Soldadura d'acer inoxidable

Soldadura d'acer inoxidable

1. Brazeabilitat

El principal problema en la soldadura d'acer inoxidable és que la pel·lícula d'òxid a la superfície afecta seriosament la mullada i l'extensió de la soldadura. Diversos acers inoxidables contenen una quantitat considerable de Cr, i alguns també contenen Ni, Ti, Mn, Mo, Nb i altres elements, que poden formar una varietat d'òxids o fins i tot òxids compostos a la superfície. Entre ells, els òxids Cr2O3 i TiO2 de Cr i Ti són força estables i difícils d'eliminar. Quan es solda a l'aire, s'ha d'utilitzar flux actiu per eliminar-los; Quan es solda en atmosfera protectora, la pel·lícula d'òxid només es pot reduir en una atmosfera d'alta puresa amb un punt de rosada baix i una temperatura prou alta; En la soldadura al buit, cal tenir prou buit i prou temperatura per aconseguir un bon efecte de soldadura.

Un altre problema de la soldadura d'acer inoxidable és que la temperatura d'escalfament té un efecte greu sobre l'estructura del metall base. La temperatura d'escalfament de la soldadura de l'acer inoxidable austenític no ha de ser superior a 1150 ℃, ja que en cas contrari el gra creixerà considerablement; si l'acer inoxidable austenític no conté elements estables Ti o Nb i té un alt contingut de carboni, també s'ha d'evitar la soldadura dins de la temperatura de sensibilització (500 ~ 850 ℃). Per evitar que la resistència a la corrosió disminueixi a causa de la precipitació de carbur de crom. La selecció de la temperatura de soldadura per a l'acer inoxidable martensític és més estricta. Una és fer coincidir la temperatura de soldadura amb la temperatura de tremp, per tal de combinar el procés de soldadura amb el procés de tractament tèrmic; L'altra és que la temperatura de soldadura ha de ser inferior a la temperatura de reveniment per evitar que el metall base s'estovi durant la soldadura. El principi de selecció de la temperatura de soldadura de l'acer inoxidable d'enduriment per precipitació és el mateix que el de l'acer inoxidable martensític, és a dir, la temperatura de soldadura ha de coincidir amb el sistema de tractament tèrmic per obtenir les millors propietats mecàniques.

A més dels dos problemes principals esmentats, hi ha una tendència a l'esquerdament per tensió en la soldadura d'acer inoxidable austenític, especialment quan es solda amb metall d'aportació de coure i zinc. Per evitar l'esquerdament per tensió, la peça s'ha de sotmetre a un recoit per alleugerir la tensió abans de la soldadura i s'ha d'escalfar uniformement durant la soldadura.

2. Material de soldadura

(1) Segons els requisits d'ús de les soldadures d'acer inoxidable, els metalls d'aportació de soldadura més utilitzats per a soldadures d'acer inoxidable inclouen metall d'aportació de soldadura d'estany i plom, metall d'aportació de soldadura a base de plata, metall d'aportació de soldadura a base de coure, metall d'aportació de soldadura a base de manganès, metall d'aportació de soldadura a base de níquel i metall d'aportació de soldadura de metalls preciosos.

La soldadura de plom i estany s'utilitza principalment per a la soldadura d'acer inoxidable, i és adequada per a un contingut d'estany elevat. Com més alt sigui el contingut d'estany de la soldadura, millor serà la seva humectabilitat sobre l'acer inoxidable. La resistència al cisallament de les unions d'acer inoxidable 1Cr18Ni9Ti soldades amb diverses soldadures de plom i estany comunes es mostra a la Taula 3. A causa de la baixa resistència de les unions, només s'utilitzen per a la soldadura de peces amb una petita capacitat de càrrega.

Taula 3 Resistència al cisallament d'una unió d'acer inoxidable 1Cr18Ni9Ti soldada amb soldadura de plom i estany

Els metalls d'aportació a base de plata són els metalls d'aportació més utilitzats per a la soldadura d'acer inoxidable. Entre ells, els metalls d'aportació de plata, coure, zinc i plata, coure, zinc i cadmi són els més utilitzats perquè la temperatura de soldadura té poc efecte sobre les propietats del metall base. La resistència de les unions d'acer inoxidable ICr18Ni9Ti soldades amb diverses soldadures a base de plata comunes es mostra a la Taula 4. Les unions d'acer inoxidable soldades amb soldadures a base de plata s'utilitzen rarament en medis altament corrosius, i la temperatura de treball de les unions generalment no supera els 300 ℃. Quan es solda acer inoxidable sense níquel, per evitar la corrosió de la unió soldada en un ambient humit, s'ha d'utilitzar metall d'aportació de soldadura amb més níquel, com ara b-ag50cuzncdni. Quan es solda acer inoxidable martensític, per evitar el reblaniment del metall base, s'ha d'utilitzar metall d'aportació de soldadura amb una temperatura de soldadura que no superi els 650 ℃, com ara b-ag40cuzncd. Quan es solda acer inoxidable en atmosfera protectora, per eliminar la pel·lícula d'òxid de la superfície, es pot utilitzar flux autosoldadurable que conté liti, com ara b-ag92culi i b-ag72culi. Quan es solda acer inoxidable al buit, per tal que el metall d'aportació encara tingui una bona humectabilitat quan no conté elements com ara Zn i CD que són fàcils d'evaporar, es pot seleccionar el metall d'aportació de plata que conté elements com ara Mn, Ni i RD.

Taula 4 resistència de la unió d'acer inoxidable ICr18Ni9Ti soldada amb metall d'aportació a base de plata

Els metalls d'aportació de soldadura a base de coure utilitzats per a la soldadura de diferents acers són principalment metalls d'aportació de soldadura de coure pur, coure níquel i coure manganès cobalt. El metall d'aportació de soldadura de coure pur s'utilitza principalment per a la soldadura sota protecció de gas o buit. La temperatura de treball de la unió d'acer inoxidable no és superior a 400 ℃, però la unió té una baixa resistència a l'oxidació. El metall d'aportació de soldadura de coure níquel s'utilitza principalment per a la soldadura amb flama i la soldadura per inducció. La resistència de la unió d'acer inoxidable 1Cr18Ni9Ti soldat es mostra a la Taula 5. Es pot veure que la unió té la mateixa resistència que el metall base i la temperatura de treball és alta. El metall d'aportació de soldadura de CuMnCo s'utilitza principalment per a la soldadura d'acer inoxidable martensític en atmosfera protectora. La resistència de la unió i la temperatura de treball són comparables a les soldades amb metall d'aportació a base d'or. Per exemple, la unió d'acer inoxidable 1Cr13 soldada amb soldadura b-Cu58MnCo té el mateix rendiment que la mateixa unió d'acer inoxidable soldada amb soldadura b-Au82Ni (vegeu la Taula 6), però el cost de producció es redueix considerablement.

Taula 5 Resistència al cisallament d'una unió d'acer inoxidable 1Cr18Ni9Ti soldada amb metall d'aportació a base de coure d'alta temperatura

Taula 6 Resistència al tall de la unió soldada d'acer inoxidable 1Cr13

Els metalls d'aportació de soldadura a base de manganès s'utilitzen principalment per a la soldadura amb protecció de gas, i cal que la puresa del gas sigui alta. Per evitar el creixement del gra del metall base, s'ha de seleccionar el metall d'aportació de soldadura corresponent amb una temperatura de soldadura inferior a 1150 ℃. Es pot obtenir un efecte de soldadura satisfactori per a unions d'acer inoxidable soldades amb soldadura a base de manganès, tal com es mostra a la Taula 7. La temperatura de treball de la unió pot arribar als 600 ℃.

Taula 7 Resistència al tall d'una unió d'acer inoxidable lcr18ni9fi soldada amb metall d'aportació a base de manganès

Quan l'acer inoxidable es solda amb metall d'aportació a base de níquel, la unió té un bon rendiment a altes temperatures. Aquest metall d'aportació s'utilitza generalment per a la soldadura amb protecció de gas o la soldadura al buit. Per tal de superar el problema que es produeixen més compostos fràgils a la unió soldada durant la formació de la unió, cosa que redueix seriosament la resistència i la plasticitat de la unió, s'ha de minimitzar el forat de la unió per garantir que els elements que són fàcils de formar en la fase fràgil de la soldadura es difonguin completament al metall base. Per evitar que es produeixi un creixement del gra del metall base a causa del llarg temps de retenció a la temperatura de soldadura, es poden prendre mesures de procés de retenció a curt termini i tractament de difusió a una temperatura més baixa (en comparació amb la temperatura de soldadura) després de la soldadura.

Els metalls d'aportació de soldadura de metalls nobles utilitzats per a la soldadura d'acer inoxidable inclouen principalment metalls d'aportació a base d'or i metalls d'aportació que contenen pal·ladi, dels quals els més típics són b-au82ni, b-ag54cupd i b-au82ni, que tenen una bona humectabilitat. La unió d'acer inoxidable soldat té una alta resistència a la temperatura i a l'oxidació, i la temperatura màxima de treball pot arribar als 800 ℃. El B-ag54cupd té característiques similars al b-au82ni i el seu preu és baix, per la qual cosa tendeix a substituir el b-au82ni.

(2) La superfície de l'acer inoxidable en atmosfera de flux i forn conté òxids com Cr2O3 i TiO2, que només es poden eliminar mitjançant flux amb una forta activitat. Quan l'acer inoxidable es solda amb soldadura de plom i estany, el flux adequat és una solució aquosa d'àcid fosfòric o una solució d'àcid clorhídric d'òxid de zinc. El temps d'activitat de la solució aquosa d'àcid fosfòric és curt, per la qual cosa s'ha d'adoptar el mètode de soldadura d'escalfament ràpid. Els fluxos Fb102, fb103 o fb104 es poden utilitzar per a la soldadura d'acer inoxidable amb metalls d'aportació a base de plata. Quan es solda acer inoxidable amb metall d'aportació a base de coure, s'utilitza flux fb105 a causa de l'alta temperatura de soldadura.

Quan es solda acer inoxidable al forn, sovint s'utilitza una atmosfera de buit o una atmosfera protectora com ara hidrogen, argó i amoníac de descomposició. Durant la soldadura al buit, la pressió de buit ha de ser inferior a 10-2 Pa. Quan es solda en una atmosfera protectora, el punt de rosada del gas no ha de ser superior a -40 ℃. Si la puresa del gas no és suficient o la temperatura de soldadura no és alta, es pot afegir una petita quantitat de flux de soldadura de gas, com ara trifluorur de bor, a l'atmosfera.

2. Tecnologia de soldadura

L'acer inoxidable s'ha de netejar més a fons abans de soldar-lo per eliminar qualsevol pel·lícula de greix i oli. És millor soldar-lo immediatament després de la neteja.

La soldadura d'acer inoxidable pot adoptar mètodes d'escalfament per flama, inducció i medi de forn. El forn per a la soldadura dins del forn ha de tenir un bon sistema de control de temperatura (la desviació de la temperatura de soldadura ha de ser de ± 6 ℃) i es pot refredar ràpidament. Quan s'utilitza hidrogen com a gas de protecció per a la soldadura, els requisits d'hidrogen depenen de la temperatura de soldadura i la composició del metall base, és a dir, com més baixa sigui la temperatura de soldadura, més estabilitzador conté el metall base i més baix serà el punt de rosada de l'hidrogen requerit. Per exemple, per a acers inoxidables martensítics com 1Cr13 i cr17ni2t, quan es solda a 1000 ℃, el punt de rosada de l'hidrogen ha de ser inferior a -40 ℃; Per a l'acer inoxidable de níquel crom 18-8 sense estabilitzador, el punt de rosada de l'hidrogen ha de ser inferior a 25 ℃ durant la soldadura a 1150 ℃; Tanmateix, per a l'acer inoxidable 1Cr18Ni9Ti que conté estabilitzador de titani, el punt de rosada d'hidrogen ha de ser inferior a -40 ℃ quan es solda a 1150 ℃. Quan es solda amb protecció d'argó, cal que la puresa de l'argó sigui més alta. Si es recobreix coure o níquel a la superfície de l'acer inoxidable, es pot reduir el requisit de puresa del gas de protecció. Per tal de garantir l'eliminació de la pel·lícula d'òxid a la superfície de l'acer inoxidable, també es pot afegir flux de gas BF3 i també es pot utilitzar soldadura autofluxant que conté liti o bor. Quan es solda acer inoxidable al buit, els requisits per al grau de buit depenen de la temperatura de soldadura. Amb l'augment de la temperatura de soldadura, es pot reduir el buit necessari.

El procés principal de l'acer inoxidable després de la soldadura és netejar el flux residual i l'inhibidor de flux residual, i dur a terme un tractament tèrmic posterior a la soldadura si cal. Depenent del flux i del mètode de soldadura utilitzats, el flux residual es pot rentar amb aigua, netejar mecànicament o netejar químicament. Si s'utilitza abrasiu per netejar el flux residual o la pel·lícula d'òxid a la zona escalfada prop de la junta, s'ha d'utilitzar sorra o altres partícules fines no metàl·liques. Les peces fetes d'acer inoxidable martensític i acer inoxidable endurit per precipitació necessiten un tractament tèrmic segons els requisits especials del material després de la soldadura. Les juntes d'acer inoxidable soldades amb metalls de farciment de NiCrB i NiCrSi sovint es tracten amb tractament tèrmic de difusió després de la soldadura per reduir els requisits de l'espai de soldadura i millorar la microestructura i les propietats de les juntes.