Löten von Edelstahl

Löten von Edelstahl

1. Lötbarkeit

Das Hauptproblem beim Löten von rostfreiem Stahl besteht darin, dass der Oxidfilm auf der Oberfläche die Benetzung und Ausbreitung des Lötmittels ernsthaft beeinträchtigt.Verschiedene rostfreie Stähle enthalten eine beträchtliche Menge an Cr, und einige enthalten auch Ni, Ti, Mn, Mo, Nb und andere Elemente, die eine Vielzahl von Oxiden oder sogar Mischoxiden auf der Oberfläche bilden können.Darunter sind die Oxide Cr2O3 und TiO2 von Cr und Ti recht stabil und schwer zu entfernen.Beim Löten an Luft müssen sie mit aktivem Flussmittel entfernt werden;Beim Löten in Schutzatmosphäre kann der Oxidfilm nur in hochreiner Atmosphäre mit niedrigem Taupunkt und ausreichend hoher Temperatur reduziert werden;Beim Vakuumlöten ist ein ausreichendes Vakuum und eine ausreichende Temperatur erforderlich, um eine gute Lötwirkung zu erzielen.

Ein weiteres Problem beim Hartlöten von rostfreiem Stahl besteht darin, dass die Erwärmungstemperatur einen schwerwiegenden Einfluss auf die Struktur des Grundmetalls hat.Die Lötheiztemperatur von austenitischem Edelstahl darf nicht höher als 1150 ℃ sein, da sonst das Korn stark wächst;Wenn austenitischer rostfreier Stahl kein stabiles Element Ti oder Nb enthält und einen hohen Kohlenstoffgehalt hat, sollte das Löten innerhalb der Sensibilisierungstemperatur (500 ~ 850 ℃) ebenfalls vermieden werden.Um zu verhindern, dass die Korrosionsbeständigkeit aufgrund der Ausscheidung von Chromkarbid abnimmt.Die Auswahl der Löttemperatur für martensitischen Edelstahl ist strenger.Einer besteht darin, die Löttemperatur an die Abschrecktemperatur anzupassen, um den Lötprozess mit dem Wärmebehandlungsprozess zu kombinieren;Die andere ist, dass die Löttemperatur niedriger als die Anlasstemperatur sein sollte, um zu verhindern, dass das Grundmetall während des Lötens weich wird.Das Prinzip der Auswahl der Löttemperatur bei ausscheidungshärtendem Edelstahl ist das gleiche wie bei martensitischem Edelstahl, d. h. die Löttemperatur muss zum Wärmebehandlungssystem passen, um die besten mechanischen Eigenschaften zu erzielen.

Zusätzlich zu den beiden oben genannten Hauptproblemen besteht beim Löten von austenitischem Edelstahl eine Tendenz zur Spannungsrissbildung, insbesondere beim Löten mit Kupfer-Zink-Füllmetall.Zur Vermeidung von Spannungsrissen ist das Werkstück vor dem Löten spannungsarmgeglüht und während des Lötens gleichmäßig zu erwärmen.

2. Lötmaterial

(1) Gemäß den Verwendungsanforderungen für Edelstahl-Schweißteile umfassen die üblicherweise verwendeten Hartlote für Edelstahl-Schweißteile Zinn-Blei-Hartlot, Hartlot auf Silberbasis, Hartlot auf Kupferbasis, Hartlot auf Manganbasis, Nickelbasis Hartlot und Edelmetalllot.

Zinn-Blei-Lot wird hauptsächlich zum Löten von Edelstahl verwendet und ist für einen hohen Zinngehalt geeignet.Je höher der Zinngehalt des Lotes ist, desto besser ist die Benetzbarkeit auf Edelstahl.Die Scherfestigkeit von 1Cr18Ni9Ti-Edelstahlverbindungen, die mit mehreren gängigen Zinn-Blei-Loten gelötet wurden, ist in Tabelle 3 aufgeführt. Aufgrund der geringen Festigkeit der Verbindungen werden sie nur zum Löten von Teilen mit geringer Tragfähigkeit verwendet.

Tabelle 3 Scherfestigkeit einer Verbindung aus 1Cr18Ni9Ti-Edelstahl, gelötet mit Zinn-Blei-Lot

Schweißzusätze auf Silberbasis sind die am häufigsten verwendeten Schweißzusätze zum Hartlöten von Edelstahl.Unter diesen werden Silber-Kupfer-Zink- und Silber-Kupfer-Zink-Cadmium-Füllmetalle am häufigsten verwendet, da die Löttemperatur wenig Einfluss auf die Eigenschaften des Grundmetalls hat.Die Festigkeit von ICr18Ni9Ti-Edelstahlverbindungen, die mit mehreren gängigen Loten auf Silberbasis gelötet werden, ist in Tabelle 4 aufgeführt. Die mit Loten auf Silberbasis gelöteten Edelstahlverbindungen werden selten in hochkorrosiven Medien verwendet, und die Arbeitstemperatur der Verbindungen überschreitet im Allgemeinen 300 ° C nicht .Beim Löten von rostfreiem Stahl ohne Nickel muss, um Korrosion der Lötstelle in feuchter Umgebung zu verhindern, Hartlot mit mehr Nickel verwendet werden, wie z. B. b-ag50cuzncdni.Beim Hartlöten von martensitischem rostfreiem Stahl muss, um ein Erweichen des Grundmetalls zu verhindern, Hartlot mit einer Löttemperatur von nicht mehr als 650 °C verwendet werden, wie z. B. b-ag40cuzncd.Beim Löten von Edelstahl in Schutzatmosphäre kann zur Entfernung des Oxidfilms auf der Oberfläche ein lithiumhaltiges Selbstlötflussmittel wie b-ag92culi und b-ag72culi verwendet werden.Beim Löten von rostfreiem Stahl im Vakuum kann das Silberlot Elemente wie Mn, Ni und RD enthalten, um dem Füllmetall eine gute Benetzbarkeit zu verleihen, wenn es keine leicht verdampfbaren Elemente wie Zn und CD enthält ausgewählt.

Tabelle 4 Festigkeit einer ICr18Ni9Ti-Edelstahlverbindung, gelötet mit Füllmetall auf Silberbasis

Hartlote auf Kupferbasis, die zum Hartlöten verschiedener Stähle verwendet werden, sind hauptsächlich reine Kupfer-, Kupfer-Nickel- und Kupfer-Mangan-Kobalt-Hartlote.Reines Kupferlot wird hauptsächlich zum Löten unter Gasschutz oder Vakuum verwendet.Die Arbeitstemperatur der Edelstahlverbindung beträgt nicht mehr als 400 ℃, aber die Verbindung hat eine schlechte Oxidationsbeständigkeit.Kupfer-Nickel-Hartlot wird hauptsächlich zum Flammlöten und Induktionslöten verwendet.Die Festigkeit der hartgelöteten 1Cr18Ni9Ti-Edelstahlverbindung ist in Tabelle 5 gezeigt. Es ist ersichtlich, dass die Verbindung die gleiche Festigkeit wie das Grundmetall hat und die Arbeitstemperatur hoch ist.Cu Mn Co-Hartlot wird hauptsächlich zum Hartlöten von martensitischem Edelstahl in Schutzatmosphäre verwendet.Die Verbindungsfestigkeit und Arbeitstemperatur sind vergleichbar mit denen, die mit goldbasiertem Füllmetall gelötet werden.Beispielsweise hat die mit b-cu58mnco-Lot gelötete 1Cr13-Edelstahlverbindung die gleiche Leistung wie die gleiche mit b-au82ni-Lot gelötete Edelstahlverbindung (siehe Tabelle 6), aber die Produktionskosten sind stark reduziert.

Tabelle 5 Scherfestigkeit einer Verbindung aus 1Cr18Ni9Ti-Edelstahl, gelötet mit Hochtemperatur-Füllmetall auf Kupferbasis

Tabelle 6 Scherfestigkeit einer gelöteten Verbindung aus 1Cr13-Edelstahl

Hartlote auf Manganbasis werden hauptsächlich zum Schutzgaslöten verwendet, und die Reinheit des Gases muss hoch sein.Um das Kornwachstum des Grundmetalls zu vermeiden, sollte das entsprechende Hartlot mit einer Löttemperatur von weniger als 1150 ℃ ausgewählt werden.Eine zufriedenstellende Lötwirkung kann für Edelstahlverbindungen erzielt werden, die mit Lot auf Manganbasis gelötet werden, wie in Tabelle 7 gezeigt. Die Arbeitstemperatur der Verbindung kann 600 ℃ erreichen.

Tabelle 7 Scherfestigkeit einer Verbindung aus lcr18ni9fi-Edelstahl, gelötet mit Füllmetall auf Manganbasis

Wenn Edelstahl mit Füllmetall auf Nickelbasis gelötet wird, weist die Verbindung eine gute Hochtemperaturleistung auf.Dieses Füllmetall wird im Allgemeinen zum Hartlöten unter Schutzgas oder zum Vakuumlöten verwendet.Um das Problem zu überwinden, dass während der Verbindungsausbildung sprödere Verbindungen in der Lötverbindung erzeugt werden, was die Festigkeit und Plastizität der Verbindung ernsthaft verringert, sollte der Verbindungsspalt minimiert werden, um sicherzustellen, dass die Elemente leicht eine spröde Phase in der bilden Lot werden vollständig in das Grundmetall eindiffundiert.Um das Auftreten von Grundmetall-Kornwachstum aufgrund langer Haltezeit bei Löttemperatur zu verhindern, können die Prozessmaßnahmen des kurzzeitigen Haltens und der Diffusionsbehandlung bei niedrigerer Temperatur (im Vergleich zur Löttemperatur) nach dem Schweißen ergriffen werden.

Zum Hartlöten von rostfreiem Stahl verwendete Edelmetall-Hartlotmetalle umfassen hauptsächlich Lotmetalle auf Goldbasis und palladiumhaltige Lotmetalle, von denen die typischsten b-au82ni, b-ag54cupd und b-au82ni sind, die eine gute Benetzbarkeit aufweisen.Die gelötete Edelstahlverbindung hat eine hohe Hochtemperaturfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit, und die maximale Arbeitstemperatur kann 800 ℃ erreichen.B-ag54cupd hat ähnliche Eigenschaften wie b-au82ni und sein Preis ist niedrig, sodass es tendenziell b-au82ni ersetzt.

(2) Die Oberfläche von Edelstahl in Flussmittel- und Ofenatmosphäre enthält Oxide wie Cr2O3 und TiO2, die nur durch Verwendung von Flussmitteln mit starker Aktivität entfernt werden können.Wenn Edelstahl mit Zinn-Blei-Lot hartgelötet wird, ist das geeignete Flussmittel eine wässrige Phosphorsäurelösung oder eine Zinkoxid-Salzsäurelösung.Die Aktivitätszeit der wässrigen Phosphorsäurelösung ist kurz, daher muss das Hartlötverfahren mit schnellem Erhitzen angewendet werden.Die Flussmittel Fb102, Fb103 oder Fb104 können zum Hartlöten von Edelstahl mit Füllmetallen auf Silberbasis verwendet werden.Beim Löten von Edelstahl mit Lot auf Kupferbasis wird aufgrund der hohen Löttemperatur das Flussmittel fb105 verwendet.

Beim Löten von Edelstahl im Ofen werden häufig Vakuumatmosphären oder Schutzatmosphären wie Wasserstoff, Argon und Zersetzungs-Ammoniak verwendet.Beim Vakuumlöten muss der Vakuumdruck unter 10-2 Pa liegen.Beim Löten in einer Schutzatmosphäre darf der Taupunkt des Gases nicht höher als -40 ℃ sein. Wenn die Gasreinheit nicht ausreicht oder die Löttemperatur nicht hoch ist, kann eine kleine Menge Gaslötflussmittel wie Bortrifluorid verwendet werden der Atmosphäre hinzugefügt werden.

2. Löttechnik

Edelstahl muss vor dem Löten gründlicher gereinigt werden, um Fett- und Ölfilme zu entfernen.Es ist besser, sofort nach der Reinigung zu löten.

Beim Löten von Edelstahl können Flammen-, Induktions- und Ofenmittelheizmethoden angewendet werden.Der Ofen zum Löten im Ofen muss über ein gutes Temperaturregelungssystem verfügen (die Abweichung der Löttemperatur muss ± 6 ℃ betragen) und schnell abgekühlt werden können.Wenn Wasserstoff als Schutzgas zum Löten verwendet wird, hängen die Anforderungen an Wasserstoff von der Löttemperatur und der Zusammensetzung des Grundmetalls ab, dh je niedriger die Löttemperatur, desto mehr Stabilisator enthält das Grundmetall und desto geringer ist die Betauung Punkt des Wasserstoffs erforderlich.Zum Beispiel muss für martensitische Edelstähle wie 1Cr13 und Cr17ni2t beim Löten bei 1000 ° C der Taupunkt von Wasserstoff niedriger als -40 ° C sein;Bei 18-8 Chrom-Nickel-Edelstahl ohne Stabilisator muss der Taupunkt von Wasserstoff beim Löten bei 1150 ℃ unter 25 ℃ liegen;Für 1Cr18Ni9Ti-Edelstahl mit Titanstabilisator muss der Wasserstofftaupunkt jedoch niedriger als -40 ° C sein, wenn bei 1150 ° C gelötet wird.Beim Löten mit Argonschutz muss die Reinheit des Argons höher sein.Wenn Kupfer oder Nickel auf die Oberfläche von Edelstahl plattiert werden, können die Anforderungen an die Reinheit des Schutzgases reduziert werden.Um die Entfernung des Oxidfilms auf der Oberfläche von Edelstahl sicherzustellen, kann auch BF3-Gasflussmittel hinzugefügt werden, und es kann auch Lithium- oder Bor-haltiges selbstfließendes Lot verwendet werden.Beim Vakuumlöten von Edelstahl hängen die Anforderungen an den Vakuumgrad von der Löttemperatur ab.Mit der Erhöhung der Löttemperatur kann das erforderliche Vakuum reduziert werden.

Der Hauptprozess von Edelstahl nach dem Löten besteht darin, das Restflussmittel und den Restflusshemmer zu reinigen und bei Bedarf eine Wärmebehandlung nach dem Löten durchzuführen.Je nach verwendetem Flussmittel und Lötverfahren können Flussmittelrückstände mit Wasser ausgewaschen, mechanisch gereinigt oder chemisch gereinigt werden.Wenn Schleifmittel verwendet werden, um das restliche Flussmittel oder den Oxidfilm im erhitzten Bereich in der Nähe der Verbindung zu reinigen, müssen Sand oder andere nichtmetallische feine Partikel verwendet werden.Teile aus martensitischem Edelstahl und ausscheidungshärtendem Edelstahl benötigen nach dem Löten eine Wärmebehandlung entsprechend den speziellen Anforderungen des Materials.Mit Ni-Cr-B- und Ni-Cr-Si-Füllmetallen gelötete Edelstahlverbindungen werden nach dem Löten häufig einer Diffusionswärmebehandlung unterzogen, um die Anforderungen an den Lötspalt zu verringern und die Mikrostruktur und die Eigenschaften der Verbindungen zu verbessern.