Het solderen van roestvrij staal

Het solderen van roestvrij staal

1. Soldeerbaarheid

Het voornaamste probleem bij het solderen van roestvrij staal is dat de oxidefilm op het oppervlak de bevochtiging en spreiding van het soldeer ernstig beïnvloedt. Verschillende soorten roestvrij staal bevatten een aanzienlijke hoeveelheid chroom (Cr), en sommige bevatten ook nikkel (Ni), titanium (Ti), mangaan (Mn), molybdeen (Mo), niobium (Nb) en andere elementen, die een verscheidenheid aan oxiden of zelfs samengestelde oxiden op het oppervlak kunnen vormen. De oxiden Cr2O3 en TiO2 van chroom en titanium zijn vrij stabiel en moeilijk te verwijderen. Bij solderen in lucht moet een actief vloeimiddel worden gebruikt om ze te verwijderen; bij solderen in een beschermende atmosfeer kan de oxidefilm 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 hoge temperatuur nodig om een ​​goed soldeerresultaat te bereiken.

Een ander probleem bij het solderen van roestvrij staal is dat de verwarmingstemperatuur een grote invloed heeft op de structuur van het basismetaal. De soldeertemperatuur van austenitisch roestvrij staal mag niet hoger zijn dan 1150 °C, anders zal de korrelgroei ernstig zijn. Als austenitisch roestvrij staal geen stabiele elementen zoals Ti of Nb bevat en een hoog koolstofgehalte heeft, moet solderen binnen de sensibilisatietemperatuur (500-850 °C) ook worden vermeden. Dit om te voorkomen dat de corrosiebestendigheid afneemt door de neerslag van chroomcarbide. De keuze van de soldeertemperatuur voor martensitisch roestvrij staal is nog strenger. Ten eerste moet de soldeertemperatuur overeenkomen met de afkoelingstemperatuur, zodat het soldeerproces wordt gecombineerd met de warmtebehandeling. Ten tweede moet de soldeertemperatuur lager zijn dan de tempertemperatuur om te voorkomen dat het basismetaal tijdens het solderen zachter wordt. Het principe voor het selecteren van de soldeertemperatuur bij precipitatiegehard roestvast staal is hetzelfde als bij martensitisch roestvast staal: de soldeertemperatuur moet afgestemd zijn op het warmtebehandelingssysteem om de beste mechanische eigenschappen te verkrijgen.

Naast de twee bovengenoemde hoofdproblemen bestaat er een neiging tot spanningsscheuren bij het solderen van austenitisch roestvast staal, met name bij solderen met koper-zink soldeermetaal. Om spanningsscheuren te voorkomen, moet het werkstuk vóór het solderen spanningsarm worden gegloeid en tijdens het solderen gelijkmatig worden verwarmd.

2. Soldeermateriaal

(1) Volgens de gebruikseisen van roestvrijstalen lasverbindingen omvatten de meest gebruikte soldeermaterialen voor roestvrijstalen lasverbindingen tin-loodsoldeermaterialen, zilversoldeermaterialen, kopersoldeermaterialen, mangaansoldeermaterialen, nikkelsoldeermaterialen en edelmetaalsoldeermaterialen.

Loodsoldeer wordt voornamelijk gebruikt voor het solderen van roestvrij staal en heeft een hoog tingehalte. Hoe hoger het tingehalte van het soldeer, hoe beter de bevochtigbaarheid op roestvrij staal. De afschuifsterkte van 1Cr18Ni9Ti roestvrijstalen verbindingen gesoldeerd met verschillende gangbare loodsoldeerlegeringen is weergegeven in tabel 3. Vanwege de lage sterkte van de verbindingen worden ze alleen gebruikt voor het solderen van onderdelen met een kleine draagkracht.

Tabel 3: schuifsterkte van een verbinding van 1Cr18Ni9Ti roestvrij staal, gesoldeerd met tin-loodsoldeer.

Soldeerlegeringen op zilverbasis zijn de meest gebruikte soldeerlegeringen voor het solderen van roestvrij staal. Zilverkoperzink en zilverkoperzinkcadmium zijn de meest gebruikte soldeerlegeringen, omdat de soldeertemperatuur weinig invloed heeft op de eigenschappen van het basismetaal. De sterkte van ICr18Ni9Ti roestvrijstalen verbindingen gesoldeerd met verschillende gangbare soldeerlegeringen op zilverbasis is weergegeven in tabel 4. Roestvrijstalen verbindingen gesoldeerd met soldeerlegeringen op zilverbasis worden zelden gebruikt in sterk corrosieve omgevingen en de werktemperatuur van de verbindingen komt over het algemeen niet boven de 300 °C uit. Bij het solderen van roestvrij staal zonder nikkel moet, om corrosie van de soldeerverbinding in een vochtige omgeving te voorkomen, een soldeerlegering met een hoger nikkelgehalte worden gebruikt, zoals B-AG50CuzncdNi. Bij het solderen van martensitisch roestvrij staal moet, om verweking van het basismetaal te voorkomen, een soldeerlegering met een soldeertemperatuur van maximaal 650 °C worden gebruikt, zoals B-AG40Cuzncd. Bij het solderen van roestvrij staal in een beschermende atmosfeer kan, om de oxidefilm op het oppervlak te verwijderen, een lithiumhoudend zelfsoldeervloeimiddel worden gebruikt, zoals b-ag92culi en b-ag72culi. Bij het solderen van roestvrij staal in vacuüm kan, om ervoor te zorgen dat het vulmetaal een goede bevochtigbaarheid behoudt zonder elementen zoals zink en cadmium die gemakkelijk verdampen, een zilverhoudend vulmetaal met elementen zoals mangaan, nikkel en rd te kiezen.

Tabel 4: sterkte van ICr18Ni9Ti roestvrijstalen verbindingen gesoldeerd met zilverhoudend vulmetaal.

Koperhoudende soldeerlegeringen die worden gebruikt voor het solderen van verschillende staalsoorten zijn voornamelijk zuiver koper, koper-nikkel en koper-mangaan-kobalt. Zuiver koper wordt vooral gebruikt voor solderen onder gasbescherming of vacuüm. De werktemperatuur van de roestvrijstalen verbinding is niet hoger dan 400 ℃, maar de verbinding heeft een slechte oxidatieweerstand. Koper-nikkel wordt vooral gebruikt voor vlamsolderen en inductiesolderen. De sterkte van de gesoldeerde 1Cr18Ni9Ti roestvrijstalen verbinding is weergegeven in Tabel 5. Hieruit blijkt dat de verbinding dezelfde sterkte heeft als het basismetaal en dat de werktemperatuur hoog is. Koper-mangaan-kobalt wordt vooral gebruikt voor het solderen van martensitisch roestvrij staal in een beschermende atmosfeer. De sterkte van de verbinding en de werktemperatuur zijn vergelijkbaar met die van verbindingen gesoldeerd met een goudhoudende soldeerlegering. De verbinding van roestvrij staal 1Cr13, gesoldeerd met b-cu58mnco-soldeer, heeft bijvoorbeeld 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 roestvrijstalen verbindingen gesoldeerd met een koperhoudend vulmetaal voor hoge temperaturen.

Tabel 6: schuifsterkte van een gesoldeerde verbinding van 1Cr13 roestvrij staal

Soldeerlegeringen op basis van mangaan worden voornamelijk gebruikt voor gasbeschermd solderen, waarbij een hoge gaszuiverheid vereist is. Om korrelgroei van het basismetaal te voorkomen, moet een soldeerlegering met een soldeertemperatuur lager dan 1150 ℃ worden gekozen. Zoals weergegeven in tabel 7, kan een bevredigend soldeerresultaat worden verkregen voor roestvrijstalen verbindingen die gesoldeerd zijn met soldeer op basis van mangaan. De werktemperatuur van de verbinding kan oplopen tot 600 ℃.

Tabel 7: schuifsterkte van LCR18NI9FI roestvrijstalen verbindingen gesoldeerd met mangaanhoudend vulmetaal.

Wanneer roestvrij staal wordt gesoldeerd met een nikkelhoudend vulmetaal, heeft de verbinding goede eigenschappen bij hoge temperaturen. Dit vulmetaal wordt over het algemeen gebruikt voor gasbeschermd solderen of vacuümsolderen. Om het probleem te ondervangen dat er tijdens het soldeerproces brosse componenten ontstaan, wat de sterkte en plasticiteit van de verbinding ernstig vermindert, moet de spleet tussen de componenten worden geminimaliseerd. Dit zorgt ervoor dat de elementen die gemakkelijk brosse fasen vormen in het soldeer volledig in het basismetaal diffunderen. Om korrelgroei in het basismetaal door een te lange verblijftijd op de soldeertemperatuur te voorkomen, kunnen procesmaatregelen zoals een korte verblijftijd en een diffusiebehandeling bij een lagere temperatuur (in vergelijking met de soldeertemperatuur) na het lassen worden toegepast.

Edelmetaal soldeerlegeringen die gebruikt worden voor het solderen van roestvrij staal omvatten voornamelijk goudhoudende en palladiumhoudende soldeerlegeringen. De meest voorkomende hiervan zijn B-Au82Ni, B-Ag54CUPD en B-Au82Ni, die een goede bevochtigbaarheid hebben. De gesoldeerde roestvrijstalen verbinding heeft een hoge sterkte bij hoge temperaturen en een goede oxidatieweerstand, en de maximale werktemperatuur kan oplopen tot 800 °C. B-Ag54CUPD heeft vergelijkbare eigenschappen als B-Au82Ni en is goedkoper, waardoor het steeds vaker B-Au82Ni vervangt.

(2) Het oppervlak van roestvrij staal in de smeltvloeistof en de ovenatmosfeer bevat oxiden zoals Cr2O3 en TiO2, die alleen verwijderd kunnen worden met behulp van een sterk actieve smeltvloeistof. Bij het solderen van roestvrij staal met tin-loodsoldeer is een geschikte smeltvloeistof een waterige fosforzuuroplossing of een zinkoxide-zoutzuuroplossing. De werkingsduur van een waterige fosforzuuroplossing is kort, waardoor een soldeermethode met snelle verhitting moet worden toegepast. De smeltvloeistoffen Fb102, Fb103 of Fb104 kunnen worden gebruikt voor het solderen van roestvrij staal met zilverhoudende vulmetalen. Bij het solderen van roestvrij staal met koperhoudende vulmetalen wordt smeltvloeistof Fb105 gebruikt vanwege de hoge soldeertemperatuur.

Bij het solderen van roestvrij staal in een oven wordt vaak gebruikgemaakt van een vacuümatmosfeer of een beschermende atmosfeer, zoals waterstof, argon of ontledingsammoniak. 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. Als de gaszuiverheid onvoldoende is of de soldeertemperatuur niet hoog genoeg, kan een kleine hoeveelheid gasvormig soldeervloeistof, zoals boortrifluoride, aan de atmosfeer worden toegevoegd.

2. Soldeertechnologie

Roestvrij staal moet vóór het solderen grondiger worden gereinigd om eventuele vet- en oliefilm te verwijderen. Het is het beste om direct na het reinigen te solderen.

Het solderen van roestvrij staal kan met behulp van vlam-, inductie- en ovenverwarming. De oven waarin gesoldeerd wordt, moet een goed temperatuurregelsysteem hebben (de afwijking van de soldeertemperatuur moet ± 6 ℃ bedragen) en snel kunnen afkoelen. Wanneer waterstof als beschermgas wordt gebruikt, zijn de eisen aan waterstof afhankelijk van de soldeertemperatuur en de samenstelling van het basismetaal. Hoe lager de soldeertemperatuur, hoe meer stabilisator het basismetaal bevat en hoe lager het dauwpunt van waterstof moet zijn. Bijvoorbeeld, voor martensitisch roestvrij staal zoals 1Cr13 en Cr17Ni2T, moet het dauwpunt van waterstof bij 1000 ℃ lager zijn dan -40 ℃; voor 18-8 chroom-nikkel roestvrij staal zonder stabilisator moet het dauwpunt van waterstof lager zijn dan 25 ℃ bij 1150 ℃. Voor 1Cr18Ni9Ti roestvrij staal met titaniumstabilisator moet het waterstofdauwpunt echter lager zijn dan -40 ℃ bij solderen op 1150 ℃. Bij solderen onder argonbescherming is een hogere argonzuiverheid vereist. Als er koper of nikkel op het oppervlak van het roestvrij staal is aangebracht, kunnen de eisen aan de zuiverheid van het beschermgas worden verlaagd. Om de verwijdering van de oxidefilm op het oppervlak van het roestvrij staal te garanderen, kan BF3-gasflux worden toegevoegd, en kan ook zelfvloeiend soldeer met lithium of boor worden gebruikt. Bij vacuümsolderen van roestvrij staal zijn de vacuümeisen afhankelijk van de soldeertemperatuur. Met een hogere soldeertemperatuur kan het vereiste vacuüm worden verlaagd.

De belangrijkste nabewerking van roestvrij staal na het solderen is het verwijderen van resterend fluxmiddel en vloeiremmer, en indien nodig het uitvoeren van een nabewerking met warmtebehandeling. Afhankelijk van het gebruikte fluxmiddel en de soldeermethode kan resterend fluxmiddel worden weggespoeld met water, mechanisch worden gereinigd of chemisch worden verwijderd. Als er schuurmiddel wordt gebruikt om resterend fluxmiddel of oxidefilm in het verhitte gebied nabij de verbinding te verwijderen, moet zand of andere niet-metallische fijne deeltjes worden gebruikt. Onderdelen gemaakt van martensitisch roestvrij staal en precipitatiegehard roestvrij staal vereisen na het solderen een warmtebehandeling volgens de specifieke eisen van het materiaal. Roestvrijstalen verbindingen gesoldeerd met NiCrB- en NiCrSi-vulmetalen worden na het solderen vaak behandeld met diffusiewarmtebehandeling om de vereisten voor de soldeeropening te verkleinen en de microstructuur en eigenschappen van de verbindingen te verbeteren.