Lödning av rostfritt stål
1. Lödbarhet
Det primära problemet med lödning av rostfritt stål är att oxidfilmen på ytan allvarligt påverkar lödningens vätning och spridning. Olika rostfria stål innehåller en avsevärd mängd Cr, och vissa innehåller även Ni, Ti, Mn, Mo, Nb och andra element, vilka kan bilda en mängd olika oxider eller till och med sammansatta oxider på ytan. Bland dem är oxiderna Cr2O3 och TiO2 av Cr och Ti ganska stabila och svåra att avlägsna. Vid lödning i luft måste aktivt flussmedel användas för att avlägsna dem. Vid lödning i skyddande atmosfär kan oxidfilmen endast reduceras i en atmosfär med hög renhet med låg daggpunkt och tillräckligt hög temperatur. Vid vakuumlödning är det nödvändigt att ha tillräckligt med vakuum och tillräcklig temperatur för att uppnå god lödningseffekt.
Ett annat problem med lödning av rostfritt stål är att uppvärmningstemperaturen har en allvarlig inverkan på basmetallens struktur. Lödningstemperaturen för austenitiskt rostfritt stål bör inte vara högre än 1150 ℃, annars kommer kornigheten att växa avsevärt. Om austenitiskt rostfritt stål inte innehåller det stabila elementet Ti eller Nb och har hög kolhalt, bör lödning inom sensibiliseringstemperaturen (500 ~ 850 ℃) också undvikas. För att förhindra att korrosionsbeständigheten minskar på grund av utskiljning av kromkarbid. Valet av lödtemperatur för martensitiskt rostfritt stål är strängare. Det ena är att matcha lödtemperaturen med kylningstemperaturen, för att kombinera lödningsprocessen med värmebehandlingsprocessen. Det andra är att lödtemperaturen bör vara lägre än anlöpningstemperaturen för att förhindra att basmetallen mjuknar under lödning. Principen för val av lödtemperatur för utskiljningshärdande rostfritt stål är densamma som för martensitiskt rostfritt stål, det vill säga att lödtemperaturen måste matcha värmebehandlingssystemet för att erhålla bästa mekaniska egenskaper.
Utöver de två ovanstående huvudproblemen finns det en tendens till spänningssprickbildning vid lödning av austenitiskt rostfritt stål, särskilt vid lödning med koppar-zink-tillsatsmaterial. För att undvika spänningssprickbildning ska arbetsstycket spänningsglödgas före lödning, och arbetsstycket ska värmas jämnt under lödningen.
2. Lödmaterial
(1) Enligt användningskraven för svetsade rostfria stål innefattar de vanligt förekommande lödtillsatsmaterialen för svetsade rostfria stål tenn-bly-lödtillsatsmaterial, silver-baserat lödtillsatsmaterial, koppar-baserat lödtillsatsmaterial, mangan-baserat lödtillsatsmaterial, nickel-baserat lödtillsatsmaterial och ädelmetall-lödtillsatsmaterial.
Tennblylod används huvudsakligen för lödning av rostfritt stål och är lämpligt för lödning med hög tennhalt. Ju högre tennhalt lodet har, desto bättre vätbarhet på rostfritt stål. Skjuvhållfastheten för 1Cr18Ni9Ti-fogar av rostfritt stål som lödts med flera vanliga tennblylod listas i tabell 3. På grund av fogarnas låga hållfasthet används de endast för lödning av delar med liten bärförmåga.
Tabell 3 skjuvhållfasthet för 1Cr18Ni9Ti rostfritt stålfog lödd med tennblylödning
Silverbaserade tillsatsmetaller är de vanligaste tillsatsmetallerna för lödning av rostfritt stål. Bland dem används silverkopparzink och silverkopparzink-kadmiumtillsatsmetaller mest eftersom lödtemperaturen har liten effekt på basmetallens egenskaper. Hållfastheten hos ICr18Ni9Ti-fogar i rostfritt stål lödda med flera vanliga silverbaserade lödtenn listas i tabell 4. Rostfria fogar lödda med silverbaserade lödtenn används sällan i mycket korrosiva medier, och fogarnas arbetstemperatur överstiger i allmänhet inte 300 ℃. Vid lödning av rostfritt stål utan nickel bör lödtillsats med mer nickel användas, såsom b-ag50cuzncdni, för att förhindra korrosion av lödda fogar i fuktig miljö. Vid lödning av martensitiskt rostfritt stål bör lödtillsats med en lödtemperatur som inte överstiger 650 ℃ användas, såsom b-ag40cuzncd, för att förhindra mjukning av basmetallen. Vid lödning av rostfritt stål i skyddande atmosfär kan litiuminnehållande självlödande flussmedel användas för att avlägsna oxidfilmen på ytan, såsom b-ag92culi och b-ag72culi. Vid lödning av rostfritt stål i vakuum kan silverfyllnadsmetall som innehåller element som Mn, Ni och RD väljas för att tillsatsmaterialet ska ha god vätbarhet även om det inte innehåller element som Zn och CD som lätt avdunstar.
Tabell 4 hållfasthet hos ICr18Ni9Ti-fog i rostfritt stål lödd med silverbaserat tillsatsmaterial
Kopparbaserade lödtillsatsmetaller som används för lödning av olika stål är huvudsakligen ren koppar, koppar-nickel och koppar-mangan-kobolt. Ren kopparlödtillsats används huvudsakligen för lödning under gasskydd eller vakuum. Arbetstemperaturen för rostfria skarvar är inte högre än 400 ℃, men skarven har dålig oxidationsbeständighet. Koppar-nickellödtillsats används huvudsakligen för flamlödning och induktionslödning. Hållfastheten hos den lödda skarven av rostfritt stål 1Cr18Ni9Ti visas i tabell 5. Det framgår att skarven har samma hållfasthet som basmetallen och arbetstemperaturen är hög. CuMnco-lödtillsats används huvudsakligen för lödning av martensitiskt rostfritt stål i skyddande atmosfär. Fogstyrkan och arbetstemperaturen är jämförbara med de som löds med guldbaserad tillsatsmetall. Till exempel har skarven av rostfritt stål 1Cr13 lödd med b-cu58mnco-lödning samma prestanda som samma rostfria skarv lödd med b-au82ni-lödning (se tabell 6), men produktionskostnaden är kraftigt reducerad.
Tabell 5 skjuvhållfasthet för 1Cr18Ni9Ti rostfritt stålfog lödd med tillsatsmaterial baserat på högtemperaturkoppar
Tabell 6 skjuvhållfasthet för lödförband i rostfritt stål 1Cr13
Manganbaserade lödtillsatsmetaller används huvudsakligen för gasskyddad lödning, och gasens renhet måste vara hög. För att undvika korntillväxt i basmetallen bör motsvarande lödtillsatsmetall med en lödtemperatur lägre än 1150 ℃ väljas. Tillfredsställande lödeffekt kan erhållas för rostfria stålfogar lödda med manganbaserat lödtenn, såsom visas i tabell 7. Fogens arbetstemperatur kan nå 600 ℃.
Tabell 7 skjuvhållfasthet för LCR18NI9FI-fog i rostfritt stål lödd med manganbaserat tillsatsmaterial
När rostfritt stål löds med nickelbaserat tillsatsmaterial har fogen god prestanda vid höga temperaturer. Detta tillsatsmaterial används vanligtvis för gasskyddad lödning eller vakuumlödning. För att övervinna problemet med att mer spröda föreningar produceras i den lödda fogen under fogbildningen, vilket allvarligt minskar fogens hållfasthet och plasticitet, bör foggapet minimeras för att säkerställa att de element som lätt bildar en spröd fas i lodet diffunderas helt in i basmetallen. För att förhindra uppkomsten av korntillväxt i basmetallen på grund av lång hålltid vid lödtemperatur kan processåtgärder som korttidshållning och diffusionsbehandling vid lägre temperatur (jämfört med lödtemperatur) efter svetsning vidtas.
Ädelmetalllödning som används för lödning av rostfritt stål inkluderar huvudsakligen guldbaserade tillsatsmetaller och palladiumhaltiga tillsatsmetaller, av vilka de vanligaste är b-au82ni, b-ag54cupd och b-au82ni, vilka har god vätbarhet. Den lödda fogningen i rostfritt stål har hög högtemperaturhållfasthet och oxidationsbeständighet, och den maximala arbetstemperaturen kan nå 800 ℃. B-ag54cupd har liknande egenskaper som b-au82ni och dess pris är lågt, så det tenderar att ersätta b-au82ni.
(2) Ytan på rostfritt stål i flussmedel och ugnsatmosfär innehåller oxider som Cr2O3 och TiO2, vilka endast kan avlägsnas med flussmedel med stark aktivitet. När rostfritt stål löds med tennblylöd är det lämpliga flussmedlet fosforsyra i vattenlösning eller zinkoxid i saltsyralösning. Aktivitetstiden för fosforsyra i vattenlösning är kort, så lödningsmetoden med snabb uppvärmning måste användas. Fb102-, fb103- eller fb104-flussmedel kan användas för lödning av rostfritt stål med silverbaserade tillsatsmaterial. Vid lödning av rostfritt stål med kopparbaserad tillsatsmaterial används fb105-flussmedel på grund av den höga lödtemperaturen.
Vid lödning av rostfritt stål i ugnen används ofta vakuumatmosfär eller skyddande atmosfär såsom väte, argon och sönderdelningsammoniak. Vid vakuumlödning ska vakuumtrycket vara lägre än 10⁻² Pa. Vid lödning i skyddande atmosfär ska gasens daggpunkt inte vara högre än -40 ℃. Om gasens renhet inte är tillräcklig eller lödtemperaturen inte är hög kan en liten mängd gaslödningsflussmedel, såsom bortrifluorid, tillsättas atmosfären.
2. Lödningsteknik
Rostfritt stål måste rengöras noggrannare före lödning för att avlägsna eventuell fett- och oljefilm. Det är bättre att löda direkt efter rengöring.
Lödning av rostfritt stål kan användas med flam-, induktions- och ugnsuppvärmningsmetoder. Ugnen för lödning i ugnen måste ha ett bra temperaturkontrollsystem (avvikelsen från lödtemperaturen måste vara ± 6 ℃) och kylas snabbt. När väte används som skyddsgas för lödning beror kraven på väte på lödtemperaturen och basmetallens sammansättning, det vill säga ju lägre lödtemperaturen är, desto mer stabilisator innehåller basmetallen och desto lägre krävs daggpunkt för väte. Till exempel, för martensitiska rostfria stål som 1Cr13 och cr17ni2t, vid lödning vid 1000 ℃, måste daggpunkten för väte vara lägre än -40 ℃; för 18-8 krom-nickel rostfritt stål utan stabilisator ska daggpunkten för väte vara lägre än 25 ℃ vid lödning vid 1150 ℃; För rostfritt stål av typen 1Cr18Ni9Ti som innehåller titanstabilisator måste dock vätedaggpunkten vara lägre än -40 ℃ vid lödning vid 1150 ℃. Vid lödning med argonskydd krävs en högre renhet hos argonen. Om koppar eller nickel pläteras på ytan av rostfritt stål kan kravet på skyddsgasens renhet minskas. För att säkerställa att oxidfilmen avlägsnas på ytan av rostfritt stål kan BF3-gasflussmedel också tillsättas, och litium- eller borinnehållande självflussmedel kan också användas. Vid vakuumlödning av rostfritt stål beror kraven på vakuumgrad på lödtemperaturen. Med ökande lödtemperatur kan det erforderliga vakuumet minskas.
Huvudprocessen för rostfritt stål efter lödning är att rengöra kvarvarande flussmedel och kvarvarande flödeshämmare, och utföra värmebehandling efter lödning om det behövs. Beroende på vilket flussmedel och vilken lödmetod som används kan kvarvarande flussmedel tvättas med vatten, rengöras mekaniskt eller kemiskt. Om slipmedel används för att rengöra kvarvarande flussmedel eller oxidfilm i det uppvärmda området nära fogen, ska sand eller andra icke-metalliska fina partiklar användas. Delar tillverkade av martensitiskt rostfritt stål och utskiljningshärdande rostfritt stål behöver värmebehandling enligt materialets speciella krav efter lödning. Fogar i rostfritt stål lödda med NiCrB- och NiCrSi-tillsatsmaterial behandlas ofta med diffusionsvärmebehandling efter lödning för att minska kraven på lödspalten och förbättra fogarnas mikrostruktur och egenskaper.
Publiceringstid: 13 juni 2022