Brasage de l'acier inoxydable : Explication

1. Performance du brasage

Le principal problème du brasage de l'acier inoxydable est la présence de films d'oxyde sur la surface, qui affecte considérablement la mouillabilité et l'étalement du métal d'apport.

Divers aciers inoxydables contiennent une quantité considérable de Cr, et certains contiennent également des éléments tels que Ni, Ti, Mn, Mo, Nb, etc., qui peuvent former divers oxydes et même des oxydes complexes à la surface. Parmi eux, les oxydes de Cr et Ti, Cr₂O₃ et TiO₂sont assez stables et difficiles à enlever.

Lors du brasage à l'air, un flux actif est nécessaire pour les éliminer. Lors du brasage dans une atmosphère protectrice, le film d'oxyde ne peut être réduit que si le point de rosée est bas, si l'atmosphère est très pure et si la température est suffisamment élevée. Dans le brasage sous vide, un vide et une température élevés sont nécessaires pour obtenir de bons effets de brasage.

Un autre problème lié au brasage de l'acier inoxydable est que la température de chauffage a un impact significatif sur la microstructure du matériau de base. La température de chauffage pour le brasage de l'acier inoxydable austénitique ne doit pas dépasser 1150°C, car une croissance excessive du grain peut se produire.

Si l'acier inoxydable austénitique ne contient pas d'éléments stabilisants tels que Ti ou Nb et a une teneur élevée en oxygène, il peut être utilisé pour la fabrication d'autres produits. teneur en carboneLe brasage dans la plage de température de sensibilisation (500-850°C) doit être évité pour empêcher la précipitation de carbures de chrome et réduire la résistance à la corrosion.

La sélection de la température pour acier inoxydable martensitique Le brasage est plus rigoureux. Elle exige que la température de brasage corresponde à la température de trempe, en combinant la température de brasage et la température de trempe. processus de brasage avec le processus de traitement thermique, ou la température de brasage doit être inférieure à la température de revenu pour éviter le ramollissement du matériau de base pendant le brasage.

Le principe de sélection de la température pour le brasage de l'acier inoxydable à durcissement par précipitation est le même que pour l'acier inoxydable martensitique, où la température de brasage doit correspondre au régime de traitement thermique pour obtenir des propriétés mécaniques optimales.

Outre les deux problèmes principaux susmentionnés, l'acier inoxydable austénitique est sujet à la fissuration sous contrainte pendant le brasage, en particulier lorsqu'il est brasé avec des métaux d'apport cuivre-zinc. Pour éviter la fissuration sous contrainte, la pièce doit être soumise à un traitement de détente recuit avant le brasage, et le chauffage de la pièce pendant le brasage doit être aussi uniforme que possible.

  2. Matériaux de brasage

   (1) Métaux d'apport

 Selon les exigences des pièces soudées en acier inoxydable, les métaux d'apport couramment utilisés pour le brasage de l'acier inoxydable comprennent les soudures étain-plomb, les métaux d'apport à base d'argent, les métaux d'apport à base de cuivre, les métaux d'apport à base de manganèse, les métaux d'apport à base de nickel et les métaux d'apport à base de métaux précieux.

La brasure étain-plomb est principalement utilisée pour le brasage tendre de l'acier inoxydable, et une teneur en étain plus élevée est préférable. Plus la teneur en étain du métal d'apport est élevée, meilleure est sa capacité de mouillage sur l'acier inoxydable.

La résistance au cisaillement des joints en acier inoxydable 1Cr18Ni9Ti brasés avec plusieurs brasures étain-plomb couramment utilisées est indiquée dans le tableau 3. En raison de la faible résistance du joint, il n'est utilisé que pour le brasage de pièces ayant de faibles exigences en matière de charge.

Tableau 3 Résistance au cisaillement des joints en acier inoxydable 1Cr18Ni9Ti brasés à l'étain-plomb

Les métaux d'apport à base d'argent sont les plus couramment utilisés pour le brasage de l'acier inoxydable, les métaux d'apport argent-cuivre-zinc et argent-cuivre-zinc-cadmium étant les plus utilisés en raison de leur impact minime sur les propriétés du matériau de base à l'intérieur de l'acier inoxydable. températures de brasage.

La résistance des joints en acier inoxydable 1Cr18Ni9Ti brasés avec plusieurs métaux d'apport à base d'argent couramment utilisés est indiquée dans le tableau 4. Les joints en acier inoxydable brasés avec des métaux d'apport à base d'argent sont rarement utilisés dans des environnements très corrosifs, et la température de fonctionnement des joints ne dépasse généralement pas 300°C.

Lors du brasage d'acier inoxydable sans nickel, il convient d'utiliser un métal d'apport à plus forte teneur en nickel, tel que B-Ag50CuZnCdNi, afin d'éviter la corrosion du joint brasé dans les environnements humides.

Lors du brasage de l'acier inoxydable martensitique, il convient d'utiliser un métal d'apport dont la température de brasage ne dépasse pas 650°C, tel que B-Ag40CuZnCd, afin d'éviter le ramollissement du matériau de base.

Lors du brasage de l'acier inoxydable dans une atmosphère protectrice, un métal d'apport autofluidifiant contenant du lithium, tel que B-Ag92CuLi et B-Ag72CuLi, peut être utilisé pour éliminer le film d'oxyde à la surface.

Lors du brasage de l'acier inoxydable sous vide, un métal d'apport argenté contenant des éléments tels que Mn, Ni et Rd peut être sélectionné pour garantir de bonnes propriétés de mouillage du métal d'apport, même sans éléments s'évaporant facilement, tels que Zn et Cd.

Tableau 4 Force des joints en acier inoxydable 1Cr18Ni9Ti brasés avec des métaux d'apport à base d'argent

Les principaux matériaux de brasage à base de cuivre utilisés pour le brasage de différents joints en acier sont le cuivre pur, le cuivre-nickel et le cuivre-manganèse-cobalt. Le cuivre pur brasage du cuivre est principalement utilisé pour le brasage sous protection gazeuse ou sous vide.

Il convient aux joints en acier inoxydable dont la température de travail ne dépasse pas 400℃, mais sa résistance à l'oxydation n'est pas bonne. Le matériau de brasage cuivre-nickel est principalement utilisé pour le brasage à la flamme et le brasage par induction.

La résistance du joint brasé en acier inoxydable 1Cr18Ni9Ti est indiquée dans le tableau 5. On constate que le joint a la même résistance que le matériau de base et qu'il peut fonctionner à des températures plus élevées.

Le matériau de brasage cuivre-manganèse-cobalt est principalement utilisé pour le brasage de l'acier inoxydable martensitique dans une atmosphère protectrice. La résistance et la température de travail du joint peuvent être comparables à celles d'un joint brasé avec un matériau de brasage à base d'or.

Par exemple, la performance du joint en acier inoxydable 1Cr13 brasé avec le matériau de brasage B-Cu58MnCo est équivalente à celle du même joint en acier inoxydable brasé avec le matériau de brasage B-Au82Ni (voir tableau 6), mais le coût de production est considérablement réduit.

Tableau 5 Résistance au cisaillement d'un joint en acier inoxydable 1Cr18Ni9Ti brasé avec un matériau de brasage à base de cuivre à haute température.

Tableau 5 Résistance au cisaillement d'un joint en acier inoxydable 1Cr18Ni9Ti brasé avec un matériau de brasage à base de cuivre à haute température.

Tableau 6 Résistance au cisaillement des joints brasés en acier inoxydable 1Cr13

Les matériaux de brasage à base de manganèse sont principalement utilisés pour le brasage sous protection gazeuse, et un gaz de haute pureté est nécessaire. Pour éviter la croissance du grain dans le matériau de base, il est conseillé d'utiliser des températures de brasage inférieures à 1150℃ avec le matériau de brasage correspondant.

Des résultats de brasage satisfaisants peuvent être obtenus avec des joints en acier inoxydable brasés à l'aide de matériaux de brasage à base de manganèse, comme indiqué dans le tableau 7. Le joint peut supporter des températures de travail allant jusqu'à 600℃.

Tableau 7 Résistance au cisaillement des joints en acier inoxydable 1Cr18Ni9Ti brasés avec un matériau de brasage à base de manganèse.

Lorsque la brasure à base de nickel est utilisée pour le brasage de l'acier inoxydable, le joint présente de bonnes performances à haute température. Ce type de brasure est généralement utilisé pour le brasage sous protection gazeuse ou le brasage sous vide.

Afin de résoudre le problème de la formation excessive de composés fragiles dans le joint brasé, qui entraîne une réduction significative de la résistance et de la plasticité du joint, le jeu du joint doit être minimisé autant que possible, et les éléments qui forment facilement des phases fragiles dans la brasure doivent être entièrement diffusés dans le matériau de base.

Afin d'éviter le phénomène de croissance des grains dans le matériau de base à la température de brasage en raison d'une durée d'isolation excessive, une isolation de courte durée et un traitement de diffusion à basse température (par rapport à la température de brasage) peuvent être adoptés après le brasage.

Les brasures à base de métaux précieux utilisées pour le brasage de l'acier inoxydable comprennent principalement des brasures à base d'or et des brasures contenant du palladium, dont les plus courantes sont B-Au82Ni et B-Ag54CuPd. Le B-Au82Ni présente une bonne mouillabilité.

Le joint en acier inoxydable brasé présente une résistance élevée à la haute température et à l'oxydation, et la température de travail maximale peut atteindre 800℃. Le B-Ag54CuPd a des caractéristiques similaires au B-Au82Ni et son prix est inférieur, il a donc tendance à remplacer le B-Au82Ni.

(2) Flux de brasage et atmosphère du four : La surface de l'acier inoxydable contient des oxydes tels que Cr₂O₃ et TiO₂qui doit être éliminé à l'aide d'un flux actif. Lors du brasage de l'acier inoxydable avec une brasure étain-plomb, une solution d'acide phosphorique ou une solution d'oxyde de zinc et d'acide chlorhydrique peut être utilisée comme flux.

La solution d'acide phosphorique a un temps d'activation court et nécessite une méthode de brasage à chauffage rapide. Pour le brasage de l'acier inoxydable avec une brasure à base d'argent, on peut utiliser les flux FB102, FB103 ou FB104. Pour le brasage de l'acier inoxydable avec une brasure à base de cuivre, le flux FB105 est utilisé en raison de la température de brasage plus élevée.

Lors du brasage de l'acier inoxydable dans un four, on utilise généralement une atmosphère sous vide ou des atmosphères protectrices telles que l'hydrogène, l'argon et l'ammoniac décomposé. Lors du brasage sous vide, la pression du vide doit être inférieure à 10-2Pa.

Lors du brasage dans une atmosphère protectrice, le point de rosée du gaz ne doit pas dépasser -40℃. Si la pureté du gaz n'est pas suffisante ou si la température de brasage n'est pas élevée, une petite quantité de flux gazeux tel que le trifluorure de bore peut être ajoutée à l'atmosphère.

3. Techniques de brasage

Avant de procéder au brasage de l'acier inoxydable, il convient de procéder à un nettoyage rigoureux afin d'éliminer toute pellicule de graisse et d'huile, et de procéder au brasage immédiatement après le nettoyage.

Le brasage de l'acier inoxydable peut être réalisé à l'aide de méthodes de chauffage à la flamme, par induction ou au four. Le four utilisé pour le brasage au four doit avoir un bon système de contrôle de la température (l'écart de la température de brasage doit être de ±6℃) et être capable de refroidir rapidement.

Lorsque l'hydrogène est utilisé comme gaz protecteur pour le brasage, les exigences en matière d'hydrogène dépendent de la température de brasage et de la composition du matériau de base.

En d'autres termes, plus la température de brasage est basse et plus la teneur en stabilisants du matériau de base est élevée, plus le point de rosée de l'hydrogène gazeux doit être bas.

Par exemple, pour les aciers inoxydables martensitiques tels que 1Cr13 et Cr17Ni2t, le point de rosée de l'hydrogène gazeux doit être inférieur à -40℃ à 1000℃ de température de brasage ; pour les aciers inoxydables au chrome-nickel 18-8 non stabilisés, le point de rosée de l'hydrogène gazeux doit être inférieur à 25℃ à 1150℃ de température de brasage ; mais pour l'acier inoxydable 1Cr18Ni9Ti avec titane le point de rosée de l'hydrogène gazeux à 1150℃ de température de brasage doit être inférieur à -40℃.

Lorsque l'argon est utilisé comme gaz protecteur pour le brasage, une plus grande pureté du gaz argon est nécessaire.

Si un revêtement de cuivre ou de nickel est appliqué à la surface de l'acier inoxydable, l'exigence de pureté du gaz protecteur peut être réduite.

Pour garantir l'élimination du film d'oxyde à la surface de l'acier inoxydable, il est possible d'ajouter un flux gazeux BF3 ou d'utiliser des brasures autofluidifiantes contenant du lithium ou du bore. Le vide requis pour le brasage sous vide de l'acier inoxydable dépend de la température de brasage. Avec l'augmentation de la température de brasage, le degré de vide requis peut être réduit.

Le processus principal après le brasage de l'acier inoxydable consiste à nettoyer le flux résiduel et l'inhibiteur de flux résiduel et, si nécessaire, à effectuer un traitement thermique post-brasage. En fonction du flux et de la méthode de brasage utilisés, le flux résiduel peut être éliminé par rinçage à l'eau, nettoyage mécanique ou nettoyage chimique.

Si un abrasif est utilisé pour nettoyer le flux résiduel ou la pellicule d'oxyde à proximité du joint, du sable ou d'autres produits de nettoyage peuvent être utilisés. non métallique Il convient d'utiliser des particules fines.

Pour les pièces en acier inoxydable martensitique et en acier inoxydable trempé par précipitation, un traitement thermique post-brasage est nécessaire en fonction des exigences particulières du matériau.

Les joints en acier inoxydable brasés avec des brasures nickel-chrome-bore et nickel-chrome-silicium sont souvent soumis à un traitement thermique de diffusion après le brasage afin de réduire les exigences en matière d'espacement des joints et d'améliorer la structure et les propriétés du joint.