स्टेनलेस स्टीलचे ब्रेझिंग

स्टेनलेस स्टीलचे ब्रेझिंग

१. ब्रेझ करण्याची क्षमता

स्टेनलेस स्टील ब्रेझिंगमधील मुख्य समस्या ही आहे की पृष्ठभागावरील ऑक्साईडचा थर सोल्डरच्या ओल्या होण्यावर आणि पसरण्यावर गंभीर परिणाम करतो. विविध स्टेनलेस स्टीलमध्ये लक्षणीय प्रमाणात क्रोमियम (Cr) असतो, आणि काहींमध्ये निकेल (Ni), टायटॅनियम (Ti), मँगनीज (Mn), मॉलिब्डेनम (Mo), नायोबियम (Nb) आणि इतर घटक देखील असतात, ज्यामुळे पृष्ठभागावर विविध प्रकारचे ऑक्साईड किंवा अगदी संयुक्त ऑक्साईड तयार होऊ शकतात. त्यापैकी, क्रोमियम (Cr) आणि टायटॅनियम (Ti) चे ऑक्साईड Cr2O3 आणि TiO2 हे बरेच स्थिर असतात आणि ते काढणे कठीण असते. हवेत ब्रेझिंग करताना, ते काढण्यासाठी सक्रिय फ्लक्सचा वापर करणे आवश्यक असते; संरक्षक वातावरणात ब्रेझिंग करताना, ऑक्साईडचा थर केवळ कमी दवबिंदू आणि पुरेसे उच्च तापमान असलेल्या उच्च शुद्धतेच्या वातावरणातच कमी केला जाऊ शकतो; व्हॅक्यूम ब्रेझिंगमध्ये, चांगला ब्रेझिंग परिणाम साधण्यासाठी पुरेसा व्हॅक्यूम आणि पुरेसे तापमान असणे आवश्यक असते.

स्टेनलेस स्टील ब्रेझिंगची आणखी एक समस्या म्हणजे तापवण्याच्या तापमानाचा मूळ धातूच्या संरचनेवर गंभीर परिणाम होतो. ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टीलसाठी ब्रेझिंगचे तापवण्याचे तापमान ११५० ℃ पेक्षा जास्त नसावे, अन्यथा कणांची गंभीर वाढ होईल; जर ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टीलमध्ये स्थिर घटक Ti किंवा Nb नसतील आणि त्यात कार्बनचे प्रमाण जास्त असेल, तर सेन्सिटायझेशन तापमानाच्या (५०० ~ ८५० ℃) आत ब्रेझिंग करणे देखील टाळावे. क्रोमियम कार्बाइडच्या अवक्षेपणामुळे गंज-प्रतिरोधकता कमी होण्यापासून रोखण्यासाठी हे केले जाते. मार्टेन्सिटिक स्टेनलेस स्टीलसाठी ब्रेझिंग तापमानाची निवड अधिक कठोर असते. एक म्हणजे ब्रेझिंग तापमान क्वेंचिंग तापमानाशी जुळवणे, जेणेकरून ब्रेझिंग प्रक्रियेला उष्णता उपचार प्रक्रियेशी जोडता येईल; दुसरे म्हणजे ब्रेझिंग दरम्यान मूळ धातू मऊ होण्यापासून रोखण्यासाठी ब्रेझिंग तापमान टेम्परिंग तापमानापेक्षा कमी असावे. प्रेसिपिटेशन हार्डनिंग स्टेनलेस स्टीलच्या ब्रेझिंग तापमान निवडीचे तत्त्व मार्टेन्सिटिक स्टेनलेस स्टीलसारखेच आहे, म्हणजेच, सर्वोत्तम यांत्रिक गुणधर्म मिळविण्यासाठी ब्रेझिंग तापमान उष्णता उपचार प्रणालीशी जुळले पाहिजे.

वरील दोन मुख्य समस्यांव्यतिरिक्त, ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टीलचे ब्रेझिंग करताना, विशेषतः कॉपर झिंक फिलर मेटल वापरून ब्रेझिंग केल्यास, स्ट्रेस क्रॅकिंग होण्याची प्रवृत्ती असते. स्ट्रेस क्रॅकिंग टाळण्यासाठी, ब्रेझिंग करण्यापूर्वी वर्कपीसचे स्ट्रेस रिलीव्हड ॲनीलिंग केले पाहिजे आणि ब्रेझिंग दरम्यान वर्कपीसला एकसमान उष्णता दिली पाहिजे.

२. ब्राझिंग साहित्य

(1) स्टेनलेस स्टील वेल्डमेंट्सच्या वापराच्या आवश्यकतांनुसार, स्टेनलेस स्टील वेल्डमेंट्ससाठी सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या ब्रेझिंग फिलर मेटल्समध्ये टिन लेड ब्रेझिंग फिलर मेटल, सिल्व्हर आधारित ब्रेझिंग फिलर मेटल, कॉपर आधारित ब्रेझिंग फिलर मेटल, मँगनीज आधारित ब्रेझिंग फिलर मेटल, निकेल आधारित ब्रेझिंग फिलर मेटल आणि मौल्यवान धातू ब्रेझिंग फिलर मेटल यांचा समावेश होतो.

टिन लेड सोल्डरचा वापर प्रामुख्याने स्टेनलेस स्टील सोल्डरिंगसाठी केला जातो आणि त्यात टिनचे प्रमाण जास्त असणे योग्य ठरते. सोल्डरमधील टिनचे प्रमाण जितके जास्त असते, तितकी त्याची स्टेनलेस स्टीलवरील ओलावा शोषण्याची क्षमता चांगली असते. काही सामान्य टिन लेड सोल्डर्स वापरून ब्रेझ केलेल्या 1Cr18Ni9Ti स्टेनलेस स्टीलच्या जोडांची शियर स्ट्रेंथ तक्ता ३ मध्ये सूचीबद्ध केली आहे. या जोडांची ताकद कमी असल्यामुळे, त्यांचा वापर केवळ कमी भार सहन करण्याची क्षमता असलेल्या भागांना ब्रेझ करण्यासाठी केला जातो.

तक्ता ३: टिन लेड सोल्डरने ब्रेझ केलेल्या 1Cr18Ni9Ti स्टेनलेस स्टील जॉइंटची शियर स्ट्रेंथ

स्टेनलेस स्टीलच्या ब्रेझिंगसाठी चांदी-आधारित फिलर धातू हे सर्वात सामान्यपणे वापरले जाणारे फिलर धातू आहेत. त्यापैकी, सिल्व्हर कॉपर झिंक आणि सिल्व्हर कॉपर झिंक कॅडमियम फिलर धातू सर्वाधिक वापरले जातात, कारण ब्रेझिंग तापमानाचा मूळ धातूच्या गुणधर्मांवर फारसा परिणाम होत नाही. अनेक सामान्य चांदी-आधारित सोल्डर्स वापरून ब्रेझ केलेल्या ICr18Ni9Ti स्टेनलेस स्टीलच्या जोडांची मजबुती तक्ता ४ मध्ये सूचीबद्ध केली आहे. चांदी-आधारित सोल्डर्स वापरून ब्रेझ केलेले स्टेनलेस स्टीलचे जोड अत्यंत क्षरणकारी माध्यमांमध्ये क्वचितच वापरले जातात आणि या जोडांचे कार्यरत तापमान साधारणपणे ३०० ℃ पेक्षा जास्त नसते. निकेल-विरहित स्टेनलेस स्टीलचे ब्रेझिंग करताना, दमट वातावरणात ब्रेझ केलेल्या जोडाचे क्षरण टाळण्यासाठी, अधिक निकेल असलेला ब्रेझिंग फिलर धातू वापरावा, जसे की b-ag50cuzncdni. मार्टेन्सिटिक स्टेनलेस स्टीलचे ब्रेझिंग करताना, मूळ धातू मऊ होण्यापासून रोखण्यासाठी, ६५० ℃ पेक्षा जास्त ब्रेझिंग तापमान नसलेला ब्रेझिंग फिलर धातू वापरावा, जसे की b-ag40cuzncd. संरक्षक वातावरणात स्टेनलेस स्टीलचे ब्रेझिंग करताना, पृष्ठभागावरील ऑक्साईडचा थर काढून टाकण्यासाठी, लिथियमयुक्त सेल्फ ब्रेझिंग फ्लक्स, जसे की b-ag92culi आणि b-ag72culi, वापरला जाऊ शकतो. व्हॅक्यूममध्ये स्टेनलेस स्टीलचे ब्रेझिंग करताना, फिलर मेटलमध्ये Zn आणि CD सारखे सहज बाष्पीभवन होणारे घटक नसतानाही त्याची ओलावा टिकवून ठेवण्याची क्षमता चांगली राहावी यासाठी, Mn, Ni आणि RD सारखे घटक असलेला सिल्व्हर फिलर मेटल निवडला जाऊ शकतो.

तक्ता ४: चांदी-आधारित फिलर मेटल वापरून ब्रेझ केलेल्या ICr18Ni9Ti स्टेनलेस स्टील जॉइंटची मजबुती

विविध स्टीलच्या ब्रेझिंगसाठी वापरल्या जाणाऱ्या तांब्यावर आधारित ब्रेझिंग फिलर मेटल्समध्ये प्रामुख्याने शुद्ध तांबे, कॉपर निकेल आणि कॉपर मॅंगनीज कोबाल्ट ब्रेझिंग फिलर मेटल्सचा समावेश होतो. शुद्ध तांब्याचा ब्रेझिंग फिलर मेटल प्रामुख्याने वायू संरक्षण किंवा व्हॅक्यूमखाली ब्रेझिंगसाठी वापरला जातो. स्टेनलेस स्टीलच्या जोडाचे कार्यरत तापमान ४०० ℃ पेक्षा जास्त नसते, परंतु या जोडाची ऑक्सिडेशन प्रतिरोधकता कमी असते. कॉपर निकेल ब्रेझिंग फिलर मेटल प्रामुख्याने फ्लेम ब्रेझिंग आणि इंडक्शन ब्रेझिंगसाठी वापरला जातो. ब्रेझ केलेल्या 1Cr18Ni9Ti स्टेनलेस स्टील जोडाची ताकद तक्ता ५ मध्ये दर्शविली आहे. यावरून असे दिसून येते की, या जोडाची ताकद मूळ धातूइतकीच आहे आणि कार्यरत तापमान जास्त आहे. Cu Mn co ब्रेझिंग फिलर मेटल प्रामुख्याने संरक्षक वातावरणात मार्टेन्सिटिक स्टेनलेस स्टीलच्या ब्रेझिंगसाठी वापरला जातो. या जोडाची ताकद आणि कार्यरत तापमान हे सोन्यावर आधारित फिलर मेटलने ब्रेझ केलेल्या जोडाच्या तुलनेत सारखेच असते. उदाहरणार्थ, b-cu58mnco सोल्डरने ब्रेझ केलेल्या 1Cr13 स्टेनलेस स्टील जॉइंटची कार्यक्षमता b-au82ni सोल्डरने ब्रेझ केलेल्या त्याच स्टेनलेस स्टील जॉइंटसारखीच आहे (तक्ता 6 पहा), परंतु उत्पादन खर्च मोठ्या प्रमाणात कमी होतो.

तक्ता ५: उच्च तापमान तांब्याच्या बेस फिलर मेटलने ब्रेझ केलेल्या 1Cr18Ni9Ti स्टेनलेस स्टील जॉइंटची शियर स्ट्रेंथ

तक्ता ६: 1Cr13 स्टेनलेस स्टील ब्रेझ्ड जॉइंटची शियर स्ट्रेंथ

मॅंगनीज-आधारित ब्रेझिंग फिलर धातू प्रामुख्याने गॅस शील्डेड ब्रेझिंगसाठी वापरले जातात आणि गॅसची शुद्धता उच्च असणे आवश्यक असते. मूळ धातूच्या कणांची वाढ टाळण्यासाठी, ११५० ℃ पेक्षा कमी ब्रेझिंग तापमान असलेला संबंधित ब्रेझिंग फिलर धातू निवडला पाहिजे. तक्ता ७ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, मॅंगनीज-आधारित सोल्डरने ब्रेझिंग केलेल्या स्टेनलेस स्टीलच्या जोडांसाठी समाधानकारक ब्रेझिंग परिणाम मिळू शकतो. जोडाचे कार्यरत तापमान ६०० ℃ पर्यंत पोहोचू शकते.

तक्ता ७ मॅंगनीज-आधारित फिलर मेटलने ब्रेझ केलेल्या lcr18ni9fi स्टेनलेस स्टील जॉइंटची शियर स्ट्रेंथ

जेव्हा स्टेनलेस स्टीलला निकेल-आधारित फिलर मेटलने ब्रेझ केले जाते, तेव्हा तयार होणाऱ्या जोडाची उच्च तापमानातील कामगिरी चांगली असते. हा फिलर मेटल सामान्यतः गॅस शील्डेड ब्रेझिंग किंवा व्हॅक्यूम ब्रेझिंगसाठी वापरला जातो. जोड तयार होण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान ब्रेझ केलेल्या जोडामध्ये अधिक ठिसूळ संयुगे तयार होतात, ज्यामुळे जोडाची ताकद आणि लवचिकता गंभीरपणे कमी होते. ही समस्या टाळण्यासाठी, जोडातील अंतर कमीत कमी ठेवले पाहिजे, जेणेकरून सोल्डरमधील ठिसूळ अवस्था तयार करणारे घटक मूळ धातूमध्ये पूर्णपणे विसरित होतील. ब्रेझिंग तापमानावर जास्त वेळ ठेवल्यामुळे मूळ धातूच्या कणांची वाढ होऊ नये यासाठी, वेल्डिंगनंतर कमी वेळेसाठी ठेवणे आणि (ब्रेझिंग तापमानाच्या तुलनेत) कमी तापमानावर विसरण प्रक्रिया करणे यांसारख्या उपाययोजना केल्या जाऊ शकतात.

स्टेनलेस स्टीलच्या ब्रेझिंगसाठी वापरल्या जाणाऱ्या मौल्यवान धातूंच्या फिलर मेटल्समध्ये प्रामुख्याने सोने-आधारित आणि पॅलेडियमयुक्त फिलर मेटल्सचा समावेश होतो. यापैकी b-au82ni, b-ag54cupd हे सर्वात सामान्य आहेत, ज्यांची वेटेबिलिटी (ओलावा शोषण्याची क्षमता) चांगली असते. ब्रेझ केलेल्या स्टेनलेस स्टीलच्या जोडामध्ये उच्च तापमान सहन करण्याची क्षमता आणि ऑक्सिडेशनला प्रतिकार करण्याची क्षमता असते, आणि त्याचे कमाल कार्यरत तापमान ८०० ℃ पर्यंत पोहोचू शकते. b-ag54cupd ची वैशिष्ट्ये b-au82ni सारखीच आहेत आणि त्याची किंमत कमी आहे, त्यामुळे ते b-au82ni ची जागा घेते.

(2) फ्लक्स आणि भट्टीच्या वातावरणातील स्टेनलेस स्टीलच्या पृष्ठभागावर Cr2O3 आणि TiO2 सारखे ऑक्साइड असतात, जे केवळ उच्च क्रियाशीलतेच्या फ्लक्सचा वापर करूनच काढले जाऊ शकतात. जेव्हा स्टेनलेस स्टीलचे टिन-लेड सोल्डरने ब्रेझिंग केले जाते, तेव्हा फॉस्फोरिक ॲसिडचे जलीय द्रावण किंवा झिंक ऑक्साईड हायड्रोक्लोरिक ॲसिडचे द्रावण हा योग्य फ्लक्स असतो. फॉस्फोरिक ॲसिडच्या जलीय द्रावणाचा क्रियाशीलतेचा कालावधी कमी असतो, त्यामुळे जलद तापवण्याची ब्रेझिंग पद्धत अवलंबली पाहिजे. चांदी-आधारित फिलर धातूंसह स्टेनलेस स्टीलचे ब्रेझिंग करण्यासाठी Fb102, fb103 किंवा fb104 फ्लक्स वापरले जाऊ शकतात. तांबे-आधारित फिलर धातूसह स्टेनलेस स्टीलचे ब्रेझिंग करताना, उच्च ब्रेझिंग तापमानामुळे fb105 फ्लक्स वापरला जातो.

भट्टीमध्ये स्टेनलेस स्टीलचे ब्रेझिंग करताना, अनेकदा निर्वात वातावरण किंवा हायड्रोजन, आर्गॉन आणि विघटनशील अमोनियासारखे संरक्षक वातावरण वापरले जाते. निर्वात ब्रेझिंग दरम्यान, निर्वात दाब 10-2 Pa पेक्षा कमी असावा. संरक्षक वातावरणात ब्रेझिंग करताना, वायूचा दवबिंदू -40 ℃ पेक्षा जास्त नसावा. जर वायूची शुद्धता पुरेशी नसेल किंवा ब्रेझिंग तापमान जास्त नसेल, तर वातावरणात बोरॉन ट्रायफ्लोराइडसारखे थोडे गॅस ब्रेझिंग फ्लक्स मिसळले जाऊ शकते.

२. ब्रेझिंग तंत्रज्ञान

ब्रेझिंग करण्यापूर्वी स्टेनलेस स्टीलवरील ग्रीस आणि तेलाचा थर काढून टाकण्यासाठी ते अधिक कठोरपणे स्वच्छ केले पाहिजे. स्वच्छ केल्यानंतर लगेचच ब्रेझिंग करणे उत्तम.

स्टेनलेस स्टील ब्रेझिंगसाठी ज्योत, इंडक्शन आणि भट्टीतील माध्यम तापविण्याच्या पद्धती वापरल्या जाऊ शकतात. ब्रेझिंगसाठी वापरल्या जाणाऱ्या भट्टीमध्ये एक चांगली तापमान नियंत्रण प्रणाली असणे आवश्यक आहे (ब्रेझिंग तापमानातील विचलन ± 6 ℃ असणे आवश्यक आहे) आणि ती लवकर थंड होऊ शकणारी असावी. जेव्हा ब्रेझिंगसाठी शिल्डिंग गॅस म्हणून हायड्रोजनचा वापर केला जातो, तेव्हा हायड्रोजनसाठीच्या आवश्यकता ब्रेझिंग तापमान आणि मूळ धातूच्या रचनेवर अवलंबून असतात, म्हणजेच, ब्रेझिंग तापमान जितके कमी असेल, मूळ धातूमध्ये जितके जास्त स्टेबिलायझर असेल, तितका हायड्रोजनचा दवबिंदू कमी असणे आवश्यक आहे. उदाहरणार्थ, 1Cr13 आणि cr17ni2t सारख्या मार्टेन्सिटिक स्टेनलेस स्टीलसाठी, 1000 ℃ वर ब्रेझिंग करताना, हायड्रोजनचा दवबिंदू -40 ℃ पेक्षा कमी असणे आवश्यक आहे; स्टेबिलायझरशिवाय 18-8 क्रोमियम निकेल स्टेनलेस स्टीलसाठी, 1150 ℃ वर ब्रेझिंग करताना हायड्रोजनचा दवबिंदू 25 ℃ पेक्षा कमी असावा; तथापि, टायटॅनियम स्टेबिलायझर असलेल्या 1Cr18Ni9Ti स्टेनलेस स्टीलसाठी, 1150 ℃ तापमानावर ब्रेझिंग करताना हायड्रोजन ड्यू पॉइंट -40 ℃ पेक्षा कमी असणे आवश्यक आहे. आर्गॉन संरक्षणासह ब्रेझिंग करताना, आर्गॉनची शुद्धता अधिक असणे आवश्यक आहे. जर स्टेनलेस स्टीलच्या पृष्ठभागावर तांबे किंवा निकेलचा मुलामा दिला असेल, तर शिल्डिंग गॅसच्या शुद्धतेची आवश्यकता कमी केली जाऊ शकते. स्टेनलेस स्टीलच्या पृष्ठभागावरील ऑक्साईड फिल्म काढून टाकण्याची खात्री करण्यासाठी, BF3 गॅस फ्लक्स देखील टाकला जाऊ शकतो आणि लिथियम किंवा बोरॉन असलेले सेल्फ फ्लक्स सोल्डर देखील वापरले जाऊ शकते. स्टेनलेस स्टीलचे व्हॅक्यूम ब्रेझिंग करताना, व्हॅक्यूमच्या प्रमाणाची आवश्यकता ब्रेझिंग तापमानावर अवलंबून असते. ब्रेझिंग तापमान वाढल्याने, आवश्यक व्हॅक्यूम कमी केला जाऊ शकतो.

ब्रेझिंगनंतर स्टेनलेस स्टीलची मुख्य प्रक्रिया म्हणजे शिल्लक राहिलेला फ्लक्स आणि शिल्लक राहिलेला फ्लो इनहिबिटर स्वच्छ करणे, आणि आवश्यक असल्यास ब्रेझिंगनंतरची उष्णता प्रक्रिया (पोस्ट ब्रेझिंग हीट ट्रीटमेंट) करणे. वापरलेल्या फ्लक्स आणि ब्रेझिंग पद्धतीनुसार, शिल्लक राहिलेला फ्लक्स पाण्याने धुऊन, यांत्रिकरित्या किंवा रासायनिकरित्या स्वच्छ केला जाऊ शकतो. जर जोडाजवळील तापलेल्या भागातील शिल्लक राहिलेला फ्लक्स किंवा ऑक्साईडचा थर स्वच्छ करण्यासाठी अपघर्षक (abrasive) वापरायचा असेल, तर वाळू किंवा इतर अधातू सूक्ष्म कणांचा वापर करावा. मार्टेन्सिटिक स्टेनलेस स्टील आणि प्रेसिपिटेशन हार्डनिंग स्टेनलेस स्टीलपासून बनवलेल्या भागांना ब्रेझिंगनंतर सामग्रीच्या विशेष गरजेनुसार उष्णता प्रक्रियेची आवश्यकता असते. Ni Cr B आणि Ni Cr Si फिलर मेटल्स वापरून ब्रेझिंग केलेल्या स्टेनलेस स्टीलच्या जोडांवर, ब्रेझिंग गॅपची आवश्यकता कमी करण्यासाठी आणि जोडांची सूक्ष्म-संरचना (microstructure) व गुणधर्म सुधारण्यासाठी, ब्रेझिंगनंतर अनेकदा डिफ्यूजन उष्णता प्रक्रिया (diffusion heat treatment) केली जाते.