Lutowanie stali nierdzewnej

Lutowanie stali nierdzewnej

1. Lutowalność

Podstawowym problemem przy lutowaniu stali nierdzewnej jest to, że warstewka tlenków na powierzchni poważnie wpływa na zwilżanie i rozprowadzanie lutu.Różne stale nierdzewne zawierają znaczne ilości Cr, a niektóre zawierają również Ni, Ti, Mn, Mo, Nb i inne pierwiastki, które mogą tworzyć na powierzchni różne tlenki, a nawet tlenki kompozytowe.Wśród nich tlenki Cr2O3 i TiO2 Cr i Ti są dość stabilne i trudne do usunięcia.Podczas lutowania w powietrzu do ich usunięcia należy użyć aktywnego topnika;Podczas lutowania w atmosferze ochronnej warstwę tlenku można zredukować tylko w atmosferze o wysokiej czystości o niskim punkcie rosy i wystarczająco wysokiej temperaturze;W przypadku lutowania próżniowego konieczne jest zapewnienie wystarczającej próżni i odpowiedniej temperatury, aby uzyskać dobry efekt lutowania.

Innym problemem lutowania stali nierdzewnej jest to, że temperatura ogrzewania ma poważny wpływ na strukturę metalu podstawowego.Temperatura ogrzewania lutowania austenitycznej stali nierdzewnej nie powinna być wyższa niż 1150 ℃, w przeciwnym razie ziarno będzie poważnie rosło;Jeśli austenityczna stal nierdzewna nie zawiera stabilnego pierwiastka Ti lub Nb i ma wysoką zawartość węgla, należy również unikać lutowania w temperaturze uczulenia (500 ~ 850 ℃).Aby zapobiec spadkowi odporności na korozję z powodu wytrącania się węglika chromu.Dobór temperatury lutowania dla martenzytycznej stali nierdzewnej jest bardziej rygorystyczny.Jednym z nich jest dopasowanie temperatury lutowania do temperatury hartowania, aby połączyć proces lutowania z procesem obróbki cieplnej;Po drugie, temperatura lutowania powinna być niższa niż temperatura odpuszczania, aby zapobiec zmiękczeniu metalu podstawowego podczas lutowania.Zasada doboru temperatury lutowania stali nierdzewnej utwardzanej wydzieleniowo jest taka sama, jak w przypadku stali nierdzewnej martenzytycznej, tzn. temperatura lutowania musi odpowiadać systemowi obróbki cieplnej, aby uzyskać najlepsze właściwości mechaniczne.

Oprócz powyższych dwóch głównych problemów, istnieje tendencja do pękania naprężeń podczas lutowania austenitycznej stali nierdzewnej, zwłaszcza podczas lutowania lutem miedziano-cynkowym.Aby uniknąć pęknięć naprężeniowych, przed lutowaniem przedmiot obrabiany powinien być wyżarzony odprężająco, a podczas lutowania należy go równomiernie nagrzewać.

2. Materiał lutowniczy

(1) Zgodnie z wymaganiami dotyczącymi stosowania elementów spawanych ze stali nierdzewnej, powszechnie stosowane spoiwa do lutowania twardego dla elementów spawanych ze stali nierdzewnej obejmują spoiwo do lutowania twardego cyny i ołowiu, spoiwo do lutowania twardego na bazie srebra, spoiwo do lutowania twardego na bazie miedzi, spoiwo do lutowania twardego na bazie manganu, na bazie niklu Spoiwa do lutowania twardego i spoiwa do lutowania twardego z metali szlachetnych.

Lut cynowo-ołowiowy jest używany głównie do lutowania stali nierdzewnej i nadaje się do wysokiej zawartości cyny.Im wyższa zawartość cyny w lutowiu, tym lepsza jego zwilżalność na stali nierdzewnej.Wytrzymałość na ścinanie złączy ze stali nierdzewnej 1Cr18Ni9Ti lutowanych kilkoma popularnymi lutami cynowo-ołowiowymi podana jest w Tabeli 3. Ze względu na niską wytrzymałość złączy stosuje się je tylko do lutowania części o małej nośności.

Tabela 3 wytrzymałość na ścinanie złącza ze stali nierdzewnej 1Cr18Ni9Ti lutowanego lutem cynowo-ołowiowym

Spoiwa na bazie srebra są najczęściej stosowanymi spoiwami do lutowania twardego stali nierdzewnej.Wśród nich najszerzej stosowane są spoiwa srebro-miedź-cynk i srebro-miedź-cynk-kadm, ponieważ temperatura lutowania ma niewielki wpływ na właściwości metalu podstawowego.Wytrzymałość złączy ze stali nierdzewnej ICr18Ni9Ti lutowanych kilkoma popularnymi lutami na bazie srebra jest wymieniona w tabeli 4. Złącza ze stali nierdzewnej lutowane lutami na bazie srebra są rzadko stosowane w mediach silnie korozyjnych, a temperatura pracy złączy na ogół nie przekracza 300 ℃ .Podczas lutowania stali nierdzewnej bez niklu, aby zapobiec korozji lutowanego złącza w wilgotnym środowisku, należy stosować spoiwo lutownicze z większą zawartością niklu, np. b-ag50cuzncdni.Przy lutowaniu stali nierdzewnej martenzytycznej, w celu zapobieżenia zmiękczeniu metalu podstawowego, należy stosować spoiwo lutownicze o temperaturze lutowania nieprzekraczającej 650℃, np. b-ag40cuzncd.Podczas lutowania stali nierdzewnej w atmosferze ochronnej, w celu usunięcia warstwy tlenku na powierzchni, można użyć topnika samolutującego zawierającego lit, takiego jak b-ag92culi i b-ag72culi.Podczas lutowania stali nierdzewnej w próżni, aby spoiwo nadal miało dobrą zwilżalność, gdy nie zawiera pierwiastków takich jak Zn i CD, które łatwo odparowują, można zastosować spoiwo zawierające srebro, takie jak Mn, Ni i RD. wybrany.

Tabela 4 wytrzymałość złącza ze stali nierdzewnej ICr18Ni9Ti lutowanego lutem na bazie srebra

Spoiwa do lutowania twardego na bazie miedzi stosowane do lutowania twardego różnych stali to głównie czysta miedź, miedź, nikiel i miedziano-manganowo-kobaltowe spoiwa do lutowania twardego.Spoiwo do lutowania twardego z czystej miedzi jest stosowane głównie do lutowania w osłonie gazowej lub w próżni.Temperatura pracy złącza ze stali nierdzewnej nie przekracza 400 ℃, ale złącze ma słabą odporność na utlenianie.Spoiwo do lutowania twardego miedzi i niklu jest stosowane głównie do lutowania płomieniowego i lutowania indukcyjnego.Wytrzymałość lutowanego złącza ze stali nierdzewnej 1Cr18Ni9Ti jest pokazana w Tabeli 5. Widać, że złącze ma taką samą wytrzymałość jak metal podstawowy, a temperatura pracy jest wysoka.Spoiwo do lutowania twardego Cu Mn co jest stosowane głównie do lutowania stali nierdzewnej martenzytycznej w atmosferze ochronnej.Wytrzymałość spoiny i temperatura pracy są porównywalne z lutami lutowanymi spoiwem na bazie złota.Na przykład złącze ze stali nierdzewnej 1Cr13 lutowane lutem b-cu58mnco ma taką samą wydajność jak to samo złącze ze stali nierdzewnej lutowane lutem b-au82ni (patrz Tabela 6), ale koszt produkcji jest znacznie obniżony.

Tabela 5 Wytrzymałość na ścinanie złącza ze stali nierdzewnej 1Cr18Ni9Ti lutowanego wysokotemperaturowym spoiwem na bazie miedzi

Tabela 6 wytrzymałość na ścinanie złącza lutowanego ze stali nierdzewnej 1Cr13

Spoiwa do lutowania twardego na bazie manganu są stosowane głównie do lutowania twardego w osłonie gazu, a czystość gazu musi być wysoka.Aby uniknąć wzrostu ziarna metalu podstawowego, należy wybrać odpowiedni spoiwo do lutowania twardego o temperaturze lutowania niższej niż 1150 ℃.Zadowalający efekt lutowania można uzyskać dla połączeń ze stali nierdzewnej lutowanych lutem na bazie manganu, jak pokazano w Tabeli 7. Temperatura pracy połączenia może osiągnąć 600 ℃.

Tabela 7 wytrzymałość na ścinanie złącza ze stali nierdzewnej lcr18ni9fi lutowanego lutem na bazie manganu

Gdy stal nierdzewna jest lutowana lutem na bazie niklu, złącze ma dobrą wydajność w wysokich temperaturach.Spoiwo to jest zwykle używane do lutowania twardego w osłonie gazu lub lutowania próżniowego.Aby przezwyciężyć problem polegający na tym, że w lutowanym złączu podczas tworzenia złącza powstają bardziej kruche związki, co poważnie zmniejsza wytrzymałość i plastyczność złącza, należy zminimalizować szczelinę złącza, aby zapewnić, że elementy łatwe do formowania w fazie kruchej lut jest całkowicie wtopiony w metal nieszlachetny.Aby zapobiec występowaniu wzrostu ziarna metalu nieszlachetnego z powodu długiego czasu utrzymywania w temperaturze lutowania, można zastosować środki procesowe polegające na krótkotrwałym utrzymywaniu i obróbce dyfuzyjnej w niższej temperaturze (w porównaniu z temperaturą lutowania) po spawaniu.

Spoiwa z metali szlachetnych stosowane do lutowania twardego stali nierdzewnej obejmują głównie spoiwa na bazie złota oraz spoiwa zawierające pallad, z których najbardziej typowe to b-au82ni, b-ag54cupd i b-au82ni, które mają dobrą zwilżalność.Lutowane złącze ze stali nierdzewnej ma wysoką wytrzymałość na wysoką temperaturę i odporność na utlenianie, a maksymalna temperatura pracy może osiągnąć 800 ℃.B-ag54cupd ma podobną charakterystykę do b-au82ni, a jego cena jest niska, więc zastępuje b-au82ni.

(2) Powierzchnia stali nierdzewnej w atmosferze topnika i pieca zawiera tlenki, takie jak Cr2O3 i TiO2, które można usunąć tylko przy użyciu topnika o dużej aktywności.Gdy stal nierdzewna jest lutowana lutem cynowo-ołowiowym, odpowiednim topnikiem jest roztwór wodny kwasu fosforowego lub roztwór kwasu chlorowodorowego tlenku cynku.Czas działania wodnego roztworu kwasu fosforowego jest krótki, dlatego należy przyjąć metodę lutowania z szybkim nagrzewaniem.Topniki Fb102, fb103 lub fb104 mogą być stosowane do lutowania stali nierdzewnej z lutami na bazie srebra.Podczas lutowania stali nierdzewnej z lutem na bazie miedzi stosuje się topnik fb105 ze względu na wysoką temperaturę lutowania.

Podczas lutowania stali nierdzewnej w piecu często stosuje się atmosferę próżniową lub atmosferę ochronną, taką jak wodór, argon i amoniak z rozkładu.Podczas lutowania próżniowego podciśnienie powinno być niższe niż 10-2 Pa.Podczas lutowania w atmosferze ochronnej punkt rosy gazu nie powinien być wyższy niż -40 ℃. być dodane do atmosfery.

2. Technologia lutowania twardego

Stal nierdzewna musi być dokładnie oczyszczona przed lutowaniem w celu usunięcia tłuszczu i filmu olejowego.Lepiej lutować natychmiast po czyszczeniu.

Lutowanie ze stali nierdzewnej może przyjmować metody ogrzewania płomieniowego, indukcyjnego i pieca.Piec do lutowania w piecu musi mieć dobry system kontroli temperatury (wymagane odchylenie temperatury lutowania wynosi ± 6 ℃) i może być szybko chłodzony.Gdy wodór jest używany jako gaz osłonowy do lutowania, wymagania dotyczące wodoru zależą od temperatury lutowania i składu metalu nieszlachetnego, to znaczy im niższa temperatura lutowania, tym więcej w metalu nieszlachetnym zawiera stabilizator i tym niższa jest rosa. wymagany jest punkt wodoru.Na przykład w przypadku martenzytycznych stali nierdzewnych, takich jak 1Cr13 i cr17ni2t, podczas lutowania w temperaturze 1000 ℃ wymagany jest punkt rosy wodoru poniżej -40 ℃;W przypadku stali nierdzewnej chromowo-niklowej 18-8 bez stabilizatora punkt rosy wodoru powinien być niższy niż 25 ℃ podczas lutowania w temperaturze 1150 ℃;Jednak w przypadku stali nierdzewnej 1Cr18Ni9Ti zawierającej stabilizator tytanowy, punkt rosy wodoru musi być niższy niż -40 ℃ podczas lutowania w temperaturze 1150 ℃.Podczas lutowania z ochroną argonu wymagana jest wyższa czystość argonu.Jeśli miedź lub nikiel są pokryte miedzią lub niklem, można zmniejszyć wymagania dotyczące czystości gazu osłonowego.Aby zapewnić usunięcie warstewki tlenku na powierzchni stali nierdzewnej, można również dodać topnik gazowy BF3, a także lut samotopnikowy zawierający lit lub bor.Podczas lutowania próżniowego stali nierdzewnej wymagania dotyczące stopnia próżni zależą od temperatury lutowania.Wraz ze wzrostem temperatury lutowania można zmniejszyć wymaganą próżnię.

Głównym procesem obróbki stali nierdzewnej po lutowaniu jest oczyszczenie resztek topnika i inhibitora resztkowego przepływu oraz przeprowadzenie, jeśli to konieczne, obróbki cieplnej po lutowaniu.W zależności od zastosowanego topnika i metody lutowania, pozostałości topnika można zmyć wodą, oczyścić mechanicznie lub chemicznie.Jeśli materiał ścierny jest używany do oczyszczenia pozostałej warstwy topnika lub tlenku w nagrzanym obszarze w pobliżu złącza, należy użyć piasku lub innych drobnych cząstek niemetalicznych.Części wykonane ze stali nierdzewnej martenzytycznej i stali nierdzewnej utwardzanej wydzieleniowo wymagają obróbki cieplnej zgodnie ze specjalnymi wymaganiami materiału po lutowaniu.Złącza ze stali nierdzewnej lutowane lutami Ni Cr B i Ni Cr Si są często poddawane obróbce cieplnej po lutowaniu dyfuzyjnym w celu zmniejszenia wymagań dotyczących szczeliny lutowniczej oraz poprawy mikrostruktury i właściwości złączy.