Технология выполнения паяных соединений. Часть 2 : Пайка камер сгорания и смесительных головок жидкостных ракетных двигателей

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана 

 

ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПАЯНЫХ 
 СОЕДИНЕНИЙ 

Часть 2 

Пайка камер сгорания и смесительных головок 
жидкостных ракетных двигателей 

Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов  
по университетскому политехническому образованию в качестве 
учебного пособия для студентов высших учебных заведений,  
обучающихся по специальности «Ракетостроение» направления 
подготовки дипломированных специалистов «Ракетостроение  
и космонавтика» 

Москва 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2008 

УДК 621.791.3(075.8) 
ББК 30.61 
Т384 

Рецензенты: М.А. Комков, А.С. Чумадин 

Технология выполнения паяных соединений: Учеб. посо- 
Т384 бие. – Ч. 2: Пайка камер сгорания и смесительных головок жид- 
костных ракетных двигателей / В.А. Тарасов, В.В. Белов, 
В.Д. Баскаков и др.; Под ред. В.А.Тарасова, В.В. Белова. – М.: 
Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 74 с.: ил.  

ISBN 978-5-7038-3134-2 

Рассмотрены типовые технологические процессы изготовления основных деталей камер сгорания жидкостных ракетных двигателей и смесительных головок, а также типовые процессы сборки 
под пайку. Даны рекомендации по пайке изделий в печах. 
Для студентов старших курсов. 

УДК 621.791.3(075.8) 
                                                                        ББК 30.61 

ISBN 978-5-7038-3134-2  
 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008

1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПАЙКИ ИЗДЕЛИЙ 
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ  

Применение пайки обеспечивает высокий коэффициент использования материала в заготовках, поскольку значительно сокращается объем обработки резанием, а следовательно, расход металла в 
стружку. Пайка является сборочным процессом и относится к методам получения неразъемных соединений. Одним из основных преимуществ пайки является возможность соединения разнородных 
металлов и металлов с неметаллическими материалами, что позволяет находить принципиально новые конструктивные решения изделий ракетно-космического машиностроения (РКМ). 
В настоящее время пайка наиболее широко применяется в производстве камер сгорания жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). 
Пайка сборок ЖРД – важнейшая часть технологических процессов изготовления в РКМ. 
Одним из основных достоинств пайки является возможность 
соединения за один нагрев множества деталей. 
В качестве припоев для пайки металлов, а также металлов с 
неметаллическими материалами используют как чистые металлы, 
так и сплавы. 
Для получения качественных паяных соединений необходимо 
выполнять следующие требования: 
• температура плавления припоев должна быть на 50…100 ºС 
ниже температуры плавления соединяемых металлов; 
• при температуре пайки припои должны хорошо смачивать 
основной металл и заполнять соединительные зазоры; 
• с металлами припои должны образовывать прочные и коррозионно-стойкие паяные соединения; 
• значения коэффициентов термического расширения металла 
и припоя не должны существенно различаться; 
• припои по возможности не должны содержать дефицитных 
компонентов; 
• технологии изготовления и применения припоев должны 
быть простыми. 

Наибольшее применение в конструкциях изделий РКМ нашли 
сплавы на основе железа, меди, никеля, для которых и разработано 
большинство известных припоев. Другие металлы в паяных конструкциях встречаются значительно реже и требуют применения 
специальных припоев [1, см. табл. 11]. В РКМ широко распространены припои на основе меди, серебра и никеля. Низкотемпературные припои на основе олова и других легкоплавких металлов используются реже. 
В качестве припоев на основе меди применяют медь в чистом 
виде и сплавы меди с цинком, марганцем, фосфором и другими 
элементами. Недостатком медного припоя является сравнительно 
высокая температура плавления, что обусловливает его применение 
главным образом при пайке стальных изделий в специальных печах. 
Из припоев на основе меди наибольшее распространение получили сплавы меди с цинком, марганцем, никелем. 
Серебряно-медные припои обладают низким омическим сопротивлением, поэтому они применяются для пайки соединений с 
высокой электропроводностью. 
Припой ПСр72 не содержит легкоиспаряющихся компонентов, 
поэтому его можно использовать для пайки узлов ЖРД и других 
ответственных конструкций в газовых средах и в вакууме. 
Наибольшее применение в качестве жаропрочных припоев получили сплавы на основе систем «никель – хром – марганец» и 
«никель – хром – кремний». Одним из наиболее распространенных 
припоев первой системы является отечественный припой Г70, который используют для пайки лопаток роторов, камер сгорания и 
других узлов ЖРД. 
В качестве жаропрочного припоя применяют также отечественный припой системы «медь – никель» типа ВПр1, обеспечивающий получение пластичных и прочных паяных соединений 
при пайке коррозионно-стойких сталей. 
Припои системы «никель – хром – палладий» обладают более 
высокими пластичностью и жаропрочностью. Однако ввиду дефицитности палладия припои этой системы широкого распространения не получили. 
Припои для пайки алюминия и его сплавов обычно подразделяют на три группы. Это припои на основе алюминия, на основе 
цинка и на основе олова. В состав припоев на основе алюминия 
входят кремний, медь, цинк и другие металлы. 
Припои на основе алюминия имеют сравнительно высокую 
температуру плавления, поэтому при пайке в печи необходимо 

тщательно контролировать температуру, а газопламенную или индукционную пайки должен выполнять паяльщик высокой квалификации. Преимуществами припоев на основе алюминия являются 
высокие коррозионная стойкость и прочность полученных паяных 
соединений. 
Припои на основе системы «алюминий – цинк» обеспечивают 
при пайке алюминиевых сплавов получение соединений, имеющих 
удовлетворительные прочность и коррозионную стойкость, однако 
они заметно уступают соединениям, паянным припоями на основе 
систем «алюминий – кремний» и «алюминий – медь – кремний», 
которые широко применяются при пайке узлов для агрегатов подачи и теплообменников для систем терморегулирования. 
Прочность паяного соединения обычно определяется прочностью сплава, образующегося в шве в результате взаимодействия 
припоя с основным металлом. Прочность припоя и металла шва 
обычно ниже прочности основного металла, поэтому для обеспечения равнопрочности паяного изделия увеличивают площадь 
шва. По этой причине основным типом соединения при пайке является соединение внахлест. 
Конструкции паяных соединений в плоских элементах деталей 
являются наиболее простыми. Они включают в себя соединения 
внахлест, ступенчатое, гребенчатое, косостыковое, стыковое и 
тавровое. Схемы типов соединений приведены на рис. 1. 
 

 
а 
б 
в 

Рис. 1. Типы соединений плоских элементов при пайке: 

а – внахлест; б – стыковое; в – тавровое  

Величина нахлеста устанавливается расчетным путем в зависимости от прочности основного материала и припоя и колеблятся 
от двух до пяти толщин наиболее тонкой соединяемой детали (при 
пайке серебряными, латунными, медными, никелевыми и другими 
высокопрочными припоями нахлестка обычно не превышает двухтрех толщин; при пайке оловянно-свинцовыми и другими припоями, обладающими сравнительно низкой прочностью, величина нахлеста достигает пяти толщин). 
Ступенчатое и гребенчатое соединения наряду с сохранением 
сечения соединяемых элементов деталей обеспечивают высокую 
прочность шва, но требуют сложной подготовки кромок, поэтому 
применяются только в ответственных конструкциях. 
Тавровые соединения применяют в элементах паяных конструкций, работающих на изгиб, например, в сотовых панелях. 
Соединение криволинейных поверхностей между собой и с плоскими поверхностями широко используют в последние годы при 
производстве сотовых конструкций и соединении панелей с гофрированными проставками. Схематичное изображение этих типов 
паяных соединений приведено на рис. 2. В первом случае (рис. 2, а) 
пайку плоских листов с гофрированной проставкой осуществляют 
по вершинам гофр, во втором (рис. 2, б) – в местах касания гофрированных лент, образующих сотовый заполнитель, а также в местах 
соединения торцов сотового заполнителя с листовой обшивкой. 

 
а 
б 

Рис. 2. Соединение криволинейных элементов при пайке между собой 

и с плоскими листами 

К паяным соединениям наряду с общими в зависимости от назначения изделия предъявляются специальные требования: по 
герметичности, электропроводности, коррозионной стойкости и 
другие, которые также должны учитываться при выборе основного 
металла, припоя и способа пайки. 
Одним из основных требований при конструировании изделий 
является обеспечение в паяном соединении необходимого капил

лярного зазора и условий течения припоя в нем, для чего требуются точная механическая обработка и сборка. Зазор под пайку назначается в зависимости от физико-химических свойств основного 
металла и припоя, а также от характера их взаимодействия в процессе пайки. 
Оптимальные значения зазоров, применяемые при пайке некоторых металлов и сплавов, приведены в табл. 1. 

Таблица 1 

Основной металл 
Тип припоя 
Зазор, мм 

Медный 
0,02…0,15 

Латунный 
0,05…0,30 
Углеродистые стали 
Серебряный 
0,05…0,15 

Медный 
0,02…0,15 

Латунный 
0,05…0,30 

Серебряный 
0,05…0,15 

Коррозионно-стойкие 
стали 
Никель-хромовый 
0,05…0,20 

Медно-цинковый 
0,10…0,30 

Медно-фосфорный 
0,02…0,15 
Медь и медные сплавы 
Серебряный 
0,03…0,15 

Серебряный 
0,05…0,10 
Титан 
Серебряно-марганцевый 
0,05…0,10 

Алюминий 
На алюминиевой основе 
0,10…0,30 

Для обеспечения равнопрочности конструкции паяные швы не 
должны располагаться в местах переходов. Сечения соединяемых 
элементов должны быть приблизительно одинаковыми. Так как в 
процессе пайки возможно коробление, при изготовлении деталей 
высокой точности окончательную механическую обработку необходимо проводить после пайки. 
Величина зазора оказывает большое влияние на прочность 
паяных соединений. При больших зазорах припой в шве находится 
в литом состоянии, следовательно, прочность соединения будет 
определяться прочностью литого припоя. Кроме того, капиллярное 
течение припоя в процессе пайки может прекратиться и заполнения шва по всей площади не произойдет. При слишком малых зазорах также может не произойти затекания припоя, в результате 
чего нарушится сплошность шва и механические свойства паяного 
соединения снизятся. Максимальная прочность соединения обеспечивается при зазорах δ ≈ 0,1 мм (рис. 3). 

Рис. 3. Влияние величины зазора на прочность при соединении припоями 

системы «олово–свинец»: 

1 – меди; 2 – латуни; 3 – низкоуглеродистой стали  

На рис. 4 представлена зависимость прочности от величины 
зазора телескопических соединений, паянных серебряным припоем. Максимальная прочность при пайке сталей в этом случае 
обеспечивается при зазорах 0,05…0,15 мм. Это объясняется хорошим заполнением зазора и образованием в нем в процессе 
пайки сплава более прочного, чем при использовании припоя 
ПСр45 (рис. 5). 
На прочность паяных соединений большое влияние оказывает 
применяемая технология пайки. Так, прочность значительно изменяется в зависимости от чистоты поверхностей, подготовленных 
под пайку, от точности сборки и полноты удаления окисной пленки в процессе флюсования. Чем тщательнее проведена подготовка 
под пайку, тем стабильнее и выше будет качество паяных соединений. Время выдержки при пайке также оказывает значительное 
влияние на прочность паяного соединения. Например, при пайке 
стали Х18Н9Т серебряным припоем ПСр40 с применением индукционного нагрева и выдержке около 30 с предел прочности на срез 
не превышает 17 МПа. При более длительной выдержке прочность 
достигает 320 МПа.