Brasatura dell'acciaio inossidabile

Brasatura dell'acciaio inossidabile

1. Brasabilità

Il problema principale nella brasatura dell'acciaio inossidabile è che la pellicola di ossido sulla superficie influisce seriamente sulla bagnabilità e sulla distribuzione della lega saldante. Diversi acciai inossidabili contengono una quantità considerevole di Cr, e alcuni contengono anche Ni, Ti, Mn, Mo, Nb e altri elementi, che possono formare una varietà di ossidi o persino ossidi compositi sulla superficie. Tra questi, gli ossidi Cr₂O₂ e TiO₂ di Cr e Ti sono piuttosto stabili e difficili da rimuovere. Nella brasatura in aria, è necessario utilizzare un flusso attivo per rimuoverli; Nella brasatura in atmosfera protettiva, la pellicola di ossido può essere ridotta solo in atmosfera ad elevata purezza con basso punto di rugiada e temperatura sufficientemente elevata; Nella brasatura sotto vuoto, è necessario avere un vuoto e una temperatura sufficienti per ottenere un buon effetto brasante.

Un altro problema della brasatura dell'acciaio inossidabile è che la temperatura di riscaldamento ha un impatto significativo sulla struttura del metallo base. La temperatura di riscaldamento per la brasatura dell'acciaio inossidabile austenitico non deve essere superiore a 1150 °C, altrimenti la grana tenderà a crescere notevolmente. Se l'acciaio inossidabile austenitico non contiene elementi stabili come Ti o Nb e ha un alto contenuto di carbonio, è necessario evitare la brasatura entro la temperatura di sensibilizzazione (500 ~ 850 °C). Per evitare che la resistenza alla corrosione diminuisca a causa della precipitazione di carburo di cromo, la selezione della temperatura di brasatura per l'acciaio inossidabile martensitico è più rigorosa. Un aspetto fondamentale è quello di abbinare la temperatura di brasatura alla temperatura di tempra, in modo da combinare il processo di brasatura con il processo di trattamento termico. Un altro aspetto importante è che la temperatura di brasatura debba essere inferiore alla temperatura di rinvenimento per evitare che il metallo base si rammollisca durante la brasatura. Il principio di selezione della temperatura di brasatura dell'acciaio inossidabile temprato per precipitazione è lo stesso di quello dell'acciaio inossidabile martensitico, ovvero la temperatura di brasatura deve corrispondere al sistema di trattamento termico per ottenere le migliori proprietà meccaniche.

Oltre ai due problemi principali sopra menzionati, durante la brasatura di acciai inossidabili austenitici si verifica una tendenza alla criccatura da stress, in particolare quando si utilizza un metallo d'apporto rame-zinco. Per evitare la criccatura da stress, il pezzo deve essere sottoposto a ricottura di distensione prima della brasatura e riscaldato uniformemente durante la brasatura.

2. Materiale di brasatura

(1) In base ai requisiti di utilizzo delle saldature in acciaio inossidabile, i metalli d'apporto per brasatura comunemente utilizzati per le saldature in acciaio inossidabile includono metallo d'apporto per brasatura a stagno e piombo, metallo d'apporto per brasatura a base d'argento, metallo d'apporto per brasatura a base di rame, metallo d'apporto per brasatura a base di manganese, metallo d'apporto per brasatura a base di nichel e metallo d'apporto per brasatura a base di metalli preziosi.

La lega per saldatura stagno-piombo è utilizzata principalmente per la saldatura dell'acciaio inossidabile ed è adatta ad avere un elevato contenuto di stagno. Maggiore è il contenuto di stagno della lega, migliore è la sua bagnabilità sull'acciaio inossidabile. La resistenza al taglio dei giunti in acciaio inossidabile 1Cr18Ni9Ti brasati con diverse comuni leghe per saldatura stagno-piombo è elencata nella Tabella 3. A causa della bassa resistenza dei giunti, vengono utilizzati solo per brasare parti con ridotta capacità portante.

Tabella 3 resistenza al taglio del giunto in acciaio inossidabile 1Cr18Ni9Ti brasato con saldatura a stagno e piombo

I metalli d'apporto a base d'argento sono i metalli d'apporto più comunemente utilizzati per la brasatura dell'acciaio inossidabile. Tra questi, i metalli d'apporto argento-rame-zinco e argento-rame-zinco-cadmio sono i più utilizzati perché la temperatura di brasatura ha scarso effetto sulle proprietà del metallo base. La resistenza dei giunti in acciaio inossidabile ICr18Ni9Ti brasati con diverse comuni leghe saldanti a base d'argento è elencata nella Tabella 4. I giunti in acciaio inossidabile brasati con leghe saldanti a base d'argento sono raramente utilizzati in mezzi altamente corrosivi e la temperatura di esercizio dei giunti generalmente non supera i 300 °C. Quando si brasa acciaio inossidabile senza nichel, per prevenire la corrosione del giunto brasato in ambienti umidi, si deve utilizzare un metallo d'apporto con più nichel, come ad esempio b-ag50cuzncdni. Quando si brasa acciaio inossidabile martensitico, per prevenire l'ammorbidimento del metallo base, si deve utilizzare un metallo d'apporto con una temperatura di brasatura non superiore a 650 °C, come ad esempio b-ag40cuzncd. Nella brasatura dell'acciaio inossidabile in atmosfera protettiva, per rimuovere la pellicola di ossido superficiale, è possibile utilizzare flussi autobrasanti contenenti litio, come b-ag92culi e b-ag72culi. Nella brasatura dell'acciaio inossidabile sotto vuoto, per garantire una buona bagnabilità del metallo d'apporto anche quando non contiene elementi facilmente evaporabili come Zn e CD, è possibile utilizzare metalli d'apporto d'argento contenenti elementi come Mn, Ni e RD.

Tabella 4 resistenza del giunto in acciaio inossidabile ICr18Ni9Ti brasato con metallo d'apporto a base d'argento

I metalli d'apporto per brasatura a base di rame utilizzati per brasare diversi acciai sono principalmente rame puro, rame-nichel e rame-manganese-cobalto. Il metallo d'apporto per brasatura a base di rame puro viene utilizzato principalmente per brasature sotto protezione di gas o sotto vuoto. La temperatura di esercizio del giunto in acciaio inossidabile non supera i 400 °C, ma il giunto presenta una scarsa resistenza all'ossidazione. Il metallo d'apporto per brasatura a base di rame-nichel viene utilizzato principalmente per brasature a fiamma e a induzione. La resistenza del giunto brasato in acciaio inossidabile 1Cr18Ni9Ti è mostrata nella Tabella 5. Si può osservare che il giunto ha la stessa resistenza del metallo base e la temperatura di esercizio è elevata. Il metallo d'apporto per brasatura a base di Cu-Mn-Co viene utilizzato principalmente per brasare acciai inossidabili martensitici in atmosfera protettiva. La resistenza del giunto e la temperatura di esercizio sono paragonabili a quelle dei giunti brasati con metallo d'apporto a base d'oro. Ad esempio, il giunto in acciaio inossidabile 1Cr13 brasato con lega di saldatura b-cu58mnco ha le stesse prestazioni del giunto in acciaio inossidabile brasato con lega di saldatura b-au82ni (vedere Tabella 6), ma il costo di produzione è notevolmente ridotto.

Tabella 5 resistenza al taglio del giunto in acciaio inossidabile 1Cr18Ni9Ti brasato con metallo d'apporto a base di rame ad alta temperatura

Tabella 6 resistenza al taglio del giunto brasato in acciaio inossidabile 1Cr13

I metalli d'apporto per brasatura a base di manganese sono utilizzati principalmente per la brasatura sotto protezione di gas, e la purezza del gas deve essere elevata. Per evitare la crescita dei grani nel metallo base, è necessario selezionare il metallo d'apporto per brasatura corrispondente con una temperatura di brasatura inferiore a 1150 °C. Un effetto di brasatura soddisfacente può essere ottenuto per giunti in acciaio inossidabile brasati con lega a base di manganese, come mostrato nella Tabella 7. La temperatura di esercizio del giunto può raggiungere i 600 °C.

Tabella 7 resistenza al taglio del giunto in acciaio inossidabile lcr18ni9fi brasato con metallo d'apporto a base di manganese

Quando l'acciaio inossidabile viene brasato con metallo d'apporto a base di nichel, il giunto presenta buone prestazioni ad alta temperatura. Questo metallo d'apporto viene generalmente utilizzato per la brasatura sotto protezione di gas o la brasatura sotto vuoto. Per superare il problema della formazione di composti più fragili nel giunto brasato durante la formazione, che ne riduce notevolmente la resistenza e la plasticità, è necessario ridurre al minimo la fessura del giunto per garantire che gli elementi che facilmente formano la fase fragile nella saldatura siano completamente diffusi nel metallo base. Per prevenire la crescita dei grani del metallo base dovuta al lungo tempo di mantenimento alla temperatura di brasatura, è possibile adottare misure di processo di mantenimento di breve durata e trattamento di diffusione a temperature inferiori (rispetto alla temperatura di brasatura) dopo la saldatura.

I metalli d'apporto per brasatura con metalli nobili utilizzati per la brasatura dell'acciaio inossidabile includono principalmente metalli d'apporto a base d'oro e metalli d'apporto contenenti palladio, tra cui i più comuni sono b-au82ni, b-ag54cupd e b-au82ni, che presentano una buona bagnabilità. Il giunto brasato in acciaio inossidabile presenta un'elevata resistenza alle alte temperature e all'ossidazione, e la temperatura massima di esercizio può raggiungere gli 800 °C. Il b-ag54cupd ha caratteristiche simili al b-au82ni e il suo prezzo è basso, quindi tende a sostituire il b-au82ni.

(2) La superficie dell'acciaio inossidabile in atmosfera di flusso e forno contiene ossidi come Cr2O3 e TiO2, che possono essere rimossi solo utilizzando un flusso ad alta attività. Quando l'acciaio inossidabile viene brasato con saldatura a stagno e piombo, il flusso adatto è una soluzione acquosa di acido fosforico o una soluzione di acido cloridrico di ossido di zinco. Il tempo di attività della soluzione acquosa di acido fosforico è breve, quindi è necessario adottare il metodo di brasatura a riscaldamento rapido. I flussi Fb102, fb103 o fb104 possono essere utilizzati per la brasatura dell'acciaio inossidabile con metalli d'apporto a base di argento. Quando si brasatura dell'acciaio inossidabile con metalli d'apporto a base di rame, si utilizza il flusso fb105 a causa dell'elevata temperatura di brasatura.

Per la brasatura dell'acciaio inossidabile in forno, si utilizzano spesso atmosfere sotto vuoto o atmosfere protettive come idrogeno, argon e ammoniaca decomposta. Durante la brasatura sotto vuoto, la pressione del vuoto deve essere inferiore a 10-2 Pa. Durante la brasatura in atmosfera protettiva, il punto di rugiada del gas non deve essere superiore a -40 °C. Se la purezza del gas non è sufficiente o la temperatura di brasatura non è elevata, è possibile aggiungere all'atmosfera una piccola quantità di flusso per brasatura gassosa, come il trifluoruro di boro.

2. Tecnologia di brasatura

L'acciaio inossidabile deve essere pulito più accuratamente prima della brasatura per rimuovere eventuali residui di grasso e olio. È meglio brasare subito dopo la pulizia.

La brasatura dell'acciaio inossidabile può adottare metodi di riscaldamento a fiamma, a induzione e in forno. Il forno per la brasatura deve essere dotato di un buon sistema di controllo della temperatura (la deviazione della temperatura di brasatura deve essere di ± 6 °C) e può essere raffreddato rapidamente. Quando si utilizza l'idrogeno come gas di protezione per la brasatura, i requisiti di idrogeno dipendono dalla temperatura di brasatura e dalla composizione del metallo base, ovvero, più bassa è la temperatura di brasatura, maggiore è la quantità di stabilizzante presente nel metallo base e minore è il punto di rugiada dell'idrogeno richiesto. Ad esempio, per gli acciai inossidabili martensitici come 1Cr13 e cr17ni2t, quando si brasano a 1000 °C, il punto di rugiada dell'idrogeno deve essere inferiore a -40 °C; per l'acciaio inossidabile al cromo-nichel 18-8 senza stabilizzante, il punto di rugiada dell'idrogeno deve essere inferiore a 25 °C durante la brasatura a 1150 °C; Tuttavia, per l'acciaio inossidabile 1Cr18Ni9Ti contenente stabilizzante al titanio, il punto di rugiada dell'idrogeno deve essere inferiore a -40 °C durante la brasatura a 1150 °C. Nella brasatura con protezione in argon, la purezza dell'argon deve essere maggiore. Se la superficie dell'acciaio inossidabile è rivestita con rame o nichel, il requisito di purezza del gas di protezione può essere ridotto. Per garantire la rimozione del film di ossido dalla superficie dell'acciaio inossidabile, è possibile aggiungere anche il flusso gassoso BF3 e utilizzare anche una lega autoflussante contenente litio o boro. Nella brasatura sotto vuoto dell'acciaio inossidabile, i requisiti per il grado di vuoto dipendono dalla temperatura di brasatura. Con l'aumento della temperatura di brasatura, il vuoto richiesto può essere ridotto.

Il processo principale dell'acciaio inossidabile dopo la brasatura consiste nel pulire il flusso residuo e l'inibitore di flusso residuo, ed eseguire un trattamento termico post-brasatura, se necessario. A seconda del flusso e del metodo di brasatura utilizzati, il flusso residuo può essere lavato con acqua, pulito meccanicamente o chimicamente. Se si utilizza un abrasivo per pulire il flusso residuo o il film di ossido nell'area riscaldata vicino al giunto, è necessario utilizzare sabbia o altre particelle fini non metalliche. I componenti in acciaio inossidabile martensitico e acciaio inossidabile indurito per precipitazione necessitano di un trattamento termico in base ai requisiti specifici del materiale dopo la brasatura. I giunti in acciaio inossidabile brasati con metalli d'apporto NiCrB e NiCrSi vengono spesso trattati con un trattamento termico di diffusione dopo la brasatura per ridurre i requisiti di spazio di brasatura e migliorare la microstruttura e le proprietà dei giunti.