Lemljenje nehrđajućeg čelika

Lemljenje nehrđajućeg čelika

1. Lemljivost

Primarni problem kod lemljenja nehrđajućeg čelika je taj što oksidni film na površini ozbiljno utječe na vlaženje i širenje lema. Različiti nehrđajući čelici sadrže značajnu količinu Cr, a neki također sadrže Ni, Ti, Mn, Mo, Nb i druge elemente, koji mogu formirati razne okside ili čak složene okside na površini. Među njima, oksidi Cr2O3 i TiO2 od Cr i Ti su prilično stabilni i teško ih je ukloniti. Prilikom lemljenja na zraku, mora se koristiti aktivni fluks za njihovo uklanjanje; Prilikom lemljenja u zaštitnoj atmosferi, oksidni film se može smanjiti samo u atmosferi visoke čistoće s niskom tačkom rose i dovoljno visokom temperaturom; Prilikom lemljenja u vakuumu, potrebno je imati dovoljno vakuuma i dovoljno temperature da bi se postigao dobar učinak lemljenja.

Još jedan problem lemljenja nehrđajućeg čelika je taj što temperatura zagrijavanja ima ozbiljan utjecaj na strukturu osnovnog metala. Temperatura lemljenja austenitnog nehrđajućeg čelika ne smije biti viša od 1150 ℃, u suprotnom će se zrna značajno povećati; Ako austenitni nehrđajući čelik ne sadrži stabilne elemente Ti ili Nb i ima visok sadržaj ugljika, lemljenje unutar temperature senzibilizacije (500 ~ 850 ℃) također treba izbjegavati. Kako bi se spriječilo smanjenje otpornosti na koroziju zbog taloženja hromovog karbida, odabir temperature lemljenja za martenzitni nehrđajući čelik je stroži. Jedan je usklađivanje temperature lemljenja s temperaturom kaljenja, kako bi se proces lemljenja kombinirao s procesom termičke obrade; Drugi je da temperatura lemljenja treba biti niža od temperature otpuštanja kako bi se spriječilo omekšavanje osnovnog metala tokom lemljenja. Princip odabira temperature lemljenja za nehrđajući čelik za taloženje isti je kao i kod martenzitnog nehrđajućeg čelika, odnosno temperatura lemljenja mora odgovarati sistemu termičke obrade kako bi se postigla najbolja mehanička svojstva.

Pored dva gore navedena glavna problema, postoji tendencija pucanja usljed napona prilikom lemljenja austenitnog nehrđajućeg čelika, posebno prilikom lemljenja s dodatnim metalom bakar-cink. Da bi se izbjeglo pucanje usljed napona, radni komad treba prije lemljenja žariti radi ublažavanja napona, a radni komad treba ravnomjerno zagrijavati tokom lemljenja.

2. Materijal za lemljenje

(1) Prema zahtjevima upotrebe zavarenih spojeva od nehrđajućeg čelika, uobičajeno korišteni dodatni metali za lemljenje za zavarene spojeve od nehrđajućeg čelika uključuju dodatni metal za lemljenje na bazi kalaja i olova, dodatni metal za lemljenje na bazi srebra, dodatni metal za lemljenje na bazi bakra, dodatni metal za lemljenje na bazi mangana, dodatni metal za lemljenje na bazi nikla i dodatni metal za lemljenje od plemenitih metala.

Lem od kalaja i olova se uglavnom koristi za lemljenje nehrđajućeg čelika i pogodan je za lemljenje s visokim sadržajem kalaja. Što je veći sadržaj kalaja u lemu, to je bolja njegova kvašivost na nehrđajućem čeliku. Čvrstoća na smicanje spojeva od nehrđajućeg čelika 1Cr18Ni9Ti zalemljenih s nekoliko uobičajenih lemova od kalaja i olova navedena je u Tabeli 3. Zbog niske čvrstoće spojeva, koriste se samo za lemljenje dijelova s ​​malom nosivošću.

Tabela 3 čvrstoća na smicanje spoja od nehrđajućeg čelika 1Cr18Ni9Ti lemljenog kalajno-olovo lemom

Dodatni metali na bazi srebra su najčešće korišteni dodatni metali za lemljenje nehrđajućeg čelika. Među njima, dodatni metali srebro-bakar-cink i srebro-bakar-cink-kadmijum se najčešće koriste jer temperatura lemljenja ima mali utjecaj na svojstva osnovnog metala. Čvrstoća spojeva nehrđajućeg čelika ICr18Ni9Ti lemljenih s nekoliko uobičajenih lemova na bazi srebra navedena je u Tabeli 4. Spojevi nehrđajućeg čelika lemljeni lemovima na bazi srebra rijetko se koriste u visoko korozivnim medijima, a radna temperatura spojeva uglavnom ne prelazi 300 ℃. Prilikom lemljenja nehrđajućeg čelika bez nikla, kako bi se spriječila korozija lemljenog spoja u vlažnom okruženju, treba koristiti dodatni metal za lemljenje s više nikla, kao što je b-ag50cuzncdni. Prilikom lemljenja martenzitnog nehrđajućeg čelika, kako bi se spriječilo omekšavanje osnovnog metala, treba koristiti dodatni metal za lemljenje s temperaturom lemljenja koja ne prelazi 650 ℃, kao što je b-ag40cuzncd. Prilikom lemljenja nehrđajućeg čelika u zaštitnoj atmosferi, radi uklanjanja oksidnog filma na površini, može se koristiti fluks za samolemljenje koji sadrži litijum, kao što su b-ag92culi i b-ag72culi. Prilikom lemljenja nehrđajućeg čelika u vakuumu, kako bi dodatni metal i dalje imao dobru kvašivost kada ne sadrži elemente poput Zn i CD koji lako isparavaju, može se odabrati srebrni dodatni metal koji sadrži elemente poput Mn, Ni i RD.

Tabela 4 čvrstoća spoja od nehrđajućeg čelika ICr18Ni9Ti lemljenog dodatnim metalom na bazi srebra

Dodatni metali za lemljenje na bazi bakra koji se koriste za lemljenje različitih čelika uglavnom su čisti bakar, bakar-nikal i bakar-mangan-kobalt. Dodatni metal za lemljenje od čistog bakra uglavnom se koristi za lemljenje pod zaštitom plina ili vakuumom. Radna temperatura spoja od nehrđajućeg čelika nije veća od 400 ℃, ali spoj ima slabu otpornost na oksidaciju. Dodatni metal za lemljenje bakar-nikal uglavnom se koristi za lemljenje plamenom i indukcijsko lemljenje. Čvrstoća lemljenog spoja od nehrđajućeg čelika 1Cr18Ni9Ti prikazana je u Tabeli 5. Može se vidjeti da spoj ima istu čvrstoću kao i osnovni metal, a radna temperatura je visoka. Dodatni metal za lemljenje CuMnco uglavnom se koristi za lemljenje martenzitnog nehrđajućeg čelika u zaštitnoj atmosferi. Čvrstoća spoja i radna temperatura su uporedive sa onima lemljenim dodatnim metalom na bazi zlata. Na primjer, spoj od nehrđajućeg čelika 1Cr13 lemljen lemom b-cu58mnco ima iste performanse kao i isti spoj od nehrđajućeg čelika lemljen lemom b-au82ni (vidi Tabelu 6), ali su troškovi proizvodnje znatno smanjeni.

Tabela 5 čvrstoća na smicanje spoja od nehrđajućeg čelika 1Cr18Ni9Ti lemljenog s visokotemperaturnim dodatnim metalom na bazi bakra

Tabela 6 čvrstoća na smicanje lemljenog spoja od nehrđajućeg čelika 1Cr13

Dodatni metali za lemljenje na bazi mangana uglavnom se koriste za lemljenje u zaštitnoj plinskoj atmosferi, a čistoća plina mora biti visoka. Kako bi se izbjegao rast zrna osnovnog metala, treba odabrati odgovarajući dodatni metal za lemljenje s temperaturom lemljenja nižom od 1150 ℃. Zadovoljavajući učinak lemljenja može se postići za spojeve nehrđajućeg čelika zalemljene lemom na bazi mangana, kao što je prikazano u Tabeli 7. Radna temperatura spoja može doseći 600 ℃.

Tabela 7 smična čvrstoća spoja od nehrđajućeg čelika lcr18ni9fi lemljenog dodatnim metalom na bazi mangana

Kada se nehrđajući čelik lemi dodatnim metalom na bazi nikla, spoj ima dobre performanse na visokim temperaturama. Ovaj dodatni metal se obično koristi za lemljenje u zaštitnoj atmosferi plina ili lemljenje u vakuumu. Kako bi se prevladao problem stvaranja više krhkih spojeva u lemljenom spoju tokom formiranja spoja, što ozbiljno smanjuje čvrstoću i plastičnost spoja, razmak spoja treba smanjiti na minimum kako bi se osiguralo da elementi koji lako formiraju krhku fazu u lemljenju u potpunosti difundiraju u osnovni metal. Kako bi se spriječila pojava rasta zrna osnovnog metala zbog dugog vremena zadržavanja na temperaturi lemljenja, mogu se poduzeti procesne mjere kratkotrajnog zadržavanja i difuzijske obrade na nižoj temperaturi (u poređenju sa temperaturom lemljenja) nakon zavarivanja.

Dodatni metali od plemenitih metala koji se koriste za lemljenje nehrđajućeg čelika uglavnom uključuju dodatne metale na bazi zlata i dodatne metale koji sadrže paladij, od kojih su najčešći b-au82ni, b-ag54cupd i b-au82ni, koji imaju dobru kvašivost. Lemljeni spoj od nehrđajućeg čelika ima visoku temperaturnu čvrstoću i otpornost na oksidaciju, a maksimalna radna temperatura može doseći 800 ℃. B-ag54cupd ima slične karakteristike kao b-au82ni, a cijena mu je niska, pa teži da zamijeni b-au82ni.

(2) Površina nehrđajućeg čelika u fluksu i atmosferi peći sadrži okside poput Cr2O3 i TiO2, koji se mogu ukloniti samo upotrebom fluksa s jakom aktivnošću. Kada se nehrđajući čelik lemi kalajno-olovom lemom, odgovarajući fluks je vodeni rastvor fosforne kiseline ili rastvor cink oksida i hlorovodonične kiseline. Vrijeme djelovanja vodenog rastvora fosforne kiseline je kratko, pa se mora primijeniti metoda lemljenja brzim zagrijavanjem. Fluksi Fb102, fb103 ili fb104 mogu se koristiti za lemljenje nehrđajućeg čelika dodatnim metalima na bazi srebra. Prilikom lemljenja nehrđajućeg čelika dodatnim metalom na bazi bakra, koristi se fluks fb105 zbog visoke temperature lemljenja.

Prilikom lemljenja nehrđajućeg čelika u peći, često se koristi vakuumska atmosfera ili zaštitna atmosfera poput vodika, argona i raspadajućeg amonijaka. Tokom vakuumskog lemljenja, pritisak vakuuma mora biti niži od 10-2Pa. Prilikom lemljenja u zaštitnoj atmosferi, tačka rose plina ne smije biti viša od -40 ℃. Ako čistoća plina nije dovoljna ili temperatura lemljenja nije visoka, u atmosferu se može dodati mala količina plinskog fluksa za lemljenje, poput bor trifluorida.

2. Tehnologija lemljenja

Nehrđajući čelik se mora strože očistiti prije lemljenja kako bi se uklonila sva masnoća i uljni film. Bolje je lemiti odmah nakon čišćenja.

Lemljenje nehrđajućeg čelika može se koristiti metodama zagrijavanja plamenom, indukcijom i medijem u peći. Peć za lemljenje mora imati dobar sistem za kontrolu temperature (odstupanje temperature lemljenja mora biti ± 6 ℃) i mora se brzo hladiti. Kada se vodik koristi kao zaštitni plin za lemljenje, zahtjevi za vodikom zavise od temperature lemljenja i sastava osnovnog metala, odnosno, što je niža temperatura lemljenja, to osnovni metal sadrži više stabilizatora i potrebna je niža tačka rose vodika. Na primjer, za martenzitne nehrđajuće čelike kao što su 1Cr13 i cr17ni2t, pri lemljenju na 1000 ℃, tačka rose vodika mora biti niža od -40 ℃; za nehrđajući čelik 18-8 hrom-nikl bez stabilizatora, tačka rose vodika mora biti niža od 25 ℃ tokom lemljenja na 1150 ℃; Međutim, za nehrđajući čelik 1Cr18Ni9Ti koji sadrži titanijum stabilizator, tačka rose vodika mora biti niža od -40 ℃ prilikom lemljenja na 1150 ℃. Prilikom lemljenja sa zaštitom argonom, potrebna je veća čistoća argona. Ako se bakar ili nikl nanose na površinu nehrđajućeg čelika, zahtjev za čistoćom zaštitnog plina može se smanjiti. Kako bi se osiguralo uklanjanje oksidnog filma sa površine nehrđajućeg čelika, može se dodati i fluks BF3 plina, a može se koristiti i lem koji sadrži litijum ili bor. Prilikom vakuumskog lemljenja nehrđajućeg čelika, zahtjevi za stepenom vakuuma zavise od temperature lemljenja. S povećanjem temperature lemljenja, potreban vakuum se može smanjiti.

Glavni proces kod nehrđajućeg čelika nakon lemljenja je čišćenje zaostalog fluksa i zaostalog inhibitora tečenja, te po potrebi provođenje termičke obrade nakon lemljenja. Ovisno o fluksu i metodi lemljenja koja se koristi, zaostali fluks se može isprati vodom, mehanički očistiti ili hemijski očistiti. Ako se za čišćenje zaostalog fluksa ili oksidnog filma u zagrijanom području blizu spoja koristi abraziv, treba koristiti pijesak ili druge nemetalne fine čestice. Dijelovi izrađeni od martenzitnog nehrđajućeg čelika i nehrđajućeg čelika koji se taloženjem očvršćava trebaju termičku obradu prema posebnim zahtjevima materijala nakon lemljenja. Spojevi nehrđajućeg čelika lemljeni dodatnim metalima NiCrB i NiCrSi često se tretiraju difuzijskom termičkom obradom nakon lemljenja kako bi se smanjili zahtjevi za zazor lemljenja i poboljšala mikrostruktura i svojstva spojeva.