Hartlöten von rostfreiem Stahl: Erläutert

1. Lötleistung

Das Hauptproblem beim Löten von rostfreiem Stahl ist das Vorhandensein von Oxidschichten auf der Oberfläche, die die Benetzbarkeit und die Ausbreitung des Zusatzwerkstoffs erheblich beeinträchtigen.

Verschiedene nichtrostende Stähle enthalten eine beträchtliche Menge an Cr, und einige enthalten auch Elemente wie Ni, Ti, Mn, Mo, Nb usw., die auf der Oberfläche verschiedene Oxide und sogar komplexe Oxide bilden können. Unter ihnen sind die Oxide von Cr und Ti, Cr₂O₃ und TiO₂sind recht stabil und schwer zu entfernen.

Beim Löten an der Luft ist ein aktives Flussmittel erforderlich, um sie zu entfernen. Beim Löten in einer Schutzgasatmosphäre kann die Oxidschicht nur bei niedrigem Taupunkt, hochreiner Atmosphäre und ausreichend hoher Temperatur reduziert werden. Beim Vakuumlöten sind ein hohes Vakuum und eine hohe Temperatur erforderlich, um eine gute Lötwirkung zu erzielen.

Ein weiteres Problem beim Löten von nichtrostendem Stahl ist, dass die Erhitzungstemperatur einen erheblichen Einfluss auf die Mikrostruktur des Grundmaterials hat. Die Erhitzungstemperatur für das Hartlöten von austenitischem rostfreiem Stahl sollte 1150°C nicht überschreiten, da sonst übermäßiges Kornwachstum auftreten kann.

Enthält der austenitische rostfreie Stahl keine stabilisierenden Elemente wie Ti oder Nb und hat einen hohen KohlenstoffgehaltDas Löten innerhalb des Sensibilisierungstemperaturbereichs (500-850°C) sollte vermieden werden, um die Ausscheidung von Chromkarbiden zu verhindern und die Korrosionsbeständigkeit zu verringern.

Die Temperaturauswahl für martensitischer rostfreier Stahl Das Hartlöten ist strenger. Entweder muss die Löttemperatur der Abschrecktemperatur entsprechen, wobei die Lötprozess oder die Löttemperatur sollte niedriger sein als die Anlasstemperatur, um eine Erweichung des Grundmaterials während des Lötens zu verhindern.

Das Prinzip der Temperaturwahl beim Löten von ausscheidungshärtendem rostfreiem Stahl ist das gleiche wie bei martensitischem rostfreiem Stahl, bei dem die Löttemperatur mit dem Wärmebehandlungsverfahren übereinstimmen muss, um optimale mechanische Eigenschaften zu erzielen.

Zusätzlich zu den beiden oben genannten Hauptproblemen neigt austenitischer nichtrostender Stahl beim Löten zu Spannungsrissen, insbesondere beim Löten mit Kupfer-Zink-Zusatzwerkstoffen. Um Spannungsrisse zu vermeiden, sollte das Werkstück einem Spannungsabbau unterzogen werden Glühen vor dem Löten, und die Erwärmung des Werkstücks während des Lötens sollte so gleichmäßig wie möglich sein.

  2. Hartlötende Materialien

   (1) Schweißzusatzwerkstoffe

 Je nach den Anforderungen an Schweißnähte aus nichtrostendem Stahl werden für das Löten von nichtrostendem Stahl in der Regel Zinn-Blei-Lot, Lote auf Silber-, Kupfer-, Mangan- und Nickel-Basis sowie Edelmetall-Lote verwendet.

Zinn-Blei-Lot wird hauptsächlich zum Weichlöten von nichtrostendem Stahl verwendet, wobei ein höherer Zinngehalt bevorzugt wird. Je höher der Zinngehalt im Lot ist, desto besser ist seine Benetzungsfähigkeit auf nichtrostendem Stahl.

Die Scherfestigkeit von Verbindungen aus rostfreiem Stahl 1Cr18Ni9Ti, die mit verschiedenen gebräuchlichen Zinn-Blei-Loten gelötet wurden, ist in Tabelle 3 aufgeführt. Aufgrund der geringen Verbindungsfestigkeit wird es nur für Lötteile mit geringen Belastungsanforderungen verwendet.

Tabelle 3 Scherfestigkeit von Verbindungen aus nichtrostendem Stahl 1Cr18Ni9Ti, gelötet mit Zinn-Blei-Lot

Schweißzusätze auf Silberbasis sind die am häufigsten verwendeten Schweißzusätze für das Hartlöten von rostfreiem Stahl, wobei Silber-Kupfer-Zink- und Silber-Kupfer-Zink-Cadmium-Zusatzwerkstoffe aufgrund ihrer minimalen Auswirkungen auf die Eigenschaften des Grundmaterials am häufigsten verwendet werden. Löttemperaturen.

Die Festigkeit von Verbindungen aus nichtrostendem Stahl 1Cr18Ni9Ti, die mit verschiedenen gängigen Silberlotlegierungen gelötet werden, ist in Tabelle 4 aufgeführt. Hartgelötete Verbindungen aus nichtrostendem Stahl mit Silberlot werden nur selten in stark korrosiven Umgebungen eingesetzt, und die Betriebstemperatur der Verbindungen liegt im Allgemeinen nicht über 300 °C.

Beim Löten von nichtrostendem Stahl ohne Nickel sollte ein Lot mit höherem Nickelgehalt, wie z. B. B-Ag50CuZnCdNi, verwendet werden, um die Korrosion der Lötstelle in feuchter Umgebung zu verhindern.

Beim Hartlöten von martensitischem rostfreiem Stahl sollte ein Lot mit einer Löttemperatur von nicht mehr als 650°C, wie z.B. B-Ag40CuZnCd, verwendet werden, um eine Erweichung des Grundmaterials zu verhindern.

Beim Hartlöten von nichtrostendem Stahl unter Schutzgas kann ein selbstfließendes, lithiumhaltiges Lot wie B-Ag92CuLi und B-Ag72CuLi verwendet werden, um die Oxidschicht auf der Oberfläche zu entfernen.

Beim Löten von rostfreiem Stahl im Vakuum kann ein Silberlot gewählt werden, das Elemente wie Mn, Ni und Rd enthält, um gute Benetzungseigenschaften des Lotes auch ohne leicht verdampfende Elemente wie Zn und Cd zu gewährleisten.

Tabelle 4 Stärke von Verbindungen aus rostfreiem Stahl 1Cr18Ni9Ti, gelötet mit silberhaltigen Zusatzwerkstoffen

Die wichtigsten Hartlötmaterialien auf Kupferbasis, die zum Löten verschiedener Stahlverbindungen verwendet werden, sind reine Kupfer-, Kupfer-Nickel- und Kupfer-Mangan-Kobalt-Lote. Reines Kupferlöten wird hauptsächlich zum Löten unter Schutzgas- oder Vakuumbedingungen verwendet.

Es eignet sich für Verbindungen aus nichtrostendem Stahl mit einer Arbeitstemperatur von nicht mehr als 400℃, aber seine Oxidationsbeständigkeit ist nicht gut. Kupfer-Nickel-Lötmaterial wird hauptsächlich für Flamm- und Induktionslöten verwendet.

Die Festigkeit der Hartlötverbindung aus nichtrostendem Stahl 1Cr18Ni9Ti ist in Tabelle 5 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Verbindung die gleiche Festigkeit wie das Grundmaterial aufweist und bei höheren Temperaturen eingesetzt werden kann.

Das Kupfer-Mangan-Kobalt-Hartlot wird hauptsächlich zum Hartlöten von martensitischem rostfreiem Stahl in einer Schutzgasatmosphäre verwendet. Die Festigkeit und die Arbeitstemperatur der Verbindung sind vergleichbar mit denen von Verbindungen, die mit Hartlot auf Goldbasis gelötet werden.

Zum Beispiel ist die Leistung einer Verbindung aus rostfreiem Stahl 1Cr13, die mit dem Hartlot B-Cu58MnCo gelötet wurde, gleichwertig mit der gleichen Verbindung aus rostfreiem Stahl, die mit dem Hartlot B-Au82Ni gelötet wurde (siehe Tabelle 6), aber die Produktionskosten sind erheblich geringer.

Tabelle 5: Scherfestigkeit von Verbindungen aus nichtrostendem Stahl 1Cr18Ni9Ti, die mit Hochtemperaturlötmaterial auf Kupferbasis gelötet wurden.

Tabelle 5: Scherfestigkeit von Verbindungen aus nichtrostendem Stahl 1Cr18Ni9Ti, die mit Hochtemperaturlötmaterial auf Kupferbasis gelötet wurden.

Tabelle 6 Scherfestigkeit von Lötverbindungen aus nichtrostendem Stahl 1Cr13

Hartlötmaterialien auf Manganbasis werden hauptsächlich für Schutzgaslötungen verwendet, und es ist hochreines Gas erforderlich. Um ein Kornwachstum im Grundwerkstoff zu verhindern, ist es ratsam, mit dem entsprechenden Lotwerkstoff Löttemperaturen unter 1150℃ zu verwenden.

Bei Verbindungen aus nichtrostendem Stahl, die mit Lötmitteln auf Manganbasis gelötet werden, können zufriedenstellende Lötergebnisse erzielt werden (siehe Tabelle 7). Die Verbindung kann Arbeitstemperaturen von bis zu 600℃ standhalten.

Tabelle 7 Scherfestigkeit von Verbindungen aus rostfreiem Stahl 1Cr18Ni9Ti, die mit einem Hartlot auf Manganbasis gelötet wurden.

Wird Nickelbasislot zum Hartlöten von rostfreiem Stahl verwendet, weist die Verbindung eine gute Hochtemperaturleistung auf. Diese Art von Lot wird im Allgemeinen für das Hartlöten unter Schutzgas oder im Vakuum verwendet.

Um das Problem der übermäßigen Bildung von spröden Verbindungen in der Lötverbindung, die zu einer erheblichen Verringerung der Festigkeit und Plastizität der Verbindung führt, zu vermeiden, sollte das Verbindungsspiel so weit wie möglich minimiert werden, und die Elemente, die leicht spröde Phasen im Lot bilden, sollten vollständig in das Grundmaterial diffundieren.

Um das Phänomen des Kornwachstums im Grundwerkstoff bei der Löttemperatur aufgrund einer zu langen Isolierzeit zu verhindern, kann nach dem Löten eine kurzzeitige Isolierung und eine Diffusionsbehandlung bei niedriger Temperatur (im Vergleich zur Löttemperatur) durchgeführt werden.

Zu den Edelmetallloten, die zum Hartlöten von rostfreiem Stahl verwendet werden, gehören hauptsächlich Lote auf Goldbasis und palladiumhaltige Lote, von denen die typischsten B-Au82Ni und B-Ag54CuPd sind. B-Au82Ni hat eine gute Benetzbarkeit.

Die hartgelötete Verbindung aus rostfreiem Stahl hat eine hohe Hochtemperaturfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit, und die maximale Arbeitstemperatur kann 800℃ erreichen. B-Ag54CuPd hat ähnliche Eigenschaften wie B-Au82Ni und einen niedrigeren Preis, so dass es eine Tendenz gibt, B-Au82Ni zu ersetzen.

(2) Lötflussmittel und Ofenatmosphäre: Die Oberfläche von rostfreiem Stahl enthält Oxide wie Cr₂O₃ und TiO₂die mit einem aktiven Flussmittel entfernt werden müssen. Beim Löten von nichtrostendem Stahl mit Zinn-Blei-Lot kann als Flussmittel eine Phosphorsäurelösung oder eine Zinkoxid-Salzsäure-Lösung verwendet werden.

Die Phosphorsäurelösung hat eine kurze Aktivierungszeit und erfordert ein schnelles Erwärmungslötverfahren. Beim Löten von rostfreiem Stahl mit Silberlot können die Flussmittel FB102, FB103 oder FB104 verwendet werden. Beim Löten von rostfreiem Stahl mit Lötmitteln auf Kupferbasis wird aufgrund der höheren Löttemperatur das Flussmittel FB105 verwendet.

Beim Hartlöten von rostfreiem Stahl in einem Ofen werden in der Regel eine Vakuumatmosphäre oder Schutzatmosphären wie Wasserstoff, Argon und zersetztes Ammoniak verwendet. Beim Vakuumlöten sollte der Vakuumdruck niedriger als 10-2Pa sein.

Beim Löten in einer Schutzgasatmosphäre sollte der Taupunkt des Gases -40℃ nicht überschreiten. Wenn die Gasreinheit nicht ausreicht oder die Löttemperatur nicht hoch ist, kann der Atmosphäre eine kleine Menge eines Gasflussmittels wie Bortrifluorid zugesetzt werden.

3. Löttechniken

Vor dem Hartlöten von rostfreiem Stahl muss eine gründliche Reinigung erfolgen, um Fett- und Ölfilme zu entfernen, und das Hartlöten sollte unmittelbar nach der Reinigung erfolgen.

Das Hartlöten von rostfreiem Stahl kann mit Hilfe von Flammen-, Induktions- oder Ofenerwärmungsverfahren durchgeführt werden. Der für das Ofenlöten verwendete Ofen muss über ein gutes Temperaturregelungssystem verfügen (die Abweichung der Löttemperatur sollte innerhalb von ±6℃ liegen) und schnell abkühlen können.

Bei der Verwendung von Wasserstoff als Schutzgas beim Löten hängen die Anforderungen an den Wasserstoff von der Löttemperatur und der Zusammensetzung des Grundmaterials ab.

Das heißt, je niedriger die Löttemperatur und je höher der Stabilisatorgehalt im Grundmaterial ist, desto niedriger muss der Taupunkt des Wasserstoffgases sein.

Zum Beispiel sollte bei martensitischen nichtrostenden Stählen wie 1Cr13 und Cr17Ni2t der Taupunkt des Wasserstoffgases bei einer Löttemperatur von 1000℃ unter -40℃ liegen; bei nicht stabilisierten nichtrostenden 18-8-Chrom-Nickel-Stählen sollte der Taupunkt des Wasserstoffgases bei einer Löttemperatur von 1150℃ unter 25℃ liegen; bei nichtrostendem 1Cr18Ni9Ti-Stahl mit Titan Stabilisator, muss der Taupunkt des Wasserstoffgases bei 1150℃ Löttemperatur unter -40℃ liegen.

Bei der Verwendung von Argon als Schutzgas beim Löten ist eine höhere Reinheit des Argongases erforderlich.

Wenn die Oberfläche von nichtrostendem Stahl verkupfert oder vernickelt wird, können die Anforderungen an die Reinheit des Schutzgases verringert werden.

Um die Entfernung der Oxidschicht auf der Oberfläche des nichtrostenden Stahls zu gewährleisten, kann ein BF3-Gasflussmittel hinzugefügt werden, oder es können selbstfließende, lithium- oder borhaltige Lote verwendet werden. Das für das Vakuumlöten von nichtrostendem Stahl erforderliche Vakuum hängt von der Löttemperatur ab. Mit zunehmender Löttemperatur kann der erforderliche Vakuumgrad verringert werden.

Nach dem Hartlöten von rostfreiem Stahl müssen in erster Linie die Flussmittelreste und der Rest des Flussmittelinhibitors entfernt und gegebenenfalls eine Wärmebehandlung nach dem Hartlöten durchgeführt werden. Je nach verwendetem Flussmittel und Lötverfahren können Flussmittelreste durch Wasserspülung, mechanische Reinigung oder chemische Reinigung entfernt werden.

Wenn Schleifmittel zum Reinigen von Flussmittelresten oder Oxidschichten in der Nähe der Verbindungsstelle verwendet werden, sollten Sand oder andere nicht-metallisch feine Partikel verwendet werden sollten.

Für Teile aus martensitischem nichtrostendem Stahl und ausscheidungsgehärtetem nichtrostendem Stahl ist eine Wärmebehandlung nach dem Hartlöten entsprechend den besonderen Anforderungen des Materials erforderlich.

Verbindungen aus nichtrostendem Stahl, die mit Nickel-Chrom-Bor- und Nickel-Chrom-Silizium-Loten gelötet werden, werden nach dem Löten häufig einer Diffusionswärmebehandlung unterzogen, um die Anforderungen an die Fugenspalte zu verringern und die Struktur und die Eigenschaften der Verbindung zu verbessern.