Penyambungan baja tahan karat

Penyambungan baja tahan karat

1. Kemampuan untuk disolder

Masalah utama dalam penyambungan baja tahan karat adalah lapisan oksida pada permukaan sangat memengaruhi pembasahan dan penyebaran solder. Berbagai jenis baja tahan karat mengandung sejumlah besar Cr, dan beberapa juga mengandung Ni, Ti, Mn, Mo, Nb, dan unsur-unsur lainnya, yang dapat membentuk berbagai oksida atau bahkan oksida komposit pada permukaan. Di antaranya, oksida Cr2O3 dan TiO2 dari Cr dan Ti cukup stabil dan sulit dihilangkan. Saat penyambungan di udara, fluks aktif harus digunakan untuk menghilangkannya; Saat penyambungan dalam atmosfer pelindung, lapisan oksida hanya dapat dikurangi dalam atmosfer dengan kemurnian tinggi, titik embun rendah, dan suhu yang cukup tinggi; Dalam penyambungan vakum, diperlukan vakum dan suhu yang cukup untuk mencapai efek penyambungan yang baik.

Masalah lain dalam penyambungan baja tahan karat adalah suhu pemanasan memiliki pengaruh serius terhadap struktur logam dasar. Suhu pemanasan penyambungan baja tahan karat austenitik tidak boleh lebih tinggi dari 1150 ℃, jika tidak, butiran akan tumbuh secara serius; Jika baja tahan karat austenitik tidak mengandung unsur stabil Ti atau Nb dan memiliki kandungan karbon tinggi, penyambungan dalam suhu sensitisasi (500 ~ 850 ℃) juga harus dihindari. Hal ini untuk mencegah penurunan ketahanan korosi akibat pengendapan kromium karbida. Pemilihan suhu penyambungan untuk baja tahan karat martensitik lebih ketat. Pertama, suhu penyambungan harus sesuai dengan suhu pendinginan, sehingga proses penyambungan dapat digabungkan dengan proses perlakuan panas; Kedua, suhu penyambungan harus lebih rendah dari suhu temper untuk mencegah logam dasar melunak selama penyambungan. Prinsip pemilihan suhu penyambungan (brazing) pada baja tahan karat pengerasan presipitasi sama dengan prinsip pemilihan suhu pada baja tahan karat martensit, yaitu suhu penyambungan harus sesuai dengan sistem perlakuan panas untuk mendapatkan sifat mekanik terbaik.

Selain dua masalah utama di atas, terdapat kecenderungan terjadinya retak akibat tegangan saat menyolder baja tahan karat austenitik, terutama saat menyolder dengan logam pengisi tembaga-seng. Untuk menghindari retak akibat tegangan, benda kerja harus dianil untuk menghilangkan tegangan sebelum disolder, dan benda kerja harus dipanaskan secara merata selama proses penyolderan.

2. Bahan patri

(1) Sesuai dengan persyaratan penggunaan pengelasan baja tahan karat, logam pengisi patri yang umum digunakan untuk pengelasan baja tahan karat meliputi logam pengisi patri timah timbal, logam pengisi patri berbasis perak, logam pengisi patri berbasis tembaga, logam pengisi patri berbasis mangan, logam pengisi patri berbasis nikel, dan logam pengisi patri logam mulia.

Timah solder timbal terutama digunakan untuk penyolderan baja tahan karat, dan sebaiknya memiliki kandungan timah yang tinggi. Semakin tinggi kandungan timah pada solder, semakin baik kemampuan pembasahannya pada baja tahan karat. Kekuatan geser sambungan baja tahan karat 1Cr18Ni9Ti yang disolder dengan beberapa timah solder timbal umum tercantum dalam Tabel 3. Karena kekuatan sambungan yang rendah, sambungan tersebut hanya digunakan untuk menyolder bagian-bagian dengan kapasitas beban yang kecil.

Tabel 3 kekuatan geser sambungan baja tahan karat 1Cr18Ni9Ti yang disolder dengan timah timbal

Logam pengisi berbasis perak adalah logam pengisi yang paling umum digunakan untuk menyolder baja tahan karat. Di antaranya, logam pengisi perak tembaga seng dan perak tembaga seng kadmium paling banyak digunakan karena suhu penyolderan memiliki sedikit pengaruh pada sifat logam dasar. Kekuatan sambungan baja tahan karat ICr18Ni9Ti yang disolder dengan beberapa solder berbasis perak umum tercantum dalam Tabel 4. Sambungan baja tahan karat yang disolder dengan solder berbasis perak jarang digunakan dalam media yang sangat korosif, dan suhu kerja sambungan umumnya tidak melebihi 300 ℃. Saat menyolder baja tahan karat tanpa nikel, untuk mencegah korosi sambungan yang disolder dalam lingkungan lembap, logam pengisi penyolderan dengan lebih banyak nikel harus digunakan, seperti b-ag50cuzncdni. Saat menyolder baja tahan karat martensitik, untuk mencegah pelunakan logam dasar, logam pengisi penyolderan dengan suhu penyolderan tidak melebihi 650 ℃ harus digunakan, seperti b-ag40cuzncd. Saat menyolder baja tahan karat dalam atmosfer pelindung, untuk menghilangkan lapisan oksida pada permukaan, fluks solder sendiri yang mengandung litium dapat digunakan, seperti b-ag92culi dan b-ag72culi. Saat menyolder baja tahan karat dalam vakum, agar logam pengisi tetap memiliki daya basah yang baik ketika tidak mengandung unsur-unsur seperti Zn dan CD yang mudah menguap, logam pengisi perak yang mengandung unsur-unsur seperti Mn, Ni, dan RD dapat dipilih.

Tabel 4 kekuatan sambungan baja tahan karat ICr18Ni9Ti yang disolder dengan logam pengisi berbasis perak

Logam pengisi patri berbasis tembaga yang digunakan untuk mematri berbagai jenis baja terutama adalah tembaga murni, tembaga nikel, dan tembaga mangan kobalt. Logam pengisi patri tembaga murni terutama digunakan untuk mematri di bawah perlindungan gas atau vakum. Suhu kerja sambungan baja tahan karat tidak lebih dari 400 ℃, tetapi sambungan tersebut memiliki ketahanan oksidasi yang buruk. Logam pengisi patri tembaga nikel terutama digunakan untuk mematri api dan mematri induksi. Kekuatan sambungan baja tahan karat 1Cr18Ni9Ti yang dipatri ditunjukkan pada Tabel 5. Dapat dilihat bahwa sambungan tersebut memiliki kekuatan yang sama dengan logam dasar, dan suhu kerjanya tinggi. Logam pengisi patri Cu Mn co terutama digunakan untuk mematri baja tahan karat martensitik dalam atmosfer pelindung. Kekuatan sambungan dan suhu kerjanya sebanding dengan yang dipatri dengan logam pengisi berbasis emas. Misalnya, sambungan baja tahan karat 1Cr13 yang dipatri dengan solder b-cu58mnco memiliki kinerja yang sama dengan sambungan baja tahan karat yang sama yang dipatri dengan solder b-au82ni (lihat Tabel 6), tetapi biaya produksinya jauh lebih rendah.

Tabel 5 kekuatan geser sambungan baja tahan karat 1Cr18Ni9Ti yang disolder dengan logam pengisi berbasis tembaga suhu tinggi

Tabel 6 kekuatan geser sambungan patri baja tahan karat 1Cr13

Logam pengisi patri berbasis mangan terutama digunakan untuk patri terlindung gas, dan kemurnian gas yang digunakan harus tinggi. Untuk menghindari pertumbuhan butir logam dasar, logam pengisi patri yang sesuai dengan suhu patri di bawah 1150 ℃ harus dipilih. Efek patri yang memuaskan dapat diperoleh untuk sambungan baja tahan karat yang dipatri dengan solder berbasis mangan, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 7. Suhu kerja sambungan dapat mencapai 600 ℃.

Tabel 7 kekuatan geser sambungan baja tahan karat lcr18ni9fi yang disolder dengan logam pengisi berbasis mangan

Ketika baja tahan karat disolder dengan logam pengisi berbasis nikel, sambungan tersebut memiliki kinerja suhu tinggi yang baik. Logam pengisi ini umumnya digunakan untuk penyolderan terlindung gas atau penyolderan vakum. Untuk mengatasi masalah terbentuknya senyawa yang lebih rapuh pada sambungan yang disolder selama pembentukan sambungan, yang secara serius mengurangi kekuatan dan plastisitas sambungan, celah sambungan harus diminimalkan untuk memastikan bahwa unsur-unsur yang mudah membentuk fase rapuh dalam solder sepenuhnya berdifusi ke dalam logam dasar. Untuk mencegah terjadinya pertumbuhan butir logam dasar karena waktu penahanan yang lama pada suhu penyolderan, tindakan proses penahanan waktu singkat dan perlakuan difusi pada suhu yang lebih rendah (dibandingkan dengan suhu penyolderan) setelah pengelasan dapat dilakukan.

Logam pengisi patri logam mulia yang digunakan untuk mematri baja tahan karat terutama meliputi logam pengisi berbasis emas dan logam pengisi yang mengandung paladium, yang paling umum adalah b-au82ni, b-ag54cupd, dan b-au82ni, yang memiliki kemampuan pembasahan yang baik. Sambungan baja tahan karat yang dipatri memiliki kekuatan suhu tinggi dan ketahanan oksidasi yang tinggi, dan suhu kerja maksimum dapat mencapai 800 ℃. B-ag54cupd memiliki karakteristik yang mirip dengan b-au82ni dan harganya rendah, sehingga cenderung menggantikan b-au82ni.

(2) Permukaan baja tahan karat dalam atmosfer fluks dan tungku mengandung oksida seperti Cr2O3 dan TiO2, yang hanya dapat dihilangkan dengan menggunakan fluks dengan aktivitas kuat. Ketika baja tahan karat disolder dengan timah timbal, fluks yang sesuai adalah larutan asam fosfat berair atau larutan asam klorida seng oksida. Waktu aktivitas larutan asam fosfat berair pendek, sehingga metode penyolderan dengan pemanasan cepat harus diterapkan. Fluks Fb102, Fb103 atau Fb104 dapat digunakan untuk menyolder baja tahan karat dengan logam pengisi berbasis perak. Ketika menyolder baja tahan karat dengan logam pengisi berbasis tembaga, fluks Fb105 digunakan karena suhu penyolderan yang tinggi.

Saat menyolder baja tahan karat di dalam tungku, seringkali digunakan atmosfer vakum atau atmosfer pelindung seperti hidrogen, argon, dan amonia hasil dekomposisi. Selama penyolderan vakum, tekanan vakum harus lebih rendah dari 10⁻² Pa. Saat menyolder dalam atmosfer pelindung, titik embun gas tidak boleh lebih tinggi dari -40 ℃. Jika kemurnian gas tidak cukup atau suhu penyolderan tidak tinggi, sejumlah kecil fluks penyolderan gas, seperti boron trifluorida, dapat ditambahkan ke atmosfer.

2. Teknologi penyambungan dengan patri

Baja tahan karat harus dibersihkan lebih teliti sebelum disolder untuk menghilangkan lapisan lemak dan minyak. Lebih baik menyolder segera setelah dibersihkan.

Penyambungan baja tahan karat dapat menggunakan metode pemanasan api, induksi, dan tungku. Tungku untuk penyambungan harus memiliki sistem kontrol suhu yang baik (penyimpangan suhu penyambungan harus ± 6 ℃) dan dapat didinginkan dengan cepat. Ketika hidrogen digunakan sebagai gas pelindung untuk penyambungan, persyaratan hidrogen bergantung pada suhu penyambungan dan komposisi logam dasar, yaitu, semakin rendah suhu penyambungan, semakin banyak logam dasar mengandung stabilisator, dan semakin rendah titik embun hidrogen yang dibutuhkan. Misalnya, untuk baja tahan karat martensitik seperti 1Cr13 dan cr17ni2t, ketika penyambungan pada 1000 ℃, titik embun hidrogen harus lebih rendah dari -40 ℃; Untuk baja tahan karat kromium nikel 18-8 tanpa stabilisator, titik embun hidrogen harus lebih rendah dari 25 ℃ selama penyambungan pada 1150 ℃; Namun, untuk baja tahan karat 1Cr18Ni9Ti yang mengandung penstabil titanium, titik embun hidrogen harus lebih rendah dari -40 ℃ saat penyambungan pada suhu 1150 ℃. Saat penyambungan dengan perlindungan argon, kemurnian argon harus lebih tinggi. Jika tembaga atau nikel dilapisi pada permukaan baja tahan karat, persyaratan kemurnian gas pelindung dapat dikurangi. Untuk memastikan penghilangan lapisan oksida pada permukaan baja tahan karat, fluks gas BF3 juga dapat ditambahkan, dan solder fluks sendiri yang mengandung litium atau boron juga dapat digunakan. Saat penyambungan vakum baja tahan karat, persyaratan derajat vakum bergantung pada suhu penyambungan. Dengan meningkatnya suhu penyambungan, vakum yang dibutuhkan dapat dikurangi.

Proses utama pada baja tahan karat setelah penyolderan adalah membersihkan sisa fluks dan penghambat aliran sisa, serta melakukan perlakuan panas pasca penyolderan jika diperlukan. Tergantung pada fluks dan metode penyolderan yang digunakan, sisa fluks dapat dicuci dengan air, dibersihkan secara mekanis, atau dibersihkan secara kimia. Jika abrasif digunakan untuk membersihkan sisa fluks atau lapisan oksida di area yang dipanaskan di dekat sambungan, pasir atau partikel halus non-logam lainnya harus digunakan. Bagian yang terbuat dari baja tahan karat martensitik dan baja tahan karat pengerasan presipitasi memerlukan perlakuan panas sesuai dengan persyaratan khusus material setelah penyolderan. Sambungan baja tahan karat yang disolder dengan logam pengisi Ni Cr B dan Ni Cr Si sering diberi perlakuan panas difusi setelah penyolderan untuk mengurangi persyaratan celah penyolderan dan meningkatkan struktur mikro serta sifat sambungan.