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 двух-
трех 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. 

Рис. 4. Зависимость прочности паяного телескопического соединения 

 от величины зазора: 
1 – сталь 45; 2 – сталь 3 

Значения предела прочности на срез соединений, паянных жаропрочными 
припоями на основе меди, при различных температурах 
испытания приведены в табл. 2. Как видно из таблицы, жаропрочные 
припои на медной основе сохраняют достаточную прочность 
до температур порядка 600 ºС, а жаропрочные припои на 
никелевой основе – до более высоких температур. 

Таблица 2 

Предел прочности соединения, МПа  

Температура, ºС 
Марка 
припоя 
Основной 
металл 

– 60 
20 
200 
400 
500 
600 

ВПр1 
Х18Н9Т 430…580 370…500 300…400 190…220
– 
90…160 

ВПр1 
СН-2 
250…300 210…300 200…300 190…240 120…200
– 

ВПр1 
СН-3 
190…220 210…250 190…230 210…250
90…130 
– 

Рис. 5. Зависимость прочности от величины зазора при пайке коррозион-

но-стойких сталей припоем системы «серебро–никель–цинк–кадмий» 

Предел прочности соединений, паянных оловянно-свинцовыми 
припоями, составляет 50…70 МПа. При работе соединения 
в условиях пониженных температур предел прочности несколько 
возрастает, но одновременно с этим уменьшается относительное 
удлинение. 
Прочность паяного изделия определяется прочностью его наиболее 
слабого элемента. Таким элементом, как правило, является 
паяный шов, так как прочность припоя в литом состоянии обычно 
ниже прочности основного металла. 
Расчет прочности паяных соединений проводят по аналогии со 
сварными соединениями. Если элемент паяной конструкции работает 
на продольную растягивающую силу, то расчетная сила паяного 
соединения 

p
[ ]
,
P
F
= σ
 

где 
p
[ ]
σ
 – допускаемое напряжение для основного металла изде-

лия при растяжении; F  – площадь поперечного сечения наиболее 
слабого из соединяемых элементов конструкции. 
При работе элемента паяной конструкции на сжатие расчетная 
сила паяного соединения 

сж
[ ]
,
P
F
= σ