čistých kovů nanesených na povrch mědi, přičemž nemusí nezbytně jít o slitinu smáčející měď, sloužit jako pájka, aniž by došlo к erozi základního kovu. Tekutá povrchová slitina, která vzniká během zahřívání mezi vyvolenými čistými kovy a pájenou mědí způsobí optimální smáčení povrchu slitinové oceli, která se má připájet na měď, a tedy к optimálnímu výsledku celého postupu, přičemž není nezbytné, aby povrchová slitina smáčela i měď.The invention is based on the further discovery that, when certain selected pure metals are used as brazing, the surface alloy formed during heating from the parent metal, i.e. copper, and the pure metals deposited on the copper surface may not necessarily be a copper wettable alloy. , serve as a solder without erosion of the parent metal. The liquid surface alloy formed during heating between the selected pure metals and the brazed copper will result in optimum wetting of the surface of the alloy steel to be brazed to copper and hence for an optimum result of the process, without necessarily wetting the surface alloy.

Předmětem vynálezu je způsob pájení natvrdo mědi na měď nebo na slitinové oceli nanášením slitinotvorného kovu jako tvrdé pájky nejméně na jednu z měděných ploch případně na měděnou plochu, přitlačením spojovaných plocih a tepelným zpracováním obrobku po dobu 10 až 200 minut ve vyčištěném ochranném plynu nebo ve vakuu s tlakem nejvýše 1 Pa při teplotách 850 až 1080° Celsia až do vzniku povrchové slitiny. Podstata vynálezu spočívá v tom, že se jako slltinotvorný kov nanáší cín, indium nebo mangan.The object of the invention is a method of brazing copper to copper or alloy steel by depositing an alloying metal as a brazing solder on at least one of the copper surfaces or on the copper surface, pressing the joining surfaces and heat treating the workpiece for 10 to 200 minutes in purified shielding gas or vacuum. with a pressure of not more than 1 Pa at 850 to 1080 ° C until surface alloy is formed. It is an object of the invention to use tin, indium or manganese as the molten metal.

Podle výhodného provedení vynálezu se před nanesením slitinotvorného kovu vytvoří základní povlak z niklu, kobaltu, india a/nebo stříbra v tloušťce nejvýše 30 ^m. Nanášení slitinotvorného kovu a/nebo základního povlaku se účelně provádí z roztoků elektrolytu.According to a preferred embodiment of the invention, a base coat of nickel, cobalt, indium and / or silver is formed at a thickness of not more than 30 .mu.m before the alloying metal is applied. The application of the alloying metal and / or base coat is conveniently carried out from electrolyte solutions.

Vylučování slitinotvorného kovu a/'nebo základního povlaku se účelně provádí v tloušťce 1 až 30 μτη.The deposition of the alloying metal and / or base coat is suitably carried out at a thickness of 1 to 30 μτη.

Způsob podle vynálezu má proti dosavadním způsobům tu výhodu, že umožňuje vznik pevné slitiny mezi materiálem pájky a povrchem nebo povrchy mědi, a při pájení slitinové oceli na měď lepší smáčení povrchu slitinové oceli touto slitinou a tedy dokonalejší pájení spojů. Přitom odpadá předběžné zpracování к ochraně povrchu a použití tavidla v argonu nebo ve vakuu, a to i v případě pájení slitinových ocelí na měď. Mimoto je způsob podle vynálezu značně jednodušší a lze jím vyrobit pájené spoje vynikající jakosti.The process of the invention has the advantage over prior art processes of allowing a solid alloy to be formed between the solder material and the copper surface or surfaces and, when brazing alloy steel to copper, better wetting the alloy steel surface with the alloy and thus better soldering the joints. There is no pre-treatment to protect the surface and use flux in argon or vacuum, even when brazing alloy steels to copper. Furthermore, the process according to the invention is considerably simpler and can be used to produce solder joints of excellent quality.

Pokud jde o pájení natvrdo slitinových ocelí na měď, hodí se způsob podle vynálezu obzvláště dobře к pájení natvrdo nerezavějících ocelí na měď. Výhodná aplikace způsobu podle vynálezu je zejména jeho použití při výrobě výměníků tepla a strojních součástí, které sestávají z mědi nebo z mědi a nerezavějících nebo jiných slitinových ocelí.With regard to the brazing of copper alloy steels, the process of the invention is particularly well suited for brazing stainless steels to copper. A preferred application of the process according to the invention is in particular its use in the manufacture of heat exchangers and machine parts which consist of copper or copper and stainless steel or other alloy steels.

Vynález bude vysvětlen na několika příkladech provedení. Trubkové pece používané při způsobu podle vynálezu byly vyčerpány nebo propláchnuty argonem, který byl předem vyčištěn na měděných katalyzátorech a molekulových sítech.The invention will be explained by means of several exemplary embodiments. The tube furnaces used in the process of the invention have been purged or purged with argon which has been previously purged on copper catalysts and molecular sieves.

.Příklady se člení do tří skupin: pájení natvrdo nerezavějících ocelí na měď, pájení natvrdo mědi na měď a shnutí dalších příkladů způsobu podle vynálezu.The examples are divided into three groups: brazing stainless steels to copper, brazing copper to copper, and summarizing other examples of the process of the invention.

Pájení natvrdo nerezavějících ocelí na měďBrazing of stainless steels to copper

Příklad 1Example 1

Na měděném povrchu byla z elektrolytu vyloučena vrstva cínu tloušťky asi 5 μΐη. Povlečená měděná plocha byla přitisknuta na povrch nerezavějící oceli a celek byl tepelně zpracován v ochranné atmosféře vyčištěného argonu po dobu 90 minut při teplotě asi 1 000 °C. Vznikl vynikající pájený spoj.A layer of tin of about 5 μΐη was deposited on the copper surface from the electrolyte. The coated copper surface was pressed onto the stainless steel surface and the whole was heat treated in a purified argon atmosphere for 90 minutes at about 1000 ° C. An excellent solder joint was formed.

Příklad 2Example 2

Na měděné ploše byla elektrolyticky vyloučena vrstva niklu tloušťky 1 μΐη a poniklovaná měděná plocha pak byla povlečena vrstvou cínu tloušťky 7 μ-m. Plocha povlečená tímto způsobem byla připájena postupem popsaným v příkladě 1 na nerezavějící ocel. Vznikl kvalitní pájený spoj.On the copper surface, a 1 μ vrstvaη nickel layer was electrolytically deposited and the nickel-plated copper surface was then coated with a 7 μ-m tin layer. The surface coated in this manner was brazed as described in Example 1 to stainless steel. A good solder joint was created.

Příklad 3Example 3

Byl opakován postup podle příkladu 1 s tím rozdílem, že místo cínu se na povrchu mědi vyloučila vrstva india. I v tomto případě vznikl výborný pájený spoj.The procedure of Example 1 was repeated except that an indium layer deposited on the copper surface instead of tin. Even in this case, an excellent soldered joint.

Pájení natvrdo mědi na měďBrazing copper to copper

P ř í к 1 a d 4 'Example 1 a d 4 '

Postupovalo se stejně jako v příkladě 1 s tím rozdílem, že na pocínovanou měděnou plochu byla místo nerezavějící oceli přitisknuta měděná plocha a tepelné zpracování trvalo 15 minut. Pájený spoj měl výbornou kvalitu.The procedure was the same as in Example 1 except that the copper surface was pressed on the tinned copper surface instead of the stainless steel and the heat treatment took 15 minutes. The solder joint was of excellent quality.

Příklad 5Example 5

Na měděnou plochu byla vylučováním z elektrolytu nanesena nejprve vrstva niklu tloušťky 1 μπι a potom vrstva india tloušťky 8 μπι. Na povelečnou plochu byla přitisknuta měděná plocha a celek se zahříval v ochranném plynu asi na 1 000 °C. Vzniklý pájený spoj měl vynikající jakost.First, a 1 μπι nickel layer and then an 8 μπι indium layer were deposited on the copper surface by electrolyte deposition. A copper surface was pressed against the surface and the whole was heated in a shielding gas to about 1000 ° C. The resulting solder joint was of excellent quality.

Příklad 6Example 6

Postupovalo se způsobem podle příkladu 5, pouze s tím rozdílem, že místo niklového povlaku se nechal vyloučit kobaltový povlak. I v tom případě vznikl výborný pájený spoj.The procedure of Example 5 was followed except that a cobalt coating was allowed to precipitate instead of the nickel coating. Even in this case, an excellent soldered joint.

Souhrn dalších příkladů způsobu podle vynálezuSummary of further examples of the process of the invention

P г í к 1 a d у 7 až 18Example 1 and d 7 to 18

V následující tabulce jsou uvedeny příklady pájení natvrdo nerezavějící oceli na měď a údaje parametrů při pájení. Pokusy byly prováděny ve vakuu nebo v atmosféře ochranného plynu z vyčištěného argonu při tlaku 1 Pa. Kovy pájky potřebné ke vzniku povrchové slitiny se nanášely na měděný povrch vylučováním z roztoku elektrolytu. Ve většině příkladů se rovněž elektrolyticky vylučoval základní povlak na mědi a na něm slitinotvorná vrstva kovu.The following table shows examples of brazing of stainless steel to copper and soldering parameters. The experiments were carried out under vacuum or in a protective gas atmosphere from purified argon at 1 Pa. The solder metals needed to form the surface alloy were deposited on the copper surface by deposition from the electrolyte solution. In most examples, a base coating on copper and an alloy-forming metal layer was also deposited electrolytically.

TABULKATABLE

Slitinotvorný materiál pájky Alloy material of solder Základní povlak Base coating Tepelné zpracování Heat treatment Příklad č. Example # Slitinotvorný kov Alloy metal Tloušťka ftin Thickness ftin Kov Metal Tloušťka ЯП Thickness ЯП Teplota °C Temperature ° C Doba minuty Minute time 7 7 indium indium 7,5 7.5 __ __ — - 1 000 1 000 20 20 May 8 8 indium indium 7,5 7.5 nikl nickel 0,5 0.5 1000 1000 30 30 9 9 indium indium 10 10 kobalt cobalt 1 1 1050 1050 60 60 10 10 indium indium 2 2 stříbro silver 7,5 7.5 1 000 1 000 45 45 11 11 cín tin 10 10 — - 975 975 90 90 12 12 cín tin 8 8 nikl nickel 1 1 975 975 90 90 13 13 cín tin 7 7 kobalt cobalt 0,5 0.5 975 975 90 90 14 14 cín tin 4 4 indium indium 4 4 1 000 1 000 90 90 15 15 Dec cín tin 7 7 stříbro silver 3 3 ЮТО ЮТО 75 75 16 16 mangan manganese 10' 10 ' — - — - 975 975 90 90 17 17 mangan manganese 10 10 nikl nickel 1 1 975 975 90 90 18 18 mangan manganese 10 10 kobalt cobalt 1 1 975 975 90 90 Ve všech pájený spoj. In all soldered joint. případech vznikl pevný kvalitní cases of solid quality pájení natvrdo nerezavějící oceli na měď lze beze změny aplikovat při pájení mědi na měď. V tomto případě stačilo zahřát ob- brazing stainless steel to copper can be applied unchanged when brazing copper to copper. In this case, Příklad Example 19 19 Dec robek na potřebnou teplotu, delší udržování na této teplotě nebylo prakticky nezbytné. to maintain the temperature at the required temperature, prolonged maintenance at this temperature was practically unnecessary.

Postupy popsané v příkladech 7 až 18 proThe procedures described in Examples 7 to 18 for

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. Method of brazing copper to copper or alloy steel by applying an alloying metal as a brazing solder to at least one of the copper surfaces, pressing the brazed surfaces together and heat treating the workpiece for 10 to 200 minutes in purified shielding gas or vacuum at pressure at a temperature of 850 to 1080 ° C until a surface alloy is formed, characterized in that tin, indium or manganese is applied as the alloying metal.

2. The brazing method according to claim 1, characterized in that a base coat of nickel, cobalt, indium and / or silver is produced at a thickness of not more than 30 μ-před before the alloying metal is deposited.

3. A brazing method according to claim 1 or 2, characterized in that the application of the alloying metal and / or base coat is carried out from an electrolyte solution.

4. A brazing method according to claim 1, wherein the deposition of the alloying metal and / or base coat is carried out in a thickness of 1 to 30 .mu.m.