Припой ПХ13Н75С8Р

Припой ПХ13Н75С8Р — порошковый высокотемпературный припой на никелевой основе (система Ni–Cr–Si–Fe–B). Применяется для печной пайки конструкций из жаропрочных сплавов и коррозионностойких сталей в защитной атмосфере или вакууме. По температуре расплавления согласно ГОСТ 19248-90 относится к среднеплавким припоям для высокотемпературной пайки (ликвидус 1100 °С — верхняя граница диапазона >450–1100 °С). Изготавливается по ТУ 14-1-3178-81. Поставляется в виде металлического порошка.

Назначение припоя ПХ13Н75С8Р

Основное назначение — капиллярная печная пайка ответственных соединений, работающих при повышенных температурах и в коррозионно-агрессивных средах. Типичные области применения:

• узлы из жаропрочных никелевых сплавов — теплообменники, детали горячего тракта, высокотемпературные конструкции;
• конструкции из коррозионностойких сталей аустенитного класса с требованиями к прочности шва при высоких рабочих температурах;
• соединение разнородных жаропрочных и нержавеющих материалов в одном узле.

Пайка горелкой или паяльником для данного припоя неприменима — требуется равномерный нагрев всего узла в контролируемой среде печи.

Химический состав

Элемент	Содержание, % (масс.)
Никель (Ni)	основа (~75)
Хром (Cr)	10–12
Кремний (Si)	7,8–9,0
Железо (Fe)	4–6
Бор (B)	0,35–0,5

Углерод в состав намеренно не вводится. Это принципиально: при нагреве углерод диффундирует из припоя в паяемый металл и образует зернограничные карбиды в зоне термического влияния, снижая пластичность и ударную вязкость основного жаропрочного материала вблизи шва. Безуглеродистый состав исключает этот механизм охрупчивания.

Физические свойства и прочность паяных соединений

Размер частиц порошка: не более 100 мкм.

Температуры плавления:

• солидус — 1030 °С;
• ликвидус — 1100 °С.

Прочность паяных соединений на жаропрочных сплавах при испытаниях на срез (τ_ср):

Температура испытания	τср, МПа
20 °С	350
600 °С	290
800 °С	200

Значения получены испытаниями нахлёсточных образцов из жаропрочных никелевых сплавов. Для коррозионностойких сталей прочность соединений определяется отдельно и зависит от марки паяемого материала и зазора.

Роль легирующих элементов

Никель-хромовая матрица (Ni + Cr) определяет жаропрочность и коррозионную стойкость шва. Хром формирует устойчивый поверхностный оксидный слой, обеспечивающий жаростойкость и стойкость к окислению при рабочих температурах.

Кремний (Si) и бор (B) — депрессанты температуры плавления. Без них никелевая матрица плавится при ~1455 °С — выше температуры плавления большинства жаропрочных сплавов, подлежащих пайке. Совместное введение Si и B снижает температуру кристаллизации до рабочего диапазона 1030–1100 °С. Кремний дополнительно обладает самофлюсующим действием: при нагреве в вакууме и инертной среде он восстанавливает поверхностные оксиды паяемых материалов, улучшая смачивание без применения флюса.

Содержание бора в ПХ13Н75С8Р невысокое (0,35–0,5 %) по сравнению с рядом других Ni–Si–B припоев. Это снижает вероятность образования хрупких боридных фаз в шве и диффузии бора вглубь основного металла при длительных выдержках.

Железо (Fe) участвует в снижении температуры плавления сплава и улучшает смачивание.

Технология высокотемпературной пайки

Подготовка поверхности и сборка

Паяемые поверхности обезжиривают и тщательно просушивают. Следы масла, смазочно-охлаждающих жидкостей и влаги недопустимы: они вызывают газовыделение при нагреве, образуют поры и несплошности в шве.

После подготовки узел фиксируют в приспособлении, исключающем взаимное смещение деталей в процессе нагрева и расплавления припоя. Паяльный зазор выдерживают равномерно по всей длине шва — неравномерность зазора по длине допустима. Рекомендуемый диапазон зазора: 0,06–1,5 мм. Минимальные зазоры (0,06–0,15 мм) обеспечивают наилучшее капиллярное заполнение и максимальную прочность соединения.

Нанесение припоя

Порошок ПХ13Н75С8Р наносят в зазор в виде пасты: порошок смешивают с акриловой смолой, которая выполняет роль временного связующего и полностью выгорает без остатка при нагреве в печи. Количество пасты подбирают так, чтобы после расплавления и заполнения зазора образовался непрерывный галтельный валик по всей длине шва — это визуальный признак достаточного объёма припоя.

Режим пайки в печи

При нагреве в окислительной атмосфере на поверхностях легированных сталей и жаропрочных сплавов образуются стойкие оксиды хрома и никеля, блокирующие смачивание и растекание припоя. Пайку ведут исключительно в защитной среде:

• Вакуумная печь — предпочтительный вариант для ответственных конструкций. Исключает окисление, не требует флюса, обеспечивает чистый шов без посторонних включений.
• Аргон (инертный газ) — применяют при отсутствии вакуумного оборудования. Газ должен быть осушён и очищен от следов кислорода; точка росы — не выше −50…−70 °С. Остаточный кислород даже в незначительных количествах подавляет смачивание.

Температуру пайки назначают выше ликвидуса припоя (>1100 °С). Время выдержки при температуре пайки определяется технологической документацией на конкретное изделие и зависит от габаритов деталей, толщины стенок и суммарного объёма шва — выдержка должна быть достаточной для полного расплавления и капиллярного заполнения зазора. При использовании графитовой оснастки для пайки — убедиться, что она не вступает в контакт с расплавленным припоем в зонах, не предназначенных для пайки.

Охлаждение и контроль шва

После кристаллизации припоя узел охлаждают в печи или в защитной среде до температуры, при которой окисление незначительно (как правило, ниже 300–400 °С), после чего допустимо охлаждение на воздухе. Быстрый вынос горячего узла на воздух при высокой температуре может привести к окислению шва и термическим напряжениям в соединениях разнородных материалов.

После охлаждения выполняют визуальный контроль шва: галтель припоя должна быть непрерывной, без пор, раковин и незаполненных участков. При необходимости выполняют механическую зачистку наплывов.

Форма поставки

Припой ПХ13Н75С8Р поставляется в виде металлического порошка с размером частиц не более 100 мкм. Фасовка и объём партии — по согласованию. Поставки организациям по России.

Охрана труда при работе с припоем

В обычных условиях хранения и транспортирования порошок припоя ПХ13Н75С8Р относится к малоопасным веществам. При пайке (нагрев выше 1100 °С) в зону дыхания работника могут поступать аэрозоли оксидов никеля и хрома. Оба компонента являются нормируемыми веществами с установленными предельно допустимыми концентрациями (ПДК) в воздухе рабочей зоны по действующим санитарным нормам (ГН 2.2.5 и актуализирующим их документам) — никель-содержащие аэрозоли относятся к высокоопасным соединениям. Обязательное условие — приточно-вытяжная вентиляция в зоне пайки. При эксплуатации печного оборудования соблюдать требования безопасности, предусмотренные для данного класса оборудования.