Пайка нержавіючої сталі

Пайка нержавіючої сталі

1. Паяння

Основна проблема паяння нержавіючої сталі полягає в тому, що оксидна плівка на поверхні серйозно впливає на змочування та розтікання припою. Різні нержавіючі сталі містять значну кількість Cr, а деякі також містять Ni, Ti, Mn, Mo, Nb та інші елементи, які можуть утворювати на поверхні різноманітні оксиди або навіть складні оксиди. Серед них оксиди Cr2O3 та TiO2 Cr та Ti досить стабільні та їх важко видалити. Під час паяння на повітрі для їх видалення необхідно використовувати активний флюс; під час паяння в захисній атмосфері оксидну плівку можна зменшити лише у високочистій атмосфері з низькою точкою роси та достатньо високою температурою; під час вакуумного паяння необхідно мати достатній вакуум та достатню температуру для досягнення хорошого ефекту паяння.

Ще однією проблемою паяння нержавіючої сталі є те, що температура нагрівання має серйозний вплив на структуру основного металу. Температура нагрівання паяння аустенітної нержавіючої сталі не повинна перевищувати 1150 ℃, інакше зерно сильно зросте; якщо аустенітна нержавіюча сталь не містить стабільних елементів Ti або Nb і має високий вміст вуглецю, слід уникати паяння в межах температури сенсибілізації (500 ~ 850 ℃). Щоб запобігти зниженню корозійної стійкості внаслідок осадження карбіду хрому, вибір температури паяння для мартенситної нержавіючої сталі є більш суворим. Один полягає в тому, щоб температура паяння відповідала температурі гартування, щоб поєднати процес паяння з процесом термічної обробки; інший полягає в тому, що температура паяння повинна бути нижчою за температуру відпуску, щоб запобігти розм'якшенню основного металу під час паяння. Принцип вибору температури паяння для дисперсійно зміцнюваної нержавіючої сталі такий самий, як і для мартенситної нержавіючої сталі, тобто температура паяння повинна відповідати системі термічної обробки для отримання найкращих механічних властивостей.

Окрім двох вищезазначених основних проблем, існує тенденція до утворення розтріскування під напругою під час паяння аустенітної нержавіючої сталі, особливо під час паяння з використанням мідно-цинкового присадного металу. Щоб уникнути розтріскування під напругою, заготовку слід відпалити для зняття напруги перед паянням, а заготовку слід рівномірно нагрівати під час паяння.

2. Матеріал для паяння

(1) Відповідно до вимог використання зварних конструкцій з нержавіючої сталі, зазвичай використовувані присадні метали для паяння включають присадний метал на основі олова та свинцю, присадний метал на основі срібла, присадний метал на основі міді, присадний метал на основі марганцю, присадний метал на основі нікелю та присадний метал на основі дорогоцінних металів.

Олов'яно-свинцевий припій в основному використовується для паяння нержавіючої сталі, і він має високий вміст олова. Чим вищий вміст олова в припої, тим краща його змочуваність на нержавіючій сталі. Міцність на зсув з'єднань нержавіючої сталі 1Cr18Ni9Ti, паяних кількома поширеними олов'яно-свинцевими припоями, наведена в таблиці 3. Через низьку міцність з'єднань їх використовують лише для паяння деталей з малою несучою здатністю.

Таблиця 3 Міцність на зсув з'єднання нержавіючої сталі 1Cr18Ni9Ti, паяного олов'яно-свинцевим припоєм

Присадкові метали на основі срібла є найпоширенішими присадковими металами для паяння нержавіючої сталі. Серед них найчастіше використовуються присадкові метали срібло-мідь-цинк та срібло-мідь-цинк-кадмій, оскільки температура паяння мало впливає на властивості основного металу. Міцність з'єднань нержавіючої сталі ICr18Ni9Ti, паяних кількома поширеними припоями на основі срібла, наведена в таблиці 4. З'єднання нержавіючої сталі, паяні припоями на основі срібла, рідко використовуються у високоагресивних середовищах, а робоча температура з'єднань зазвичай не перевищує 300 ℃. Під час паяння нержавіючої сталі без нікелю, щоб запобігти корозії паяного з'єднання у вологому середовищі, слід використовувати присадковий метал з більшою кількістю нікелю, такий як b-ag50cuzncdni. Під час паяння мартенситної нержавіючої сталі, щоб запобігти розм'якшенню основного металу, слід використовувати присадковий метал з температурою паяння не вище 650 ℃, такий як b-ag40cuzncd. Під час паяння нержавіючої сталі в захисній атмосфері, для видалення оксидної плівки з поверхні, можна використовувати флюси для самопаяння, що містять літій, такі як b-ag92culi та b-ag72culi. Під час паяння нержавіючої сталі у вакуумі, щоб забезпечити добру змочуваність присадного металу, коли він не містить таких елементів, як Zn та CD, які легко випаровуються, можна вибрати срібний присадний метал, що містить такі елементи, як Mn, Ni та RD.

Таблиця 4 міцність паяного з'єднання нержавіючої сталі ICr18Ni9Ti зі срібним присадним металом

Присадні метали на основі міді, що використовуються для паяння різних сталей, - це переважно чиста мідь, мідь, нікель та мідь, марганцевий кобальт. Чистий мідний присадний метал в основному використовується для паяння під газовим захистом або у вакуумі. Робоча температура з'єднання нержавіючої сталі не перевищує 400 ℃, але з'єднання має погану стійкість до окислення. Присадний метал на основі міді та нікелю в основному використовується для полум'яної пайки та індукційної пайки. Міцність паяного з'єднання нержавіючої сталі 1Cr18Ni9Ti наведена в таблиці 5. Видно, що з'єднання має таку ж міцність, як і основний метал, а робоча температура висока. Присадний метал на основі CuMnCo в основному використовується для паяння мартенситної нержавіючої сталі в захисній атмосфері. Міцність з'єднання та робоча температура порівнянні з присадним металом на основі золота. Наприклад, з'єднання нержавіючої сталі 1Cr13, паяне припоєм b-cu58mnco, має такі ж характеристики, як і те саме з'єднання нержавіючої сталі, паяне припоєм b-au82ni (див. таблицю 6), але виробничі витрати значно знижуються.

Таблиця 5. Міцність на зсув з'єднання нержавіючої сталі 1Cr18Ni9Ti, паяного з високотемпературним мідним присадним металом

Таблиця 6 міцність на зсув паяного з'єднання з нержавіючої сталі 1Cr13

Присадні метали на основі марганцю в основному використовуються для паяння в середовищі захисного газу, і чистота газу має бути високою. Щоб уникнути росту зерен основного металу, слід вибирати відповідний присадний метал з температурою паяння нижче 1150 ℃. Задовільний ефект паяння можна отримати для з'єднань з нержавіючої сталі, паяних припоєм на основі марганцю, як показано в таблиці 7. Робоча температура з'єднання може досягати 600 ℃.

Таблиця 7 Міцність на зсув з'єднання нержавіючої сталі lcr18ni9fi, паяного з присадним металом на основі марганцю

Коли нержавіюча сталь паяється нікелевим присадним металом, з'єднання має хороші характеристики за високих температур. Цей присадний метал зазвичай використовується для паяння в середовищі захисного газу або паяння у вакуумі. Щоб подолати проблему утворення більш крихких сполук у паяному з'єднанні під час його формування, що серйозно знижує міцність і пластичність з'єднання, зазор між з'єднаннями слід мінімізувати, щоб забезпечити повну дифузію елементів крихкої фази в припої в основний метал. Щоб запобігти росту зерен основного металу через тривалу витримку при температурі паяння, після зварювання можна вжити технологічних заходів, що включають короткочасну витримку та дифузійну обробку при нижчій температурі (порівняно з температурою паяння).

Припойні метали з благородних металів, що використовуються для паяння нержавіючої сталі, в основному включають припойні метали на основі золота та паладійвмісні припойні метали, з яких найпоширенішими є b-au82ni, b-ag54cupd та b-au82ni, що мають добру змочуваність. Паяне з'єднання з нержавіючої сталі має високу міцність за високих температур та стійкість до окислення, а максимальна робоча температура може досягати 800 ℃. B-ag54cupd має схожі характеристики з b-au82ni, а його ціна низька, тому він, як правило, замінює b-au82ni.

(2) Поверхня нержавіючої сталі у флюсовій та печній атмосфері містить оксиди, такі як Cr2O3 та TiO2, які можна видалити лише за допомогою флюсу з високою активністю. Для пайки нержавіючої сталі олов'яно-свинцевим припоєм відповідним флюсом є водний розчин фосфорної кислоти або розчин оксиду цинку з соляною кислотою. Час дії водного розчину фосфорної кислоти короткий, тому необхідно використовувати метод пайки швидким нагріванням. Флюси Fb102, fb103 або fb104 можна використовувати для пайки нержавіючої сталі з присадними металами на основі срібла. Для пайки нержавіючої сталі з присадними металами на основі міді використовується флюс fb105 через високу температуру пайки.

Під час паяння нержавіючої сталі в печі часто використовується вакуумна атмосфера або захисна атмосфера, така як водень, аргон та розкладений аміак. Під час вакуумної паяння тиск вакууму повинен бути нижчим за 10-2 Па. Під час паяння в захисній атмосфері точка роси газу не повинна перевищувати -40 ℃. Якщо чистота газу недостатня або температура паяння невисока, в атмосферу можна додати невелику кількість флюсу для газової пайки, такого як трифторид бору.

2. Технологія паяння

Нержавіючу сталь необхідно ретельніше очистити перед паянням, щоб видалити будь-який жир і масляну плівку. Краще паяти одразу після очищення.

Паяння нержавіючої сталі може здійснюватися методами полум'яного, індукційного та пічного нагрівання. Піч для паяння повинна мати хорошу систему контролю температури (відхилення температури паяння має становити ± 6 ℃) та швидко охолоджуватися. Коли водень використовується як захисний газ для паяння, вимоги до водню залежать від температури паяння та складу основного металу, тобто чим нижча температура паяння, тим більше основний метал містить стабілізатора, і тим нижча потрібна точка роси водню. Наприклад, для мартенситних нержавіючих сталей, таких як 1Cr13 та cr17ni2t, при паянні при 1000 ℃ точка роси водню повинна бути нижчою за -40 ℃; для хромонікелевої нержавіючої сталі 18-8 без стабілізатора точка роси водню повинна бути нижчою за 25 ℃ під час паяння при 1150 ℃; Однак, для нержавіючої сталі 1Cr18Ni9Ti, що містить титановий стабілізатор, точка роси водню повинна бути нижчою за -40 ℃ під час паяння при 1150 ℃. Під час паяння з захистом аргоном чистота аргону має бути вищою. Якщо на поверхню нержавіючої сталі нанесено мідь або нікель, вимоги до чистоти захисного газу можна зменшити. Для забезпечення видалення оксидної плівки з поверхні нержавіючої сталі можна також додати флюс BF3, а також використовувати самофлюсуючий припій, що містить літій або бор. Під час вакуумного паяння нержавіючої сталі вимоги до ступеня вакууму залежать від температури паяння. Зі збільшенням температури паяння необхідний вакуум можна зменшити.

Основний процес обробки нержавіючої сталі після паяння полягає в очищенні залишкового флюсу та залишкового інгібітора текучості, а також у проведенні післяпаяльної термічної обробки, якщо необхідно. Залежно від використовуваного флюсу та методу паяння, залишковий флюс можна промити водою, очистити механічно або хімічно. Якщо для очищення залишкового флюсу або оксидної плівки в нагрітій зоні поблизу з'єднання використовується абразив, слід використовувати пісок або інші неметалеві дрібні частинки. Деталі, виготовлені з мартенситної нержавіючої сталі та дисперсійно-гартуючої нержавіючої сталі, потребують термічної обробки відповідно до спеціальних вимог до матеріалу після паяння. З'єднання нержавіючої сталі, паяні присадними металами NiCrB та NiCrSi, часто обробляються дифузійною термічною обробкою після паяння, щоб зменшити вимоги до паяльного зазору та покращити мікроструктуру та властивості з'єднань.