Spajkanje nerjavečega jekla

Spajkanje nerjavečega jekla

1. Spajkanje

Glavni problem pri spajkanju nerjavečega jekla je, da oksidni film na površini resno vpliva na omočenje in širjenje spajke. Različna nerjavna jekla vsebujejo precejšnjo količino Cr, nekatera pa tudi Ni, Ti, Mn, Mo, Nb in druge elemente, ki lahko na površini tvorijo različne okside ali celo sestavljene okside. Med njimi so oksidi Cr2O3 in TiO2 iz Cr in Ti precej stabilni in jih je težko odstraniti. Pri spajkanju na zraku je treba za njihovo odstranitev uporabiti aktivni talilo; pri spajkanju v zaščitni atmosferi je mogoče oksidni film zmanjšati le v visoko čisti atmosferi z nizkim rosiščem in dovolj visoko temperaturo; pri vakuumskem spajkanju je potreben zadosten vakuum in dovolj visoka temperatura za doseganje dobrega učinka spajkanja.

Druga težava spajkanja nerjavečega jekla je, da temperatura segrevanja resno vpliva na strukturo osnovne kovine. Temperatura spajkanja avstenitnega nerjavečega jekla ne sme biti višja od 1150 ℃, sicer se bodo zrna močno povečala. Če avstenitno nerjavno jeklo ne vsebuje stabilnega elementa Ti ali Nb in ima visoko vsebnost ogljika, se je treba izogibati spajkanju znotraj temperature senzibilizacije (500 ~ 850 ℃). Da bi preprečili zmanjšanje korozijske odpornosti zaradi izločanja kromovega karbida, je izbira temperature spajkanja za martenzitno nerjavno jeklo strožja. Eno je uskladiti temperaturo spajkanja s temperaturo kaljenja, da se postopek spajkanja združi s postopkom toplotne obdelave. Drugo je, da mora biti temperatura spajkanja nižja od temperature popuščanja, da se prepreči mehčanje osnovne kovine med spajkanjem. Načelo izbire temperature spajkanja za nerjavno jeklo, ki se utrjuje z izločanjem, je enako kot pri martenzitnem nerjavnem jeklu, to pomeni, da se mora temperatura spajkanja ujemati s sistemom toplotne obdelave, da se dosežejo najboljše mehanske lastnosti.

Poleg zgoraj omenjenih dveh glavnih težav obstaja nagnjenost k razpokam zaradi napetosti pri spajkanju avstenitnega nerjavnega jekla, zlasti pri spajkanju z bakreno-cinkovo ​​polnilno kovino. Da bi se izognili razpokam zaradi napetosti, je treba obdelovanec pred spajkanjem žariti za razbremenitev napetosti, obdelovanec pa je treba med spajkanjem enakomerno segreti.

2. Spajkalni material

(1) Glede na zahteve glede uporabe varjenih spojev iz nerjavečega jekla so med običajno uporabljene spajkalne materiale za varjene spoje iz nerjavečega jekla spajka na osnovi kositra in svinca, spajkalne materiale na osnovi srebra, spajkalne materiale na osnovi bakra, spajkalne materiale na osnovi mangana, spajkalne materiale na osnovi niklja in spajkalne materiale na osnovi plemenitih kovin.

Kositrovo-svinčev spajkalnik se uporablja predvsem za spajkanje nerjavečega jekla in je primeren za visoko vsebnost kositra. Višja kot je vsebnost kositra v spajki, boljša je njena omočljivost na nerjavnem jeklu. Strižna trdnost spajkanih spojev iz nerjavečega jekla 1Cr18Ni9Ti z več običajnimi kositrovo-svinčevimi spajkami je navedena v tabeli 3. Zaradi nizke trdnosti spojev se uporabljajo le za spajkanje delov z majhno nosilnostjo.

Tabela 3: strižna trdnost spajkanega spoja iz nerjavečega jekla 1Cr18Ni9Ti s kositrovo-svinčevo spajko

Polnilne kovine na osnovi srebra so najpogosteje uporabljene polnilne kovine za spajkanje nerjavečega jekla. Med njimi se najpogosteje uporabljajo polnilne kovine srebro-baker-cinkovec in srebro-baker-cinkovec-kadmij, ker temperatura spajkanja le malo vpliva na lastnosti osnovne kovine. Trdnost spojev iz nerjavečega jekla ICr18Ni9Ti, spajkanih z več običajnimi spajkami na osnovi srebra, je navedena v tabeli 4. Spoji iz nerjavečega jekla, spajkani s spajkami na osnovi srebra, se redko uporabljajo v zelo korozivnih medijih, delovna temperatura spojev pa običajno ne presega 300 ℃. Pri spajkanju nerjavečega jekla brez niklja je treba za preprečevanje korozije spajkanega spoja v vlažnem okolju uporabiti polnilo z več niklja, kot je b-ag50cuzncdni. Pri spajkanju martenzitnega nerjavečega jekla je treba za preprečevanje mehčanja osnovne kovine uporabiti polnilo s temperaturo spajkanja, ki ne presega 650 ℃, kot je b-ag40cuzncd. Pri spajkanju nerjavečega jekla v zaščitni atmosferi se za odstranitev oksidnega filma na površini lahko uporabi talilo za samospajkanje, ki vsebuje litij, kot sta b-ag92culi in b-ag72culi. Pri spajkanju nerjavečega jekla v vakuumu se za zagotovitev dobre omočljivosti polnilne kovine, ki ne vsebuje elementov, kot sta Zn in CD, ki zlahka izhlapevata, lahko izbere srebrno polnilo, ki vsebuje elemente, kot so Mn, Ni in RD.

Tabela 4 Trdnost spajkanega spoja iz nerjavečega jekla ICr18Ni9Ti z dodajnim materialom na osnovi srebra

Dodatki za spajkanje na osnovi bakra, ki se uporabljajo za spajkanje različnih jekel, so predvsem čisti baker, baker, nikelj in baker, mangan, kobalt. Čisti bakreni dodatek za spajkanje se uporablja predvsem za spajkanje pod zaščito plina ali v vakuumu. Delovna temperatura spoja iz nerjavečega jekla ni višja od 400 ℃, vendar ima spoj slabo odpornost proti oksidaciji. Dodatek za spajkanje bakra in niklja se uporablja predvsem za spajkanje s plamenom in indukcijsko spajkanje. Trdnost spajkanega spoja iz nerjavečega jekla 1Cr18Ni9Ti je prikazana v tabeli 5. Vidimo lahko, da ima spoj enako trdnost kot osnovna kovina, delovna temperatura pa je visoka. Dodatek za spajkanje CuMnCo se uporablja predvsem za spajkanje martenzitnega nerjavečega jekla v zaščitni atmosferi. Trdnost spoja in delovna temperatura sta primerljivi s tistimi pri spajkanju z dodajnikom na osnovi zlata. Na primer, spoj iz nerjavečega jekla 1Cr13, spajkan s spajko b-cu58mnco, ima enako zmogljivost kot isti spoj iz nerjavečega jekla, spajkan s spajko b-au82ni (glej tabelo 6), vendar so proizvodni stroški močno nižji.

Tabela 5 strižna trdnost spajkanega spoja iz nerjavečega jekla 1Cr18Ni9Ti z visokotemperaturnim bakrenim osnovnim polnilom

Tabela 6 strižna trdnost spajkanega spoja iz nerjavečega jekla 1Cr13

Dodatki za spajkanje na osnovi mangana se uporabljajo predvsem za spajkanje v zaščitnem plinu, pri čemer mora biti čistost plina visoka. Da bi se izognili rasti zrn osnovne kovine, je treba izbrati ustrezen dodatek za spajkanje s temperaturo spajkanja nižjo od 1150 ℃. Zadovoljiv učinek spajkanja je mogoče doseči pri spojih iz nerjavečega jekla, spajkanih s spajko na osnovi mangana, kot je prikazano v tabeli 7. Delovna temperatura spoja lahko doseže 600 ℃.

Tabela 7 strižna trdnost spajkanega spoja iz nerjavečega jekla lcr18ni9fi z dodatkom na osnovi mangana

Ko je nerjaveče jeklo spajkano z polnilom na osnovi niklja, ima spoj dobro odpornost pri visokih temperaturah. Ta polnilo se običajno uporablja za spajkanje v zaščitni plinski atmosferi ali vakuumsko spajkanje. Da bi premagali težavo, da se med nastankom spajkanega spoja tvorijo bolj krhke spojine, kar resno zmanjša trdnost in plastičnost spoja, je treba zmanjšati režo v spoju, da se zagotovi, da elementi, ki zlahka tvorijo krhko fazo v spajki, v celoti difundirajo v osnovno kovino. Da bi preprečili nastanek rasti zrn osnovne kovine zaradi dolgega časa zadrževanja pri temperaturi spajkanja, se lahko po varjenju izvedejo procesni ukrepi kratkotrajnega zadrževanja in difuzijske obdelave pri nižji temperaturi (v primerjavi s temperaturo spajkanja).

Med plemenite kovine za spajkanje, ki se uporabljajo za spajkanje nerjavečega jekla, spadajo predvsem polnilne kovine na osnovi zlata in polnilne kovine, ki vsebujejo paladij, med katerimi so najpogostejše b-au82ni, b-ag54cupd in b-au82ni, ki imajo dobro omočljivost. Spajkani spoj iz nerjavečega jekla ima visoko temperaturno trdnost in odpornost proti oksidaciji, najvišja delovna temperatura pa lahko doseže 800 ℃. B-ag54cupd ima podobne lastnosti kot b-au82ni in je nizka cena, zato ponavadi nadomesti b-au82ni.

(2) Površina nerjavečega jekla v fluksu in atmosferi peči vsebuje okside, kot sta Cr2O3 in TiO2, ki jih je mogoče odstraniti le z uporabo fluksa z visoko aktivnostjo. Pri spajkanju nerjavečega jekla s kositrovo-svinčevim spajkalnikom je primeren fluks vodna raztopina fosforne kisline ali raztopina cinkovega oksida s klorovodikovo kislino. Čas delovanja vodne raztopine fosforne kisline je kratek, zato je treba uporabiti metodo spajkanja s hitrim segrevanjem. Za spajkanje nerjavečega jekla z polnilom na osnovi srebra se lahko uporabljajo fluksi Fb102, fb103 ali fb104. Pri spajkanju nerjavečega jekla z polnilom na osnovi bakra se zaradi visoke temperature spajkanja uporablja fluks fb105.

Pri spajkanju nerjavečega jekla v peči se pogosto uporablja vakuumska atmosfera ali zaščitna atmosfera, kot so vodik, argon in razkrojni amonijak. Med spajkanjem v vakuumu mora biti vakuumski tlak nižji od 10-2 Pa. Pri spajkanju v zaščitni atmosferi rosišče plina ne sme biti višje od -40 ℃. Če čistost plina ni zadostna ali temperatura spajkanja ni visoka, se lahko v atmosfero doda majhna količina plinskega spajkalnega fluksa, kot je borov trifluorid.

2. Tehnologija spajkanja

Nerjaveče jeklo je treba pred spajkanjem temeljiteje očistiti, da se odstrani morebitna mast in oljni film. Spajanje je bolje opraviti takoj po čiščenju.

Spajkanje nerjavečega jekla se lahko uporablja s plamenom, indukcijo in segrevanjem v peči. Peč za spajkanje mora imeti dober sistem za nadzor temperature (odstopanje temperature spajkanja mora biti ± 6 ℃) in se mora hitro ohladiti. Pri uporabi vodika kot zaščitnega plina za spajkanje so zahteve po vodiku odvisne od temperature spajkanja in sestave osnovne kovine, kar pomeni, da nižja kot je temperatura spajkanja, več stabilizatorja vsebuje osnovna kovina in nižja je potrebna točka rosišča vodika. Na primer, pri martenzitnih nerjavnih jeklih, kot sta 1Cr13 in cr17ni2t, mora biti točka rosišča vodika pri spajkanju pri 1000 ℃ nižja od -40 ℃; pri nerjavnem jeklu 18-8 s kromovim nikljem brez stabilizatorja mora biti točka rosišča vodika pri spajkanju pri 1150 ℃ nižja od 25 ℃; Vendar pa mora biti pri nerjavnem jeklu 1Cr18Ni9Ti, ki vsebuje titanov stabilizator, rosišče vodika pri spajkanju pri 1150 ℃ nižje od -40 ℃. Pri spajkanju z zaščito argona mora biti čistost argona višja. Če je na površino nerjavnega jekla nanesen baker ali nikelj, se lahko zmanjša zahteva po čistosti zaščitnega plina. Za zagotovitev odstranitve oksidnega filma na površini nerjavnega jekla se lahko doda tudi fluks BF3, uporabi pa se lahko tudi spajka s samofluksom, ki vsebuje litij ali bor. Pri vakuumskem spajkanju nerjavnega jekla so zahteve glede stopnje vakuuma odvisne od temperature spajkanja. Z naraščanjem temperature spajkanja se lahko zmanjša potreben vakuum.

Glavni postopek pri spajkanju nerjavečega jekla je čiščenje preostalega fluksa in preostalega zaviralca tečenja ter po potrebi izvedba toplotne obdelave po spajkanju. Odvisno od uporabljenega fluksa in metode spajkanja se lahko preostali fluks opere z vodo, mehansko očisti ali kemično očisti. Če se za čiščenje preostalega fluksa ali oksidnega filma v segretem območju blizu spoja uporablja abraziv, se uporabi pesek ali drugi drobni nekovinski delci. Deli iz martenzitnega nerjavnega jekla in nerjavnega jekla, utrjenega z izločanjem, potrebujejo toplotno obdelavo v skladu s posebnimi zahtevami materiala po spajkanju. Spoji iz nerjavnega jekla, spajkani z polnili NiCrB in NiCrSi, se po spajkanju pogosto obdelajo z difuzijsko toplotno obdelavo, da se zmanjšajo zahteve glede spajkalne reže in izboljša mikrostruktura in lastnosti spojev.