Lemljenje nerđajućeg čelika

Lemljenje nerđajućeg čelika

1. Lemljivost

Primarni problem kod lemljenja nerđajućeg čelika je taj što oksidni film na površini ozbiljno utiče na vlaženje i širenje lema.Razni nehrđajući čelici sadrže znatnu količinu Cr, a neki također sadrže Ni, Ti, Mn, Mo, Nb i druge elemente, koji na površini mogu formirati razne okside ili čak kompozitne okside.Među njima, oksidi Cr2O3 i TiO2 Cr i Ti su prilično stabilni i teško ih je ukloniti.Prilikom lemljenja na zraku, za njihovo uklanjanje mora se koristiti aktivni fluks;Prilikom lemljenja u zaštitnoj atmosferi, oksidni film se može smanjiti samo u atmosferi visoke čistoće sa niskom tačkom rosišta i dovoljno visokom temperaturom;Kod vakuumskog lemljenja potrebno je imati dovoljno vakuuma i dovoljnu temperaturu da bi se postigao dobar efekat lemljenja.

Drugi problem lemljenja nehrđajućeg čelika je taj što temperatura zagrijavanja ima ozbiljan utjecaj na strukturu osnovnog metala.Temperatura zagrijavanja lemljenja austenitnog nehrđajućeg čelika ne smije biti viša od 1150 ℃, inače će zrno rasti ozbiljno;Ako austenitni nehrđajući čelik ne sadrži stabilne elemente Ti ili Nb i ima visok sadržaj ugljika, treba izbjegavati i lemljenje unutar temperature osjetljivosti (500 ~ 850 ℃).Da bi se spriječilo smanjenje otpornosti na koroziju zbog taloženja krom karbida.Odabir temperature lemljenja za martenzitni nehrđajući čelik je strožiji.Jedan je uskladiti temperaturu lemljenja sa temperaturom kaljenja, tako da se kombinuje proces lemljenja sa procesom termičke obrade;Drugi je da temperatura lemljenja treba da bude niža od temperature kaljenja kako bi se sprečilo da osnovni metal omekša tokom lemljenja.Princip odabira temperature lemljenja nehrđajućeg čelika koji očvršćuje taloženjem je isti kao i kod martenzitnog nehrđajućeg čelika, odnosno temperatura lemljenja mora odgovarati sistemu toplinske obrade kako bi se postigla najbolja mehanička svojstva.

Pored gornja dva glavna problema, postoji tendencija pucanja pod naponom prilikom lemljenja austenitnog nerđajućeg čelika, posebno kod lemljenja sa bakar cink punilom.Kako bi se izbjeglo pucanje naprezanja, radni predmet mora biti rasterećen žarenjem prije lemljenja, a radni predmet mora biti ravnomjerno zagrijan tokom lemljenja.

2. Materijal za lemljenje

(1) U skladu sa zahtjevima upotrebe zavarenih spojeva od nehrđajućeg čelika, uobičajeni metali za punjenje za lemljenje za zavare od nehrđajućeg čelika uključuju dodatni metal za lemljenje s kalajnim olovom, dodatni metal za lemljenje na bazi srebra, dodatni metal za lemljenje na bazi bakra, dodatni metal za lemljenje na bazi mangana, na bazi nikla dodatni metal za lemljenje i dodatni metal za lemljenje plemenitih metala.

Limeni olovni lem se uglavnom koristi za lemljenje nerđajućeg čelika, a pogodan je za visok sadržaj kalaja.Što je veći sadržaj kalaja u lemu, to je bolja njegova sposobnost vlaženja na nehrđajućem čeliku.Smična čvrstoća spojeva od nerđajućeg čelika 1Cr18Ni9Ti lemljenih sa nekoliko uobičajenih limenih olovnih lemova navedena je u tabeli 3. Zbog niske čvrstoće spojeva, koriste se samo za lemljenje delova sa malom nosivošću.

Tabela 3 čvrstoća na smicanje spoja od nehrđajućeg čelika 1Cr18Ni9Ti zalemljenog limenim olovnim lemom

Dodatni metali na bazi srebra su najčešće korišteni dodatni metali za lemljenje nehrđajućeg čelika.Među njima, srebrni bakar cink i srebrni bakar cink kadmijum punila se najčešće koriste jer temperatura lemljenja ima mali uticaj na svojstva osnovnog metala.Čvrstoća spojeva od nerđajućeg čelika ICr18Ni9Ti lemljenih sa nekoliko uobičajenih lemova na bazi srebra navedena je u tabeli 4. Spojevi od nerđajućeg čelika lemljeni lemovima na bazi srebra retko se koriste u visoko korozivnim medijima, a radna temperatura spojeva uglavnom ne prelazi 300 ℃ .Prilikom lemljenja nerđajućeg čelika bez nikla, kako bi se sprečila korozija lemljenog spoja u vlažnom okruženju, potrebno je koristiti dodatni metal za lemljenje sa 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, kako bi se uklonio oksidni film na površini, može se koristiti litijum koji sadrži fluks za samolemljenje, kao što su b-ag92culi i b-ag72culi.Prilikom lemljenja nehrđajućeg čelika u vakuumu, kako bi dodatni metal i dalje imao dobru kvašenje kada ne sadrži elemente kao što su Zn i CD koji se lako isparavaju, može se koristiti srebrni dodatni metal koji sadrži elemente kao što su Mn, Ni i RD odabrano.

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

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

Tabela 5. čvrstoća na smicanje spoja od nehrđajućeg čelika 1Cr18Ni9Ti zalemljenog bakrom na visokoj temperaturi.

Tabela 6. Smična čvrstoća lemljenog spoja od nehrđajućeg čelika 1Cr13

Dodatni metali za lemljenje na bazi mangana se uglavnom koriste za lemljenje zaštićeno gasom, a čistoća gasa mora biti visoka.Kako bi se izbjegao rast zrna osnovnog metala, potrebno je odabrati odgovarajući dodatni metal za lemljenje s temperaturom lemljenja nižom od 1150 ℃.Zadovoljavajući efekat lemljenja može se postići za spojeve od nerđajućeg čelika lemljene lemom na bazi mangana, kao što je prikazano u tabeli 7. Radna temperatura spoja može da dostigne 600 ℃.

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

Kada je nehrđajući čelik lemljen sa niklom, spoj ima dobre performanse pri visokim temperaturama.Ovaj dodatni metal se obično koristi za lemljenje zaštićeno gasom ili vakuumsko lemljenje.Kako bi se prevladao problem da se u lemljenom spoju tokom formiranja spoja stvara više krhkih spojeva, što ozbiljno smanjuje čvrstoću i plastičnost spoja, zazor u spoju treba minimizirati kako bi se osiguralo da elementi lako formiraju krhku fazu u lem se potpuno difunduje u osnovni metal.Kako bi se spriječila pojava rasta zrna osnovnog metala zbog dugog vremena držanja na temperaturi lemljenja, nakon zavarivanja se mogu poduzeti procesne mjere kratkotrajnog držanja i difuzijske obrade na nižoj temperaturi (u odnosu na temperaturu lemljenja).

Dodatni metali za lemljenje plemenitih metala koji se koriste za lemljenje nerđajućeg čelika uglavnom uključuju dodatke na bazi zlata i dodatke koji sadrže paladijum, od kojih su najtipičniji b-au82ni, b-ag54cupd i b-au82ni, koji imaju dobru kvašenje.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 i njegova cijena je niska, tako da ima tendenciju da zamijeni b-au82ni.

(2) Površina nerđajućeg čelika u fluksu i atmosferi peći sadrži okside kao što su Cr2O3 i TiO2, koji se mogu ukloniti samo upotrebom fluksa sa jakom aktivnošću.Kada je nehrđajući čelik lemljen kositrenim olovnim lemom, odgovarajući fluks je vodena otopina fosforne kiseline ili otopina klorovodične kiseline cink oksida.Vrijeme djelovanja vodenog rastvora fosforne kiseline je kratko, pa se mora primijeniti metoda lemljenja brzog zagrijavanja.Fb102, fb103 ili fb104 tokovi se mogu koristiti za lemljenje nehrđajućeg čelika sa dodatnim metalima na bazi srebra.Prilikom lemljenja nerđajućeg čelika sa dodatnim metalom na bazi bakra, koristi se fluks fb105 zbog visoke temperature lemljenja.

Prilikom lemljenja nehrđajućeg čelika u peći često se koristi atmosfera vakuuma ili zaštitna atmosfera kao što su vodik, argon i amonijak koji se raspada.Tokom vakuumskog lemljenja, vakuumski pritisak treba da bude manji od 10-2Pa.Prilikom lemljenja u zaštitnoj atmosferi, tačka rose gasa ne smije biti viša od -40 ℃ Ako čistoća plina nije dovoljna ili temperatura lemljenja nije visoka, mala količina plinskog fluksa za lemljenje, kao što je bor trifluorid, može dodati atmosferi.

2. Tehnologija lemljenja

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

Lemljenje od nerđajućeg čelika može usvojiti metode zagrevanja plamenom, indukcijom i peći.Peć za lemljenje u peći mora imati dobar sistem kontrole temperature (odstupanje temperature lemljenja je potrebno da bude ± 6 ℃) i može se brzo hladiti.Kada se vodik koristi kao zaštitni plin za lemljenje, zahtjevi za vodonikom zavise od temperature lemljenja i sastava osnovnog metala, odnosno, što je niža temperatura lemljenja, to osnovni metal sadrži više stabilizatora, a niža je rosa. potrebna je tačka vodonika.Na primjer, za martenzitne nehrđajuće čelike kao što su 1Cr13 i cr17ni2t, prilikom lemljenja na 1000 ℃, potrebno je da tačka rosišta vodonika bude niža od -40 ℃;Za nerđajući čelik 18-8 hrom nikl bez stabilizatora, tačka rose vodonika treba da bude niža od 25 ℃ tokom lemljenja na 1150 ℃;Međutim, za stabilizator od nehrđajućeg čelika 1Cr18Ni9Ti koji sadrži titanijum, tačka rose vodika mora biti niža od -40 ℃ pri lemljenju na 1150 ℃.Kod lemljenja sa zaštitom od argona potrebno je da čistoća argona bude veća.Ako se bakar ili nikl nanese na površinu nerđajućeg čelika, zahtjevi za čistoćom zaštitnog plina mogu se smanjiti.Kako bi se osiguralo uklanjanje oksidnog filma na površini nehrđajućeg čelika, može se dodati i plinski fluks BF3, a može se koristiti i samofluksni lem koji sadrži litijum ili bor.Kod vakuumskog lemljenja nerđajućeg čelika, zahtevi za stepen vakuuma zavise od temperature lemljenja.Sa povećanjem temperature lemljenja, potreban vakuum se može smanjiti.

Glavni proces nehrđajućeg čelika nakon lemljenja je čišćenje zaostalog fluksa i inhibitora zaostalog protoka, te izvođenje toplinske obrade nakon lemljenja ako je potrebno.Ovisno o korištenom flusu i metodi lemljenja, preostali fluks se može oprati vodom, mehanički ili kemijski očišćen.Ako se za čišćenje zaostalog fluksa ili oksidnog filma u zagrijanom području u blizini spoja koristi abraziv, koristi se pijesak ili druge nemetalne fine čestice.Dijelovi izrađeni od martenzitnog nehrđajućeg čelika i nehrđajućeg čelika koji se stvrdnjava putem padavina treba termičku obradu prema posebnim zahtjevima materijala nakon lemljenja.Spojevi od nehrđajućeg čelika lemljeni metalima za punjenje Ni Cr B i Ni Cr Si često se nakon lemljenja tretiraju difuzijskom toplinskom obradom kako bi se smanjili zahtjevi za razmakom lemljenja i poboljšala mikrostruktura i svojstva spojeva.