Пайка нержавеющей стали

Пайка нержавеющей стали

1. Паяемость

Основная проблема при пайке нержавеющей стали заключается в том, что оксидная пленка на поверхности серьезно влияет на смачивание и растекание припоя. Различные нержавеющие стали содержат значительное количество Cr, а некоторые также Ni, Ti, Mn, Mo, Nb и другие элементы, которые могут образовывать на поверхности различные оксиды или даже сложные оксиды. Среди них оксиды Cr2O3 и TiO2, состоящие из Cr и Ti, довольно устойчивы и трудно удаляются. При пайке на воздухе для их удаления необходимо использовать активный флюс; При пайке в защитной атмосфере оксидную пленку можно восстановить только в атмосфере высокой чистоты с низкой точкой росы и достаточно высокой температурой; При пайке в вакууме для достижения хорошего эффекта пайки необходимы достаточный вакуум и температура.

Другая проблема пайки нержавеющей стали заключается в том, что температура нагрева оказывает серьезное влияние на структуру основного металла. Температура нагрева пайки аустенитной нержавеющей стали не должна быть выше 1150 ℃, в противном случае зерно будет сильно расти; Если аустенитная нержавеющая сталь не содержит стабильных элементов Ti или Nb и имеет высокое содержание углерода, пайка в пределах температуры сенсибилизации (500 ~ 850 ℃) также должна избегаться. Чтобы предотвратить снижение коррозионной стойкости из-за выделения карбида хрома. Выбор температуры пайки для мартенситной нержавеющей стали более строгий. Один из них заключается в том, чтобы согласовать температуру пайки с температурой закалки, чтобы объединить процесс пайки с процессом термической обработки; Другой заключается в том, что температура пайки должна быть ниже температуры отпуска, чтобы предотвратить размягчение основного металла во время пайки. Принцип выбора температуры пайки дисперсионно-твердеющей нержавеющей стали такой же, как и для мартенситной нержавеющей стали, то есть температура пайки должна соответствовать системе термической обработки для получения наилучших механических свойств.

Помимо двух вышеупомянутых основных проблем, существует тенденция к образованию трещин под напряжением при пайке аустенитной нержавеющей стали, особенно при пайке медно-цинковым припоем. Чтобы избежать образования трещин под напряжением, перед пайкой заготовку следует отжечь для снятия напряжений, а в процессе пайки обеспечить равномерный нагрев.

2. Припой

(1) В соответствии с требованиями к сварным соединениям из нержавеющей стали, обычно используемые припои для сварных соединений из нержавеющей стали включают припои на основе олова и свинца, припои на основе серебра, припои на основе меди, припои на основе марганца, припои на основе никеля и припои на основе драгоценных металлов.

Оловянно-свинцовый припой в основном используется для пайки нержавеющей стали и подходит для пайки деталей с высоким содержанием олова. Чем выше содержание олова в припое, тем лучше он смачивает нержавеющую сталь. Прочность на сдвиг соединений нержавеющей стали марки 1Х18Н9Т, спаянных несколькими распространёнными оловянно-свинцовыми припоями, приведена в таблице 3. Из-за низкой прочности соединений они используются только для пайки деталей с небольшой несущей способностью.

Таблица 3. Прочность на сдвиг соединений нержавеющей стали 1Х18Н9Т, спаянных оловянно-свинцовым припоем

Припои на основе серебра являются наиболее часто используемыми припоями для пайки нержавеющей стали. Среди них наиболее широко используются припои серебро-медь-цинк и серебро-медь-цинк-кадмий, поскольку температура пайки мало влияет на свойства основного металла. Прочность соединений нержавеющей стали ICr18Ni9Ti, паянных несколькими распространенными припоями на основе серебра, приведена в таблице 4. Соединения нержавеющей стали, паянные припоями на основе серебра, редко используются в высококоррозионных средах, а рабочая температура соединений обычно не превышает 300 ℃. При пайке нержавеющей стали без никеля, чтобы предотвратить коррозию паяного соединения во влажной среде, следует использовать припой с большим содержанием никеля, например, b-ag50cuzncdni. При пайке мартенситной нержавеющей стали, чтобы предотвратить размягчение основного металла, следует использовать припой с температурой пайки не более 650 ℃, например, b-ag40cuzncd. При пайке нержавеющей стали в защитной атмосфере для удаления оксидной пленки с поверхности можно использовать литийсодержащие флюсы для самопайки, такие как b-ag92culi и b-ag72culi. При пайке нержавеющей стали в вакууме, чтобы обеспечить хорошую смачиваемость припоя, не содержащего легко испаряющихся элементов, таких как Zn и Cd, можно выбрать припой из серебра, содержащий такие элементы, как Mn, Ni и RD.

Таблица 4. Прочность соединения нержавеющей стали ICr18Ni9Ti, спаянного с присадочным металлом на основе серебра

Припои на основе меди, используемые для пайки различных сталей, в основном представляют собой чистую медь, медно-никелевый и медно-марганцево-кобальтовый припой. Припой из чистой меди в основном используется для пайки в газовой среде или вакууме. Рабочая температура соединений нержавеющей стали не превышает 400 ℃, но соединение имеет плохую стойкость к окислению. Припой из меди и никеля в основном используется для пайки в пламени и индукционной пайки. Прочность паяного соединения нержавеющей стали 1Cr18Ni9Ti показана в таблице 5. Видно, что соединение имеет такую ​​же прочность, как и основной металл, а рабочая температура высокая. Припой из CuMnCo в основном используется для пайки мартенситной нержавеющей стали в защитной атмосфере. Прочность соединения и рабочая температура сопоставимы с таковыми при пайке припоем на основе золота. Например, соединение нержавеющей стали 1Cr13, спаянное припоем b-cu58mnco, имеет те же характеристики, что и такое же соединение нержавеющей стали, спаянное припоем b-au82ni (см. табл. 6), но стоимость производства значительно ниже.

Таблица 5. Прочность на сдвиг соединения нержавеющей стали 1Х18Н9Т, спаянного с высокотемпературным присадочным металлом на основе меди

Таблица 6. Прочность на сдвиг паяного соединения из нержавеющей стали 1Cr13

Припои на основе марганца в основном используются для пайки в защитном газе, при этом требуется высокая чистота газа. Во избежание роста зерна основного металла следует выбирать припой с температурой пайки ниже 1150 ℃. Удовлетворительный эффект пайки достигается при пайке нержавеющей стали припоем на основе марганца, как показано в таблице 7. Рабочая температура соединения может достигать 600 ℃.

Таблица 7. Прочность на сдвиг соединения нержавеющей стали lcr18ni9fi, спаянного с присадочным металлом на основе марганца

При пайке нержавеющей стали с использованием присадочного материала на основе никеля соединение обладает хорошими высокотемпературными характеристиками. Этот присадочный материал обычно используется для пайки в защитном газе или вакуумной пайки. Чтобы избежать образования более хрупких соединений в паяном соединении во время формирования соединения, что значительно снижает его прочность и пластичность, зазор между соединениями следует минимизировать, чтобы обеспечить полную диффузию элементов, легко образующих хрупкую фазу в припое, в основной металл. Чтобы предотвратить рост зерна основного металла из-за длительной выдержки при температуре пайки, можно использовать технологические меры кратковременной выдержки и диффузионной обработки при более низкой температуре (по сравнению с температурой пайки) после сварки.

Припои на основе благородных металлов, используемые для пайки нержавеющей стали, в основном включают припои на основе золота и палладия, наиболее распространенными из которых являются b-au82ni, b-ag54cupd и b-au82ni, обладающие хорошей смачиваемостью. Паяные соединения из нержавеющей стали обладают высокой жаропрочностью и стойкостью к окислению, а максимальная рабочая температура может достигать 800 °C. Припой B-ag54cupd обладает схожими характеристиками с припоем b-au82ni и отличается низкой ценой, поэтому он часто заменяет b-au82ni.

(2) Поверхность нержавеющей стали в флюсе и атмосфере печи содержит оксиды, такие как Cr2O3 и TiO2, которые можно удалить только с помощью флюса с высокой активностью. При пайке нержавеющей стали оловянно-свинцовым припоем подходящим флюсом является водный раствор фосфорной кислоты или раствор оксида цинка в соляной кислоте. Время активности водного раствора фосфорной кислоты непродолжительно, поэтому следует использовать метод пайки с быстрым нагревом. Для пайки нержавеющей стали с припоями на основе серебра можно использовать флюсы Fb102, Fb103 или Fb104. При пайке нержавеющей стали с припоями на основе меди используется флюс Fb105 из-за высокой температуры пайки.

При пайке нержавеющей стали в печи часто используется вакуумная или защитная атмосфера, такая как водород, аргон и разложение аммиака. При вакуумной пайке давление должно быть ниже 10-2 Па. При пайке в защитной атмосфере точка росы газа не должна превышать -40 °C. Если чистота газа недостаточна или температура пайки невысокая, в атмосферу можно добавить небольшое количество флюса для газовой пайки, например, трифторида бора.

2. Технология пайки

Нержавеющую сталь перед пайкой необходимо тщательно очистить от жира и масляной плёнки. Паять лучше сразу после очистки.

Пайка нержавеющей стали может осуществляться пламенным, индукционным и печным методами нагрева. Печь для пайки в печи должна иметь хорошую систему контроля температуры (отклонение температуры пайки должно составлять ± 6 ℃) и иметь возможность быстрого охлаждения. При использовании водорода в качестве защитного газа для пайки требования к водороду зависят от температуры пайки и состава основного металла, то есть, чем ниже температура пайки, тем больше в основном металле содержится стабилизатора и тем ниже требуется точка росы водорода. Например, для мартенситных нержавеющих сталей, таких как 1Cr13 и Х17Н2Т, при пайке при 1000 ℃ точка росы водорода должна быть ниже -40 ℃; Для хромоникелевой нержавеющей стали 18-8 без стабилизатора точка росы водорода должна быть ниже 25 ℃ во время пайки при 1150 ℃; Однако для нержавеющей стали 1Cr18Ni9Ti, содержащей титановый стабилизатор, точка росы водорода должна быть ниже -40 ℃ при пайке при температуре 1150 ℃. При пайке с защитой аргона требуется более высокая чистота аргона. При нанесении на поверхность нержавеющей стали медного или никелевого покрытия требования к чистоте защитного газа могут быть снижены. Для обеспечения удаления оксидной пленки с поверхности нержавеющей стали можно также добавить газовый флюс BF3, а также использовать самофлюсующийся припой, содержащий литий или бор. При вакуумной пайке нержавеющей стали требования к степени вакуума зависят от температуры пайки. С повышением температуры пайки требуемый вакуум может быть снижен.

Основной процесс обработки нержавеющей стали после пайки заключается в очистке от остатков флюса и остаточного ингибитора текучести, а также в проведении последующей термической обработки при необходимости. В зависимости от используемого флюса и метода пайки, остатки флюса можно промывать водой, очищать механически или химически. Если для очистки остатков флюса или оксидной пленки в нагретой области вблизи стыка используется абразив, следует использовать песок или другие неметаллические мелкие частицы. Детали из мартенситной нержавеющей стали и дисперсионно-твердеющей нержавеющей стали нуждаются в термической обработке в соответствии со специальными требованиями к материалу после пайки. Соединения из нержавеющей стали, паяные припоями Ni Cr B и Ni Cr Si, часто обрабатывают диффузионной термической обработкой после пайки, чтобы уменьшить требования к зазору пайки и улучшить микроструктуру и свойства соединений.