Припой для нержавеющей стали

Почему нержавейка требует специального подхода при пайке

Нержавеющие стали образуют на поверхности стабильную оксидную плёнку — преимущественно Cr₂O₃ (оксид хрома). Она значительно устойчивее к восстановлению, чем оксиды железа или меди, и не удаляется стандартными канифольными флюсами. Именно поэтому пайка нержавейки требует либо активных кислотных флюсов, либо восстановительной/вакуумной атмосферы в зависимости от типа выбранного припоя.

Дополнительная сложность — риск сенсибилизации нестабилизированных аустенитных марок (08Х18Н10, 12Х18Н9). При выдержке в диапазоне 450–850 °C по границам зёрен выделяются карбиды хрома (Cr₂₃C₆), и сталь теряет коррозионную стойкость в зоне шва. Для пайки предпочтительны стабилизированные марки (12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т — с титаном) или низкоуглеродистые (03Х18Н10 — AISI 304L), которые менее склонны к этому явлению.

Классификация припоев для нержавеющей стали по температуре пайки

Все припои, применяемые для пайки нержавейки, делятся на две принципиально разные группы по температуре плавления (граница — 450 °C):

Группа	T плавления	Типичные марки	Прочность соединения	Применение
Мягкие (оловянные)	до 300 °C	ПОС-18, ПОС-30, ПОС-40, ПОС-61	30–60 МПа	Герметизация, ненагруженные соединения
Твёрдые серебряные	650–850 °C	ПСр45, ПСр40, ПСр25	до 300 МПа	Конструкционная пайка, нагруженные узлы
Специальные (ВПр)	900–1200 °C	ВПр1, ВПр2, ВПр3, ВПр13	до 600 МПа и выше при повышенных T	Жаропрочные конструкции, авиация, теплообменники

Низкотемпературная пайка нержавейки: оловянные и оловянно-свинцовые припои

Оловянные и оловянно-свинцовые припои серии ПОС (ПОС-18, ПОС-30, ПОС-40 и другие) применимы для нержавеющей стали, однако дают относительно слабые соединения — механическая прочность шва значительно ниже, чем у основного металла. Этот вариант оправдан для герметизации швов без существенных механических нагрузок, ремонта тонкостенных изделий, работающих при температурах ниже 150 °C.

Принципиальное условие: стандартные флюсы (канифоль, нейтральные составы) для нержавейки не пригодны — они не справляются с Cr₂O₃-плёнкой. Для низкотемпературной пайки нержавеющей стали необходимы:

• активные флюсы на основе ортофосфорной кислоты (водный раствор H₃PO₄, концентрация около 40%)
• либо флюсы на основе хлористого цинка ZnCl₂ или его смеси с соляной кислотой

После пайки остатки активного флюса обязательно удаляют промывкой водой или нейтрализацией — иначе хлориды вызывают коррозию под плёнкой в зоне шва. Азотная и соляная кислоты для промывки не применяются: они агрессивно воздействуют и на основной металл, и на паяный шов.

Высокотемпературная пайка: серебряные припои ПСр

Серебряные припои — основной инструмент конструкционной пайки нержавейки в промышленности. Они обеспечивают высокую смачиваемость легированных сталей, хорошую жидкотекучесть и коррозионностойкие соединения. Регламентируются ГОСТ 19738-2015 «Припои серебряные. Марки» (заменил ГОСТ 19738-74 с 01.01.2017).

Припой ПСр 45 — основная марка для пайки нержавейки серебряным припоем

ПСр 45 — наиболее широко применяемый серебряный припой для конструкционной пайки нержавеющих и медно-никелевых сплавов. Состав: Ag 45%, Cu 30%, Zn 25%. Не содержит кадмия, что существенно с точки зрения условий труда и требований к вентиляции рабочего места.

Параметр	Значение
Состав	Ag 45%, Cu 30%, Zn 25%
Температура солидуса	665 °C
Температура ликвидуса	730 °C
ГОСТ	19738-2015 (проволока — ГОСТ 19746-2015, полоса — ГОСТ 19739-2015)
Нагрев	Газовая горелка, индукционный нагрев
Кадмий в составе	Отсутствует

ПСр 45 рекомендован по ГОСТ 19738-2015 для пайки и лужения меди, медных и медно-никелевых сплавов, никеля, ковара, нейзильбера, латуней и бронз, а также для ювелирных изделий. Применяется при пайке нержавеющей стали с медью, медными и медно-никелевыми сплавами. Подходит для стыков толщиной до 3 мм включительно; шов хорошо переносит ударные и вибрационные нагрузки.

Припой ПСр 40 — серебряно-кадмиевый припой для нержавейки и жаропрочных сплавов

ПСр 40 — серебряно-кадмиево-медный сплав с добавками цинка и никеля. Состав по ГОСТ 19738-2015: Ag 39–41%, Cu 16–17,4%, Zn 16,2–17,8%, Cd ~23–28%, Ni 0,1–0,5%.

Важно: ПСр 40 содержит кадмий — металл 1-го класса опасности. Пайка с его применением допускается только в условиях эффективной местной вытяжной вентиляции. Там, где возможно, в новых разработках предпочтение отдаётся ПСр 45 как бескадмиевой альтернативе.

По назначению (ГОСТ 19738-2015) ПСр 40 применяется: для пайки меди и латуни с коваром, никелем, нержавеющими сталями и жаропрочными сплавами; для пайки стали с медью, никелем, медными и медно-никелевыми сплавами. Нагрев — газовая горелка или индуктор.

Специальные высокотемпературные припои серии ВПр для нержавейки

Когда паяные узлы из нержавеющей стали работают при повышенных температурах (от 500 °C и выше), либо требуется высокая прочность соединения в условиях циклических нагрузок, применяют специальные припои серии ВПр. Серия охватывает медно-никелевые, медно-марганцевые, никель-хромовые и другие составы, разработанные для авиационной и машиностроительной промышленности.

Припой ВПр1 — медно-никелевый припой для нержавеющих и жаропрочных сталей

ВПр1 — припой на медной основе с добавками никеля, кремния и бора. Химический состав: Cu — основа, Ni 27–30%, Si 1,5–2%, B 0,1–0,3%, Fe не более 1,5%. Применяется для пайки деталей и узлов из жаропрочных сплавов и нержавеющих сталей. Пайка возможна в газовой среде (водород, аргон), в вакууме, а также с флюсами ПВ200, ПВ201 или бурой.

Параметр	Значение
Температура плавления	1120 °C
Температура пайки	1150–1200 °C
Предел прочности при пайке стали 1Х18Н9Т (при 200 °C)	570–600 МПа
Предел прочности при 600 °C	400–430 МПа
НД	АМТУ 538-68

Припой ВПр2 — медно-марганцевый припой

ВПр2 — припой на медно-марганцевой основе, температура плавления 980 °C, температура пайки выше. Благодаря содержанию марганца температура плавления ниже, чем у ВПр1, при сохранении удовлетворительных прочностных характеристик при умеренных температурах. Широко применяется при пайке теплообменников из нержавеющей стали в промышленности.

Припой ВПр13 — марганцево-никелевый с серебром

ВПр13 содержит до 25% серебра в сочетании с никелем и марганцем. Введение серебра снижает температуру плавления до 910 °C по сравнению с чисто медными и никелевыми составами и улучшает жидкотекучесть. Применяется для пайки нержавеющих и жаропрочных сталей в тех случаях, когда необходимо снизить температуру процесса пайки относительно ВПр1.

Припой ВПр11 — никелевый припой для жаропрочных сплавов

ВПр11 — порошковый припой на никелевой основе; ВПр11-40Н — физическая смесь с наполнителем. Основная область применения — жаропрочные никелевые сплавы типа ЖС6, ВЖ98, ЭИ867. Применяется также для нержавеющих сталей в высоконагруженных узлах авиационного и машиностроительного назначения.

Параметр	Значение
Состав	Ni ~75% (основа), Cr 14–16%, Si 4–5%, B 2–3%, Fe 3–5%, Al 0,1–1,0%, C 0,5–0,6%
Температура пайки	1050–1120 °C
Предел прочности при 900 °C	152 МПа
Технология	Вакуумные печи, атмосфера Ar/He, высокочастотный нагрев
НД	ТУ 1-809-108-91

Флюсы для пайки нержавеющей стали

Выбор флюса определяется типом припоя и температурой процесса.

Флюсы для низкотемпературной пайки (до 400 °C)

При пайке нержавейки оловянными и оловянно-свинцовыми припоями применяют активные флюсы на основе ортофосфорной кислоты или хлористого цинка. Стандартная паяльная кислота (ZnCl₂ в воде) или 40%-й водный раствор H₃PO₄ растворяют Cr₂O₃-плёнку и обеспечивают смачивание. Канифольные флюсы (в том числе активированные) для данной задачи непригодны.

Флюсы для высокотемпературной пайки серебряными припоями

При газопламенной пайке серебряными припоями серии ПСр применяют флюсы на основе буры (Na₂B₄O₇) или смеси буры с борной кислотой. Стандартные составы — по ГОСТ 23178-78 «Флюсы паяльные. Технические условия» (боридно-галогенидные флюсы). Флюс наносят на предварительно зачищенную поверхность, нагревают до расплавления, затем вводят припой.

Пайка без флюса в защитной атмосфере и вакууме

Специальные припои ВПр1, ВПр2, ВПр11 применяются преимущественно в вакуумных печах или в атмосфере инертных газов (аргон, гелий), где флюс не нужен — защитная среда сама предотвращает окисление и обеспечивает восстановление поверхностных оксидов. Этот метод исключает загрязнение шва флюсовыми остатками и применяется в ответственных конструкциях: теплообменниках, трубопроводных системах, узлах авиационных двигателей.

Особенности пайки разнородных соединений нержавейка–медь, нержавейка–никель

Нержавеющую сталь нередко паяют с медью, медными сплавами или никелем. В этом случае выбор припоя ограничен совместимостью с обоими материалами. Серебряные припои ПСр 45 и ПСр 40 хорошо смачивают и нержавейку, и медные/никелевые поверхности, что делает их оптимальными для разнородных соединений. ВПр1 также применяется для пайки нержавейки с никелем и жаропрочными сплавами на никелевой основе.

При пайке нержавейки с высоколегированными жаропрочными сплавами в условиях коррозионной среды по рекомендациям технологов предпочтительны серебряные припои с небольшим добавлением никеля — они повышают стойкость шва в агрессивных средах.

Формы поставки припоев для нержавеющей стали

Серебряные припои серии ПСр поставляются в нескольких формах:

• Проволока круглая (ГОСТ 19746-2015) — диаметром 0,15 до 6,0 мм; наиболее востребованная форма для ручной и автоматизированной пайки
• Полосы (лента) (ГОСТ 19739-2015) — толщиной 0,10–5,0 мм; используются для пайки соединений с равномерным зазором, в печах
• Фольга штампованная — для прецизионных соединений с жёстким контролем объёма присадки

Специальные припои серии ВПр поставляются в форме порошка (ВПр11), проволоки или прутков (ВПр1, ВПр2) в зависимости от конкретной марки. Форму поставки согласовывают при заказе.

Как выбрать припой для нержавеющей стали: ориентир для технолога

Выбор определяется несколькими факторами: рабочей температурой соединения, требуемой механической прочностью, условиями эксплуатации, доступным нагревательным оборудованием и требованиями к условиям труда.

• Если температура эксплуатации узла не превышает 150 °C и прочность некритична — подходят оловянные припои серии ПОС с активным флюсом.
• Для конструкционных соединений, работающих до 400–500 °C, с требованием к прочности — серебряные припои ПСр 45 (без кадмия, приоритетный выбор) или ПСр 40 (с кадмием, требует специальных условий при пайке).
• Для узлов, работающих при температурах 500 °C и выше, включая теплообменники, авиационные детали, трубопроводные системы высокого давления — специальные медно-никелевые и марганцевые припои ВПр1, ВПр2, ВПр13.
• Для жаропрочных никелевых сплавов, работающих выше 900 °C, — никелевый порошковый ВПр11 в вакуумных или защитных атмосферах.

Подробнее о ВПр-серии читайте в разделе припои ВПр на нашем сайте.

С характеристиками нержавеющего проката, для которого подбирается припой, можно ознакомиться в разделе нержавеющий прокат.