不銹鋼的爐中釬焊一般是在某種保護(hù)性氣氛下或真空中進(jìn)行,保護(hù)氣氛有氫氣、分解氨和氬氣。
干燥的氫氣或分解氨常用做爐中釬焊不銹鋼時(shí)的還原性保護(hù)氣氛,它們可還原不銹鋼表面的氧化膜,并保護(hù)不銹鋼表面在釬焊時(shí)不再氧化。一般要求氫氣或分解氨的露點(diǎn)低于-40℃,但也要考慮保護(hù)氣體的露點(diǎn)要與釬焊溫度及母材的成分相適應(yīng)。釬焊溫度越低、不銹鋼表面氧化膜越穩(wěn)定,要求氫氣露點(diǎn)越低,見(jiàn)圖3-4。使用分解氨作保護(hù)氣氛時(shí),必須保證NH3完全分解,避免殘余的NH3使不銹鋼表面氮化。
使用氫氣或分解氨作保護(hù)氣氛的好處是:可實(shí)現(xiàn)釬焊爐的連續(xù)工作,便于大批量生產(chǎn);釬焊過(guò)程中不需使用釬劑,且焊后工件光亮,無(wú)需任何焊后工件表面清理工作;可配合選用的釬料品種多;在批量生產(chǎn)條件下焊接成本低。但是使用氫氣或分解氨作保護(hù)氣氛時(shí)要注意生產(chǎn)安全,當(dāng)空氣中混有4%~74%的氫氣或12.5%~27%氨氣時(shí),會(huì)因燃燒而產(chǎn)生爆炸。
作為惰性氣體,氬氣可用作爐中釬焊不銹鋼時(shí)的保護(hù)氣氛。與氫氣和分解氨不同,氬氣不具有還原性,只是利用其惰性保護(hù)不銹鋼表面在釬焊過(guò)程中不氧化,所以不銹鋼進(jìn)爐釬焊前必須徹底清除其表面的氧化膜,并且一般要求氬氣的露點(diǎn)低于-40℃。
使用氬氣作保護(hù)氣氛一般是因?yàn)橐韵履撤N或多種原因:①. 可采用含高蒸汽壓元素的釬,如錳基釬料或含錳較多的釬料;②. 單件或小批量釬焊時(shí),設(shè)備成本低;③. 不銹鋼與異種材釬焊時(shí)避免某些材料與爐內(nèi)氣氛的反應(yīng),如在含氫氣氛中釬焊連接不銹鋼與鈦合金時(shí),鈦金吸氫并與氫反應(yīng);④. 生產(chǎn)過(guò)程安全。
使用氬氣作保護(hù)氣氛時(shí),常見(jiàn)的做法是將真空爐抽至高真空后(10-2~10-3Pa)充入少量氬氣,關(guān)閉爐體氣閥后升溫?;蛘咴谔刂频拿芊馊萜鲀?nèi)通人流動(dòng)的氬氣,將空氣趕凈后,容器放入馬弗爐內(nèi)加熱。也可在趕凈空氣后,關(guān)閉氣路,容器放人馬弗爐內(nèi)加熱,但在升溫過(guò)
程中要隨時(shí)注意容器內(nèi)的壓力,當(dāng)容器內(nèi)壓力超過(guò)大氣壓較多時(shí)應(yīng)隨時(shí)放出一些氣體,以保證容器完好和生產(chǎn)安全。使用特制的容器還有另一個(gè)便利:當(dāng)使用未經(jīng)凈化的普通瓶裝氬氣時(shí),可向釬焊爐內(nèi)通入少許BF3氣體釬劑,或加入少許氟硼酸鉀,氟硼酸鉀在800~900℃分解產(chǎn)生BF3.BF3可以去除金屬表面的氧化物,促進(jìn)釬料的潤(rùn)濕。氣體釬劑的使用濃度一般控制在0.1%~0.001%(體積分?jǐn)?shù)),避免焊后形成殘?jiān)?。氟化物?duì)人體有害,要注意工作場(chǎng)地的通風(fēng)。
在真空爐中釬焊不銹鋼是一種常用且理想的方法。釬焊不銹鋼時(shí)一般要求真空度達(dá)到10-2~10-3Pa,并且要求真空爐的氣體泄漏率小于10-2Pa/s.使用真空爐釬焊不銹鋼的好處是:可避免不銹鋼的氧化;可避免釬焊爐內(nèi)氣氛對(duì)母材的不良影響;真空爐升、降溫速度慢,工件不變形或變形量很??;無(wú)論以何種方式添加釬料均不會(huì)在接頭內(nèi)形成氣孔;無(wú)需消耗保護(hù)氣體;無(wú)需氣體凈化裝置;無(wú)安全隱患;帶有充氣及快冷風(fēng)扇置的真空爐同樣具有較高的生產(chǎn)率,并可實(shí)現(xiàn)釬焊與焊后工件熱處理的結(jié)合。
在氫氣或分解氨氣氛爐中釬焊不銹鋼可使用紫銅、銅基、銀基、錳基、鎳基和金基釬料。在氬氣氛爐中釬焊不銹鋼可使用銅基、銀基、錳基、金基釬料。在真空爐中釬焊不銹鋼可采用紫銅、不含易蒸發(fā)元素(Zn、Cd)或僅含少量高蒸汽壓元素(Mn)的銅基和銀基釬料、鎳基釬料和金基釬料。使用鎳基釬料釬焊不銹鋼薄件時(shí),要選擇對(duì)母材溶蝕傾向小的釬料。
爐中釬焊時(shí)影響釬焊接頭性能,特別是力學(xué)性能的主要工藝參數(shù)包釬焊溫度、保溫時(shí)間。釬焊溫度一般選擇在釬料液相線溫度以上50~100℃,保溫時(shí)間在5~10min.當(dāng)工件較大時(shí),可在升溫過(guò)程中釬料固相線溫度以下某溫度保溫一段時(shí)間,確保工件溫度均勻。使用鎳基釬料時(shí),除了釬焊溫度和保溫時(shí)間外,釬縫間隙也是接頭強(qiáng)度和塑性的決定因素之一。圖3-5、圖3-6顯示了三種鎳基釬料釬焊不銹鋼時(shí)釬焊接頭強(qiáng)度與釬縫間隙的關(guān)系。為降低釬料的熔點(diǎn),鎳基釬料中含有較多的硼、硅、磷,它們?cè)阝F料組織中以脆性的硼化物、硅化物、磷化物形式存在。釬焊時(shí)在一定的釬焊溫度和保溫時(shí)間下,當(dāng)釬縫間隙小于某一數(shù)值,硼、硅、磷向母材擴(kuò)散充分,凝固后釬縫組織為鎳基固溶體,釬縫強(qiáng)度高、塑性好,此數(shù)值稱作該釬料在此釬焊溫度和保溫時(shí)間下的最大釬焊間隙。當(dāng)釬縫間隙超過(guò)最大間隙,釬縫中硼、硅、磷向母材擴(kuò)散不充分,釬縫中會(huì)存在脆性化合物,釬縫的強(qiáng)度和塑性都會(huì)下降。而且在一定范圍內(nèi),釬縫越寬,釬縫中脆性相越多,接頭的強(qiáng)度和塑性越低。
在釬焊實(shí)際部件時(shí),有時(shí)部件加工精度或裝配精度很難保證釬縫間隙很小,適當(dāng)?shù)靥岣哜F焊溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間可增大最大釬焊間隙,見(jiàn)圖3-7。當(dāng)在高溫下長(zhǎng)時(shí)間保溫造成母材晶粒過(guò)分長(zhǎng)大或釬料對(duì)母材溶蝕過(guò)度時(shí),也可在焊后接頭冷卻到某一較低溫度保溫,通過(guò)擴(kuò)散消除釬縫中的脆性相而增大最大釬焊間隙,見(jiàn)圖3-8。但由于磷原子較大,向母材中擴(kuò)散困難,這些措施對(duì)Ni-Cr-P和Ni-P這類釬料作用不大。
爐中釬焊時(shí)為控制釬料不流到接頭外其他部位或造成工件與卡具的粘連,可在防止釬料潤(rùn)濕處涂止焊劑。釬焊不銹鋼時(shí)可以用TiO2、Y2O3或云母粉與乙醇混和后做止焊劑。