Συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα

Συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα

1. Συγκολλησιμότητα

Το κύριο πρόβλημα στη συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα είναι ότι η μεμβράνη οξειδίου στην επιφάνεια επηρεάζει σοβαρά την διαβροχή και την εξάπλωση της συγκόλλησης. Διάφοροι ανοξείδωτοι χάλυβες περιέχουν σημαντική ποσότητα Cr, και ορισμένοι περιέχουν επίσης Ni, Ti, Mn, Mo, Nb και άλλα στοιχεία, τα οποία μπορούν να σχηματίσουν μια ποικιλία οξειδίων ή ακόμα και σύνθετων οξειδίων στην επιφάνεια. Μεταξύ αυτών, τα οξείδια Cr2O3 και TiO2 του Cr και του Ti είναι αρκετά σταθερά και δύσκολα στην αφαίρεσή τους. Κατά τη συγκόλληση στον αέρα, πρέπει να χρησιμοποιηθεί ενεργή ροή για την αφαίρεσή τους. Κατά τη συγκόλληση σε προστατευτική ατμόσφαιρα, η μεμβράνη οξειδίου μπορεί να αναχθεί μόνο σε ατμόσφαιρα υψηλής καθαρότητας με χαμηλό σημείο δρόσου και αρκετά υψηλή θερμοκρασία. Στη συγκόλληση κενού, είναι απαραίτητο να υπάρχει αρκετό κενό και αρκετή θερμοκρασία για να επιτευχθεί καλό αποτέλεσμα συγκόλλησης.

Ένα άλλο πρόβλημα της συγκόλλησης ανοξείδωτου χάλυβα είναι ότι η θερμοκρασία θέρμανσης έχει σοβαρή επίδραση στη δομή του βασικού μετάλλου. Η θερμοκρασία θέρμανσης συγκόλλησης του ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα δεν πρέπει να είναι υψηλότερη από 1150 ℃, διαφορετικά οι κόκκοι θα αναπτυχθούν σοβαρά. Εάν ο ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας δεν περιέχει σταθερό στοιχείο Ti ή Nb και έχει υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα, πρέπει επίσης να αποφεύγεται η συγκόλληση εντός της θερμοκρασίας ευαισθητοποίησης (500 ~ 850 ℃). Για να αποφευχθεί η μείωση της αντοχής στη διάβρωση λόγω της καθίζησης του καρβιδίου του χρωμίου, η επιλογή της θερμοκρασίας συγκόλλησης για τον μαρτενσιτικό ανοξείδωτο χάλυβα είναι πιο αυστηρή. Η μία είναι να ταιριάζει η θερμοκρασία συγκόλλησης με τη θερμοκρασία απόσβεσης, έτσι ώστε να συνδυάζεται η διαδικασία συγκόλλησης με τη διαδικασία θερμικής επεξεργασίας. Η άλλη είναι ότι η θερμοκρασία συγκόλλησης πρέπει να είναι χαμηλότερη από τη θερμοκρασία σκλήρυνσης για να αποφευχθεί το μαλάκωμα του βασικού μετάλλου κατά τη συγκόλληση. Η αρχή επιλογής θερμοκρασίας συγκόλλησης για τον ανοξείδωτο χάλυβα σκλήρυνσης με καθίζηση είναι η ίδια με αυτή του μαρτενσιτικού ανοξείδωτου χάλυβα, δηλαδή, η θερμοκρασία συγκόλλησης πρέπει να ταιριάζει με το σύστημα θερμικής επεξεργασίας για να επιτευχθούν οι καλύτερες μηχανικές ιδιότητες.

Εκτός από τα δύο παραπάνω κύρια προβλήματα, υπάρχει η τάση εμφάνισης ρωγμών λόγω τάσης κατά την συγκόλληση ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα, ειδικά κατά την συγκόλληση με μέταλλο πλήρωσης χαλκού-ψευδαργύρου. Για να αποφευχθεί η ρωγμάτωση λόγω τάσης, το τεμάχιο εργασίας πρέπει να υποβληθεί σε ανόπτηση εκτόνωσης τάσης πριν από τη συγκόλληση και το τεμάχιο εργασίας πρέπει να θερμαίνεται ομοιόμορφα κατά τη διάρκεια της συγκόλλησης.

2. Υλικό συγκόλλησης

(1) Σύμφωνα με τις απαιτήσεις χρήσης των συγκολλήσεων από ανοξείδωτο χάλυβα, τα συνήθως χρησιμοποιούμενα μέταλλα συγκόλλησης για συγκολλήσεις από ανοξείδωτο χάλυβα περιλαμβάνουν το μέταλλο συγκόλλησης κασσίτερου-μολύβδου, το μέταλλο συγκόλλησης με βάση το άργυρο, το μέταλλο συγκόλλησης με βάση το χαλκό, το μέταλλο συγκόλλησης με βάση το μαγγάνιο, το μέταλλο συγκόλλησης με βάση το νικέλιο και το μέταλλο συγκόλλησης πολύτιμων μετάλλων.

Το συγκολλητικό κασσίτερου-μολύβδου χρησιμοποιείται κυρίως για συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα και είναι κατάλληλο για άτομα με υψηλή περιεκτικότητα σε κασσίτερο. Όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητα σε κασσίτερο του συγκολλητικού, τόσο καλύτερη είναι η διαβρεξιμότητά του στον ανοξείδωτο χάλυβα. Η αντοχή σε διάτμηση των συνδέσεων ανοξείδωτου χάλυβα 1Cr18Ni9Ti που συγκολλούνται με διάφορα κοινά συγκολλητικά κασσίτερου-μολύβδου παρατίθεται στον Πίνακα 3. Λόγω της χαμηλής αντοχής των συνδέσεων, χρησιμοποιούνται μόνο για συγκόλληση εξαρτημάτων με μικρή φέρουσα ικανότητα.

Πίνακας 3 αντοχή σε διάτμηση σύνδεσης ανοξείδωτου χάλυβα 1Cr18Ni9Ti συγκολλημένης με συγκολλητικό κασσίτερου-μολύβδου

Τα μέταλλα πληρώσεως με βάση το άργυρο είναι τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα μέταλλα πληρώσεως για τη συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα. Μεταξύ αυτών, τα μέταλλα πληρώσεως αργύρου, χαλκού, ψευδαργύρου και αργύρου, χαλκού, ψευδαργύρου, καδμίου χρησιμοποιούνται ευρύτερα επειδή η θερμοκρασία συγκόλλησης έχει μικρή επίδραση στις ιδιότητες του βασικού μετάλλου. Η αντοχή των συνδέσεων ανοξείδωτου χάλυβα ICr18Ni9Ti που συγκολλούνται με διάφορα κοινά συγκολλητικά με βάση το άργυρο παρατίθεται στον Πίνακα 4. Οι συνδέσεις ανοξείδωτου χάλυβα που συγκολλούνται με συγκολλητικά με βάση το άργυρο σπάνια χρησιμοποιούνται σε εξαιρετικά διαβρωτικά μέσα και η θερμοκρασία λειτουργίας των συνδέσεων γενικά δεν υπερβαίνει τους 300 ℃. Κατά τη συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα χωρίς νικέλιο, για να αποφευχθεί η διάβρωση της συγκολλημένης σύνδεσης σε υγρό περιβάλλον, θα πρέπει να χρησιμοποιείται μέταλλο πληρώσεως συγκόλλησης με περισσότερο νικέλιο, όπως το b-ag50cuzncdni. Κατά τη συγκόλληση μαρτενσιτικού ανοξείδωτου χάλυβα, για να αποφευχθεί η μαλάκυνση του βασικού μετάλλου, θα πρέπει να χρησιμοποιείται μέταλλο πληρώσεως συγκόλλησης με θερμοκρασία συγκόλλησης που δεν υπερβαίνει τους 650 ℃, όπως το b-ag40cuzncd. Κατά την συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα σε προστατευτική ατμόσφαιρα, προκειμένου να αφαιρεθεί η μεμβράνη οξειδίου στην επιφάνεια, μπορεί να χρησιμοποιηθεί αυτοσυγκολλητικό συλλίπασμα που περιέχει λίθιο, όπως b-ag92culi και b-ag72culi. Κατά την συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα σε κενό, προκειμένου το μέταλλο πλήρωσης να έχει καλή διαβρεξιμότητα όταν δεν περιέχει στοιχεία όπως Zn και CD που εξατμίζονται εύκολα, μπορεί να επιλεγεί το μέταλλο πλήρωσης αργύρου που περιέχει στοιχεία όπως Mn, Ni και RD.

Πίνακας 4 αντοχή σύνδεσης ανοξείδωτου χάλυβα ICr18Ni9Ti συγκολλημένης με μέταλλο πλήρωσης με βάση το άργυρο

Τα μέταλλα συγκόλλησης με βάση τον χαλκό που χρησιμοποιούνται για τη συγκόλληση διαφορετικών χαλύβων είναι κυρίως καθαρός χαλκός, χαλκός-νικέλιο και χαλκός-μαγγάνιο-κοβάλτιο. Το καθαρό μέταλλο συγκόλλησης με βάση τον χαλκό χρησιμοποιείται κυρίως για συγκόλληση υπό προστασία αερίου ή κενό. Η θερμοκρασία λειτουργίας της σύνδεσης από ανοξείδωτο χάλυβα δεν υπερβαίνει τους 400 ℃, αλλά η σύνδεση έχει κακή αντοχή στην οξείδωση. Το μέταλλο συγκόλλησης με βάση τον χαλκό-νικέλιο χρησιμοποιείται κυρίως για συγκόλληση με φλόγα και επαγωγική συγκόλληση. Η αντοχή της συγκολλημένης σύνδεσης από ανοξείδωτο χάλυβα 1Cr18Ni9Ti φαίνεται στον Πίνακα 5. Μπορεί να φανεί ότι η σύνδεση έχει την ίδια αντοχή με το βασικό μέταλλο και η θερμοκρασία λειτουργίας είναι υψηλή. Το μέταλλο συγκόλλησης με βάση τον χαλκό-μήλο χρησιμοποιείται κυρίως για τη συγκόλληση μαρτενσιτικού ανοξείδωτου χάλυβα σε προστατευτική ατμόσφαιρα. Η αντοχή και η θερμοκρασία λειτουργίας της σύνδεσης είναι συγκρίσιμες με εκείνες που συγκολλούνται με μέταλλο πλήρωσης με βάση τον χρυσό. Για παράδειγμα, η σύνδεση από ανοξείδωτο χάλυβα 1Cr13 που συγκολλάται με συγκολλητικό υλικό b-cu58mnco έχει την ίδια απόδοση με την ίδια σύνδεση από ανοξείδωτο χάλυβα που συγκολλάται με συγκολλητικό υλικό b-au82ni (βλ. Πίνακα 6), αλλά το κόστος παραγωγής μειώνεται σημαντικά.

Πίνακας 5 αντοχή σε διάτμηση σύνδεσης ανοξείδωτου χάλυβα 1Cr18Ni9Ti συγκολλημένης με μέταλλο πλήρωσης βάσης χαλκού υψηλής θερμοκρασίας

Πίνακας 6 αντοχή σε διάτμηση συγκολλημένης σύνδεσης από ανοξείδωτο χάλυβα 1Cr13

Τα μέταλλα συγκόλλησης με βάση το μαγγάνιο χρησιμοποιούνται κυρίως για συγκόλληση με θωράκιση αερίου και η καθαρότητα του αερίου πρέπει να είναι υψηλή. Για να αποφευχθεί η ανάπτυξη κόκκων του βασικού μετάλλου, θα πρέπει να επιλεγεί το αντίστοιχο μέταλλο συγκόλλησης με θερμοκρασία συγκόλλησης χαμηλότερη από 1150 ℃. Ικανοποιητικό αποτέλεσμα συγκόλλησης μπορεί να επιτευχθεί για συνδέσεις ανοξείδωτου χάλυβα που συγκολλούνται με συγκολλητικό υλικό με βάση το μαγγάνιο, όπως φαίνεται στον Πίνακα 7. Η θερμοκρασία λειτουργίας της σύνδεσης μπορεί να φτάσει τους 600 ℃.

Πίνακας 7 αντοχή σε διάτμηση σύνδεσης ανοξείδωτου χάλυβα lcr18ni9fi συγκολλημένης με μέταλλο πλήρωσης με βάση το μαγγάνιο

Όταν ο ανοξείδωτος χάλυβας συγκολλάται με μέταλλο πλήρωσης βάσης νικελίου, η σύνδεση έχει καλή απόδοση σε υψηλές θερμοκρασίες. Αυτό το μέταλλο πλήρωσης χρησιμοποιείται γενικά για συγκόλληση με θωράκιση αερίου ή συγκόλληση κενού. Προκειμένου να ξεπεραστεί το πρόβλημα της παραγωγής περισσότερων εύθραυστων ενώσεων στη συγκολλημένη σύνδεση κατά τη διάρκεια του σχηματισμού της σύνδεσης, η οποία μειώνει σημαντικά την αντοχή και την πλαστικότητα της σύνδεσης, το κενό της σύνδεσης θα πρέπει να ελαχιστοποιηθεί για να διασφαλιστεί ότι τα στοιχεία που σχηματίζονται εύκολα στην εύθραυστη φάση του συγκολλητικού υλικού διαχέονται πλήρως στο βασικό μέταλλο. Προκειμένου να αποφευχθεί η εμφάνιση ανάπτυξης κόκκων βασικού μετάλλου λόγω μεγάλου χρόνου συγκράτησης στη θερμοκρασία συγκόλλησης, μπορούν να ληφθούν μέτρα διεργασίας βραχυπρόθεσμης συγκράτησης και επεξεργασίας διάχυσης σε χαμηλότερη θερμοκρασία (σε σύγκριση με τη θερμοκρασία συγκόλλησης) μετά τη συγκόλληση.

Τα ευγενή μέταλλα πλήρωσης συγκόλλησης που χρησιμοποιούνται για τη συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα περιλαμβάνουν κυρίως μέταλλα πλήρωσης με βάση το χρυσό και μέταλλα πλήρωσης που περιέχουν παλλάδιο, εκ των οποίων τα πιο συνηθισμένα είναι τα b-au82ni, b-ag54cupd και b-au82ni, τα οποία έχουν καλή διαβρεξιμότητα. Η συγκολλημένη σύνδεση ανοξείδωτου χάλυβα έχει υψηλή αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και αντοχή στην οξείδωση, και η μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας μπορεί να φτάσει τους 800 ℃. Το B-ag54cupd έχει παρόμοια χαρακτηριστικά με το b-au82ni και η τιμή του είναι χαμηλή, επομένως τείνει να αντικαταστήσει το b-au82ni.

(2) Η επιφάνεια του ανοξείδωτου χάλυβα σε ατμόσφαιρα ροής και κλιβάνου περιέχει οξείδια όπως Cr2O3 και TiO2, τα οποία μπορούν να απομακρυνθούν μόνο με χρήση ροής με ισχυρή δραστικότητα. Όταν ο ανοξείδωτος χάλυβας συγκολλάται με συγκολλητικό κασσιτέρου-μολύβδου, το κατάλληλο ροή είναι υδατικό διάλυμα φωσφορικού οξέος ή διάλυμα υδροχλωρικού οξέος οξειδίου του ψευδαργύρου. Ο χρόνος δραστικότητας του υδατικού διαλύματος φωσφορικού οξέος είναι σύντομος, επομένως πρέπει να υιοθετηθεί η μέθοδος συγκόλλησης με ταχεία θέρμανση. Τα ροής Fb102, fb103 ή fb104 μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα με μέταλλα πληρώσεως με βάση το άργυρο. Κατά τη συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα με μέταλλο πληρώσεως με βάση το χαλκό, χρησιμοποιείται ροή fb105 λόγω της υψηλής θερμοκρασίας συγκόλλησης.

Κατά την συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα στον κλίβανο, χρησιμοποιείται συχνά ατμόσφαιρα κενού ή προστατευτική ατμόσφαιρα όπως υδρογόνο, αργό και αμμωνία αποσύνθεσης. Κατά την συγκόλληση κενού, η πίεση κενού πρέπει να είναι χαμηλότερη από 10-2Pa. Κατά την συγκόλληση σε προστατευτική ατμόσφαιρα, το σημείο δρόσου του αερίου δεν πρέπει να είναι υψηλότερο από -40 ℃. Εάν η καθαρότητα του αερίου δεν είναι επαρκής ή η θερμοκρασία συγκόλλησης δεν είναι υψηλή, μπορεί να προστεθεί στην ατμόσφαιρα μια μικρή ποσότητα ροής αερίου συγκόλλησης, όπως τριφθοριούχο βόριο.

2. Τεχνολογία συγκόλλησης

Ο ανοξείδωτος χάλυβας πρέπει να καθαρίζεται πιο αυστηρά πριν από τη συγκόλληση για να αφαιρεθεί τυχόν φιλμ λίπους και λαδιού. Είναι καλύτερο να γίνεται συγκόλληση αμέσως μετά τον καθαρισμό.

Η συγκόλληση από ανοξείδωτο χάλυβα μπορεί να υιοθετήσει μεθόδους θέρμανσης με φλόγα, επαγωγή και μέσο κλιβάνου. Ο κλίβανος για συγκόλληση στον κλίβανο πρέπει να διαθέτει καλό σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας (η απόκλιση της θερμοκρασίας συγκόλλησης πρέπει να είναι ± 6 ℃) και μπορεί να ψυχθεί γρήγορα. Όταν χρησιμοποιείται υδρογόνο ως αέριο θωράκισης για συγκόλληση, οι απαιτήσεις για υδρογόνο εξαρτώνται από τη θερμοκρασία συγκόλλησης και τη σύνθεση του βασικού μετάλλου, δηλαδή, όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία συγκόλλησης, τόσο περισσότερο το βασικό μέταλλο περιέχει σταθεροποιητή και τόσο χαμηλότερο είναι το σημείο δρόσου του υδρογόνου. Για παράδειγμα, για μαρτενσιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες όπως 1Cr13 και cr17ni2t, κατά τη συγκόλληση στους 1000 ℃, το σημείο δρόσου του υδρογόνου πρέπει να είναι χαμηλότερο από -40 ℃. Για ανοξείδωτο χάλυβα χρωμίου-νικελίου 18-8 χωρίς σταθεροποιητή, το σημείο δρόσου του υδρογόνου πρέπει να είναι χαμηλότερο από 25 ℃ κατά τη συγκόλληση στους 1150 ℃. Ωστόσο, για τον ανοξείδωτο χάλυβα 1Cr18Ni9Ti που περιέχει σταθεροποιητή τιτανίου, το σημείο δρόσου υδρογόνου πρέπει να είναι χαμηλότερο από -40 ℃ κατά τη συγκόλληση στους 1150 ℃. Κατά τη συγκόλληση με προστασία αργού, η καθαρότητα του αργού πρέπει να είναι υψηλότερη. Εάν η επιφάνεια του ανοξείδωτου χάλυβα είναι επιμεταλλωμένη με χαλκό ή νικέλιο, η απαίτηση για την καθαρότητα του προστατευτικού αερίου μπορεί να μειωθεί. Προκειμένου να διασφαλιστεί η αφαίρεση της μεμβράνης οξειδίου στην επιφάνεια του ανοξείδωτου χάλυβα, μπορεί επίσης να προστεθεί ροή αερίου BF3 και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί συγκολλητικό υλικό αυτορρόφησης που περιέχει λίθιο ή βόριο. Κατά τη συγκόλληση κενού από ανοξείδωτο χάλυβα, οι απαιτήσεις για τον βαθμό κενού εξαρτώνται από τη θερμοκρασία συγκόλλησης. Με την αύξηση της θερμοκρασίας συγκόλλησης, το απαιτούμενο κενό μπορεί να μειωθεί.

Η κύρια διαδικασία του ανοξείδωτου χάλυβα μετά τη συγκόλληση είναι ο καθαρισμός της υπολειμματικής ροής και του αναστολέα υπολειμματικής ροής και, εάν είναι απαραίτητο, η διεξαγωγή θερμικής επεξεργασίας μετά τη συγκόλληση. Ανάλογα με τη ροή και τη μέθοδο συγκόλλησης που χρησιμοποιείται, η υπολειμματική ροή μπορεί να πλυθεί με νερό, να καθαριστεί μηχανικά ή χημικά. Εάν χρησιμοποιείται λειαντικό για τον καθαρισμό της υπολειμματικής ροής ή της μεμβράνης οξειδίου στην θερμαινόμενη περιοχή κοντά στην ένωση, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί άμμος ή άλλα μη μεταλλικά λεπτά σωματίδια. Τα μέρη που κατασκευάζονται από μαρτενσιτικό ανοξείδωτο χάλυβα και ανοξείδωτο χάλυβα σκληρυνόμενο με καθίζηση χρειάζονται θερμική επεξεργασία σύμφωνα με τις ειδικές απαιτήσεις του υλικού μετά τη συγκόλληση. Οι ενώσεις ανοξείδωτου χάλυβα που συγκολλούνται με μέταλλα πλήρωσης NiCrB και NiCrSi συχνά υποβάλλονται σε θερμική επεξεργασία διάχυσης μετά τη συγκόλληση για να μειωθούν οι απαιτήσεις για το κενό συγκόλλησης και να βελτιωθεί η μικροδομή και οι ιδιότητες των ενώσεων.