Solderen van roestvrij staal

Solderen van roestvrij staal

1. Soldeerbaarheid

Het grootste probleem bij het solderen van roestvrij staal is dat de oxidelaag op het oppervlak de bevochtiging en verspreiding van soldeer ernstig beïnvloedt. Verschillende soorten roestvrij staal bevatten een aanzienlijke hoeveelheid Cr, en sommige bevatten ook Ni, Ti, Mn, Mo, Nb en andere elementen, die diverse oxiden of zelfs samengestelde oxiden op het oppervlak kunnen vormen. De oxiden Cr2O3 en TiO2 van Cr en Ti zijn vrij stabiel en moeilijk te verwijderen. Bij solderen aan de lucht moet actieve flux worden gebruikt om ze te verwijderen. Bij solderen in een beschermende atmosfeer kan de oxidelaag alleen worden gereduceerd in een zeer zuivere atmosfeer met een laag dauwpunt en een voldoende hoge temperatuur. Bij vacuümsolderen zijn voldoende vacuüm en een voldoende temperatuur noodzakelijk om een ​​goed soldeereffect te bereiken.

Een ander probleem met het solderen van roestvast staal is dat de verwarmingstemperatuur een ernstige invloed heeft op de structuur van het basismetaal. De soldeertemperatuur van austenitisch roestvast staal mag niet hoger zijn dan 1150 °C, anders zal de korrel sterk groeien. Als austenitisch roestvast staal geen stabiele elementen Ti of Nb bevat en een hoog koolstofgehalte heeft, moet solderen binnen de sensibilisatietemperatuur (500 ~ 850 °C) ook worden vermeden. Om te voorkomen dat de corrosieweerstand afneemt door de neerslag van chroomcarbide, is de selectie van de soldeertemperatuur voor martensitisch roestvast staal strenger. Een daarvan is om de soldeertemperatuur af te stemmen op de afschriktemperatuur, om het soldeerproces te combineren met het warmtebehandelingsproces. Een andere is dat de soldeertemperatuur lager moet zijn dan de ontlaattemperatuur om te voorkomen dat het basismetaal tijdens het solderen zacht wordt. Het principe voor de selectie van de soldeertemperatuur van precipitatiegehard roestvast staal is hetzelfde als dat van martensitisch roestvast staal. Dat wil zeggen dat de soldeertemperatuur moet worden afgestemd op het warmtebehandelingssysteem om de beste mechanische eigenschappen te verkrijgen.

Naast de bovengenoemde twee hoofdproblemen bestaat er een neiging tot spanningsscheuren bij het solderen van austenitisch roestvast staal, met name bij het solderen met koperzink als vulmateriaal. Om spanningsscheuren te voorkomen, moet het werkstuk vóór het solderen spanningsarm worden gegloeid en moet het werkstuk tijdens het solderen gelijkmatig worden verhit.

2. Soldeermateriaal

(1) Afhankelijk van de gebruiksvereisten van lasconstructies van roestvast staal omvatten de meest gebruikte soldeervulmetalen voor lasconstructies van roestvast staal onder meer tin-lood soldeervulmetaal, zilvergebaseerd soldeervulmetaal, kopergebaseerd soldeervulmetaal, mangaangebaseerd soldeervulmetaal, nikkelgebaseerd soldeervulmetaal en edelmetaal soldeervulmetaal.

Tin-loodsoldeer wordt voornamelijk gebruikt voor het solderen van roestvrij staal en is geschikt voor een hoog tingehalte. Hoe hoger het tingehalte van het soldeer, hoe beter het zich goed laat bevochtigen op roestvrij staal. De schuifsterkte van 1Cr18Ni9Ti roestvrijstalen verbindingen, gesoldeerd met verschillende gangbare tin-loodsoldeersoorten, staat vermeld in tabel 3. Vanwege de lage sterkte van de verbindingen worden ze alleen gebruikt voor het solderen van onderdelen met een laag draagvermogen.

Tabel 3 Schuifsterkte van 1Cr18Ni9Ti roestvaststalen verbinding gesoldeerd met tin-loodsoldeer

Zilverhoudende vulmetalen zijn de meest gebruikte vulmetalen voor het solderen van roestvast staal. Zilverkoperzink en zilverkoperzinkcadmium vulmetalen worden het meest gebruikt, omdat de soldeertemperatuur weinig invloed heeft op de eigenschappen van het basismetaal. De sterkte van ICr18Ni9Ti roestvaststalen verbindingen gesoldeerd met verschillende gangbare zilverhoudende soldeersoorten staat vermeld in tabel 4. De roestvaststalen verbindingen gesoldeerd met zilverhoudende soldeersoorten worden zelden gebruikt in zeer corrosieve media en de werktemperatuur van de verbindingen bedraagt ​​over het algemeen niet meer dan 300 °C. Bij het solderen van roestvast staal zonder nikkel moet, om corrosie van de gesoldeerde verbinding in een vochtige omgeving te voorkomen, soldeervulmetaal met meer nikkel worden gebruikt, zoals b-ag50cuzncdni. Bij het solderen van martensitisch roestvast staal moet, om verweking van het basismetaal te voorkomen, soldeervulmetaal met een soldeertemperatuur van maximaal 650 °C worden gebruikt, zoals b-ag40cuzncd. Bij het solderen van roestvast staal in een beschermende atmosfeer kan lithiumhoudende zelfhardende flux worden gebruikt om de oxidelaag op het oppervlak te verwijderen, zoals b-ag92culi en b-ag72culi. Bij het solderen van roestvast staal in vacuüm kan, om het toevoegmateriaal goed bevochtigbaar te houden en geen elementen zoals Zn en CD te bevatten die gemakkelijk verdampen, worden gekozen voor zilver als toevoegmateriaal met elementen zoals Mn, Ni en RD.

Tabel 4 Sterkte van ICr18Ni9Ti roestvaststalen verbinding gesoldeerd met zilverhoudend vulmetaal

Kopergebaseerde soldeervulmetalen die worden gebruikt voor het solderen van verschillende staalsoorten zijn voornamelijk zuiver koper, kopernikkel en kopermangaankobalt soldeervulmetalen. Zuiver koper soldeervulmetaal wordt voornamelijk gebruikt voor solderen onder gasbescherming of vacuüm. De werktemperatuur van roestvrijstalen verbindingen is niet hoger dan 400 ℃, maar de verbinding heeft een slechte oxidatiebestendigheid. Kopernikkel soldeervulmetaal wordt voornamelijk gebruikt voor vlam- en inductiesolderen. De sterkte van de gesoldeerde 1Cr18Ni9Ti roestvrijstalen verbinding is weergegeven in tabel 5. Te zien is dat de verbinding dezelfde sterkte heeft als het basismetaal en de werktemperatuur is hoog. CuMnco soldeervulmetaal wordt voornamelijk gebruikt voor het solderen van martensitisch roestvrij staal in een beschermende atmosfeer. De verbindingssterkte en werktemperatuur zijn vergelijkbaar met die gesoldeerd met goudgebaseerd soldeermetaal. Bijvoorbeeld, de 1Cr13 roestvrijstalen verbinding gesoldeerd met b-cu58mnco soldeer heeft dezelfde prestaties als dezelfde roestvrijstalen verbinding gesoldeerd met b-au82ni soldeer (zie Tabel 6), maar de productiekosten zijn aanzienlijk lager.

Tabel 5 Schuifsterkte van 1Cr18Ni9Ti roestvaststalen verbinding gesoldeerd met hittebestendige koperbasisvulmetaal

Tabel 6 Schuifsterkte van een gesoldeerde verbinding van roestvast staal 1Cr13

Mangaanhoudende soldeertoevoegmaterialen worden voornamelijk gebruikt voor gasbeschermd solderen en vereisen een hoge zuiverheid van het gas. Om korrelgroei van het basismetaal te voorkomen, moet het overeenkomstige soldeertoevoegmateriaal met een soldeertemperatuur lager dan 1150 °C worden gekozen. Een bevredigend soldeereffect kan worden bereikt met roestvrijstalen verbindingen die zijn gesoldeerd met mangaanhoudend soldeer, zoals weergegeven in tabel 7. De werktemperatuur van de verbinding kan oplopen tot 600 °C.

Tabel 7 Schuifsterkte van lcr18ni9fi roestvaststalen verbinding gesoldeerd met op mangaan gebaseerd vulmetaal

Wanneer roestvast staal wordt gesoldeerd met nikkelhoudend vulmetaal, presteert de verbinding goed bij hoge temperaturen. Dit vulmetaal wordt over het algemeen gebruikt voor gasbeschermd solderen of vacuümsolderen. Om het probleem te verhelpen dat er tijdens het vormen van de verbinding brossere verbindingen ontstaan, wat de sterkte en plasticiteit van de verbinding ernstig vermindert, moet de naadspleet worden geminimaliseerd om ervoor te zorgen dat de elementen die gemakkelijk een brosse fase in het soldeer vormen, volledig in het basismetaal diffunderen. Om korrelgroei in het basismetaal te voorkomen als gevolg van een lange houdtijd bij soldeertemperatuur, kunnen procesmaatregelen worden genomen zoals kortdurend solderen en diffusiebehandeling bij een lagere temperatuur (vergeleken met de soldeertemperatuur) na het lassen.

De edelmetaal-soldeertoevoegmaterialen die voor het solderen van roestvast staal worden gebruikt, omvatten voornamelijk goudhoudende toevoegmaterialen en palladiumhoudende toevoegmaterialen, waarvan de meest voorkomende b-au82ni, b-ag54cupd en b-au82ni zijn, die een goede bevochtigbaarheid hebben. De gesoldeerde roestvaststalen verbinding heeft een hoge temperatuurbestendigheid en oxidatiebestendigheid, en de maximale werktemperatuur kan oplopen tot 800 °C. B-ag54cupd heeft vergelijkbare eigenschappen als b-au82ni en is laag geprijsd, waardoor het vaak b-au82ni vervangt.

(2) Het oppervlak van roestvast staal in de smelt- en ovenatmosfeer bevat oxiden zoals Cr2O3 en TiO2, die alleen verwijderd kunnen worden met een smeltmiddel met een hoge activiteit. Wanneer roestvast staal wordt gesoldeerd met tin-loodsoldeer, is een waterige fosforzuuroplossing of een oplossing van zinkoxidezoutzuur de geschikte smeltmiddel. De activiteitstijd van een waterige fosforzuuroplossing is kort, dus moet de soldeermethode met snelle verhitting worden toegepast. Fb102-, fb103- of fb104-smeltmiddelen kunnen worden gebruikt voor het solderen van roestvast staal met zilverhoudende toevoegmaterialen. Bij het solderen van roestvast staal met koperhoudende toevoegmaterialen wordt fb105-smeltmiddel gebruikt vanwege de hoge soldeertemperatuur.

Bij het solderen van roestvrij staal in de oven wordt vaak gebruikgemaakt van een vacuümatmosfeer of een beschermende atmosfeer, zoals waterstof, argon en ontledings-ammoniak. Tijdens vacuümsolderen moet de vacuümdruk lager zijn dan 10-2 Pa. Bij solderen in een beschermende atmosfeer mag het dauwpunt van het gas niet hoger zijn dan -40 °C. Indien de zuiverheid van het gas onvoldoende is of de soldeertemperatuur niet hoog is, kan een kleine hoeveelheid gasvormig soldeermiddel, zoals boortrifluoride, aan de atmosfeer worden toegevoegd.

2. Soldeertechnologie

Roestvrij staal moet vóór het solderen grondiger worden gereinigd om vet en olie te verwijderen. Het is beter om direct na het reinigen te solderen.

Het solderen van roestvrij staal kan met behulp van vlam-, inductie- en ovenmediumverwarmingsmethoden. De oven voor het solderen in de oven moet een goed temperatuurregelsysteem hebben (de afwijking van de soldeertemperatuur moet ± 6 ℃ zijn) en snel kunnen worden gekoeld. Wanneer waterstof als beschermgas voor het solderen wordt gebruikt, zijn de vereisten voor waterstof afhankelijk van de soldeertemperatuur en de samenstelling van het basismetaal. Dat wil zeggen: hoe lager de soldeertemperatuur, hoe meer stabilisator het basismetaal bevat en hoe lager het dauwpunt van waterstof is vereist. Bijvoorbeeld, voor martensitische roestvaste staalsoorten zoals 1Cr13 en Cr17Ni2T, moet het dauwpunt van waterstof bij solderen op 1000 ℃ lager zijn dan -40 ℃; voor 18-8 chroomnikkelroestvrij staal zonder stabilisator moet het dauwpunt van waterstof lager zijn dan 25 ℃ tijdens solderen op 1150 ℃; Voor 1Cr18Ni9Ti roestvast staal met titanium stabilisator moet het waterstofdauwpunt echter lager zijn dan -40 ℃ bij solderen bij 1150 ℃. Bij solderen met argonbescherming moet de zuiverheid van het argon hoger zijn. Als koper of nikkel op het oppervlak van roestvast staal wordt geplateerd, kan de zuiverheidsvereiste van het beschermgas worden verlaagd. Om de verwijdering van de oxidefilm op het oppervlak van roestvast staal te garanderen, kan ook BF3-gasflux worden toegevoegd en kan lithium- of boriumhoudend zelfvloeiend soldeer worden gebruikt. Bij vacuümsolderen van roestvast staal zijn de vereisten voor de vacuümgraad afhankelijk van de soldeertemperatuur. Naarmate de soldeertemperatuur stijgt, kan het vereiste vacuüm worden verlaagd.

De belangrijkste behandeling van roestvast staal na het solderen is het verwijderen van de resterende flux en vloeiremmer en het uitvoeren van een warmtebehandeling na het solderen, indien nodig. Afhankelijk van de gebruikte flux en soldeermethode kan de resterende flux met water worden gewassen, mechanisch of chemisch worden gereinigd. Indien schuurmiddel wordt gebruikt om de resterende flux of oxidefilm in het verwarmde gebied nabij de verbinding te verwijderen, moeten zand of andere niet-metalen fijne deeltjes worden gebruikt. Onderdelen van martensitisch roestvast staal en precipitatiegehard roestvast staal moeten na het solderen worden behandeld volgens de specifieke eisen van het materiaal. Roestvaststalen verbindingen die zijn gesoldeerd met NiCrB- en NiCrSi-vulmetalen, worden na het solderen vaak behandeld met een diffusiewarmtebehandeling om de eisen aan de soldeeropening te verminderen en de microstructuur en eigenschappen van de verbindingen te verbeteren.