스테인리스 스틸 브레이징: 설명

1. 브레이징 성능

스테인리스강 납땜의 주요 문제는 표면에 산화막이 존재하여 필러 금속의 습윤성과 확산에 큰 영향을 미친다는 점입니다.

다양한 스테인리스강에는 상당한 양의 Cr이 포함되어 있으며 일부는 표면에 다양한 산화물과 복합 산화물까지 형성할 수 있는 Ni, Ti, Mn, Mo, Nb 등의 원소도 포함되어 있습니다. 그중에서도 Cr과 Ti의 산화물, Cr₂O₃ 및 TiO₂는 매우 안정적이고 제거하기 어렵습니다.

공기 중에서 브레이징할 때는 활성 플럭스를 사용하여 산화막을 제거해야 합니다. 보호 분위기에서 브레이징할 때 산화막은 낮은 이슬점, 고순도 분위기, 충분히 높은 온도에서만 환원될 수 있습니다. 진공 브레이징에서는 우수한 브레이징 효과를 얻기 위해 높은 진공과 온도가 필요합니다.

스테인리스강 브레이징의 또 다른 문제는 가열 온도가 모재의 미세 구조에 큰 영향을 미친다는 점입니다. 오스테나이트 스테인리스강 브레이징의 가열 온도는 과도한 입자 성장이 발생할 수 있으므로 1150°C를 초과해서는 안 됩니다.

오스테나이트 계 스테인리스강에 Ti 또는 Nb와 같은 안정화 원소가 포함되어 있지 않고 높은 탄소 함량크롬 탄화물의 침전을 방지하고 내식성을 감소시키기 위해 감응 온도 범위(500-850°C) 내에서 납땜을 피해야 합니다.

온도 선택 마르텐사이트 스테인리스 스틸 브레이징은 더 엄격합니다. 납땜 온도를 담금질 온도와 일치시켜야 하며, 이를 위해 브레이징 프로세스 열처리 공정을 사용하거나 브레이징 중 모재가 연화되는 것을 방지하기 위해 브레이징 온도를 템퍼링 온도보다 낮게 설정해야 합니다.

침전 경화 스테인리스강 브레이징의 온도 선택 원리는 최적의 기계적 특성을 얻기 위해 브레이징 온도가 열처리 체제와 일치해야 하는 마르텐사이트 스테인리스강 브레이징의 원리와 동일합니다.

위의 두 가지 주요 문제 외에도 오스테나이트 계 스테인리스강은 특히 구리-아연 필러 금속으로 브레이징할 때 브레이징 중 응력 균열이 발생하기 쉽습니다. 응력 균열을 방지하려면 공작물에 응력 완화 처리를 해야 합니다. 어닐링 를 가열하고 납땜 중 공작물의 가열은 가능한 한 균일해야 합니다.

  2. 브레이징 재료

   (1) 필러 금속

 스테인리스강 용접의 요구 사항에 따라 스테인리스강 브레이징에 일반적으로 사용되는 필러 금속에는 주석-납 땜납, 은 기반 필러 금속, 구리 기반 필러 금속, 망간 기반 필러 금속, 니켈 기반 필러 금속 및 귀금속 필러 금속이 있습니다.

주석-납 땜납은 주로 스테인리스 스틸의 소프트 브레이징에 사용되며 주석 함량이 높을수록 선호됩니다. 필러 금속의 주석 함량이 높을수록 스테인리스 스틸에 대한 습윤성이 향상됩니다.

일반적으로 사용되는 몇 가지 주석-납 땜납으로 브레이징된 1Cr18Ni9Ti 스테인리스강 조인트의 전단 강도는 표 3에 나와 있습니다. 조인트 강도가 낮기 때문에 하중을 견디는 요구 사항이 낮은 부품을 브레이징하는 데에만 사용됩니다.

표 3 주석 납 땜납으로 브레이징된 1Cr18Ni9Ti 스테인리스강 조인트의 전단 강도

은 기반 필러 금속은 스테인리스강 브레이징에 가장 일반적으로 사용되는 필러 금속으로, 은-구리-아연 및 은-구리-아연-카드뮴 필러 금속이 모재의 특성에 미치는 영향을 최소화하기 때문에 가장 널리 사용되고 있습니다. 납땜 온도.

일반적으로 사용되는 몇 가지 은계 필러 금속으로 브레이징된 1Cr18Ni9Ti 스테인리스강 조인트의 강도는 표 4에 나와 있습니다. 은계 필러 금속으로 브레이징된 스테인리스강 조인트는 부식성이 강한 환경에서는 거의 사용되지 않으며, 조인트의 작동 온도는 일반적으로 300°C를 초과하지 않습니다.

니켈이 없는 스테인리스강을 납땜할 때는 습한 환경에서 납땜 조인트의 부식을 방지하기 위해 B-Ag50CuZnCdNi와 같이 니켈 함량이 높은 필러 금속을 사용해야 합니다.

마르텐사이트계 스테인리스강을 납땜할 때는 모재의 연화를 방지하기 위해 납땜 온도가 650°C를 넘지 않는 필러 금속(예: B-Ag40CuZnCd)을 사용해야 합니다.

보호 분위기에서 스테인리스 스틸을 납땜할 때 B-Ag92CuLi 및 B-Ag72CuLi와 같은 리튬이 포함된 자가 용융 필러 금속을 사용하여 표면의 산화막을 제거할 수 있습니다.

진공 상태에서 스테인리스강을 납땜할 때 Mn, Ni, Rd와 같은 원소가 포함된 은 필러 금속을 선택하면 Zn, Cd와 같이 쉽게 증발하는 원소 없이도 필러 금속의 우수한 습윤성을 보장할 수 있습니다.

표 4 힘 은 기반 필러 금속으로 브레이징된 1Cr18Ni9Ti 스테인리스 스틸 조인트의 비율

다양한 강철 접합부를 납땜하는 데 사용되는 주요 구리 기반 납땜 재료는 순수 구리, 구리-니켈 및 구리-망간-코발트 납땜 재료입니다. 순수 구리 브레이징 재료는 주로 가스 보호 또는 진공 조건에서 납땜하는 데 사용됩니다.

작동 온도가 400℃를 넘지 않는 스테인리스강 조인트에 적합하지만 내산화성은 좋지 않습니다. 구리-니켈 브레이징 재료는 주로 화염 브레이징 및 유도 브레이징에 사용됩니다.

1Cr18Ni9Ti 스테인리스 스틸 브레이징 조인트의 강도는 표 5에 나와 있습니다. 조인트는 기본 재료와 동일한 강도를 가지며 더 높은 온도에서 작동할 수 있음을 알 수 있습니다.

구리-망간-코발트 브레이징 재료는 주로 보호 분위기에서 마르텐사이트 스테인리스강을 브레이징하는 데 사용됩니다. 조인트의 강도와 작동 온도는 금 기반 브레이징 재료로 브레이징한 조인트와 비슷할 수 있습니다.

예를 들어, B-Cu58MnCo 브레이징 재료로 브레이징한 1Cr13 스테인리스강 조인트의 성능은 B-Au82Ni 브레이징 재료로 브레이징한 동일한 스테인리스강 조인트와 동등하지만 생산 비용이 크게 절감됩니다(표 6 참조).

표 5 고온 구리 기반 브레이징 재료로 브레이징한 1Cr18Ni9Ti 스테인리스 스틸 조인트의 전단 강도.

표 5 고온 구리 기반 브레이징 재료로 브레이징한 1Cr18Ni9Ti 스테인리스 스틸 조인트의 전단 강도.

표 6 1Cr13 스테인리스강 브레이징 조인트의 전단 강도

망간 기반 브레이징 재료는 주로 가스 차폐 브레이징에 사용되며 고순도 가스가 필요합니다. 모재의 입자 성장을 방지하려면 해당 브레이징 재료와 함께 1150℃ 이하의 브레이징 온도를 사용하는 것이 좋습니다.

표 7과 같이 망간 기반 브레이징 재료를 사용하여 브레이징한 스테인리스강 조인트는 만족스러운 브레이징 결과를 얻을 수 있습니다. 이 조인트는 최대 600℃의 작동 온도를 견딜 수 있습니다.

표 7 망간 기반 브레이징 재료로 브레이징한 1Cr18Ni9Ti 스테인리스강 조인트의 전단 강도.

니켈 기반 땜납을 스테인리스강 브레이징에 사용하면 조인트의 고온 성능이 우수합니다. 이 유형의 땜납은 일반적으로 가스 차폐 브레이징 또는 진공 브레이징에 사용됩니다.

납땜 접합부에 취성 화합물이 과도하게 형성되어 접합 강도와 가소성이 크게 감소하는 문제를 극복하려면 접합 간극을 최대한 최소화하고 땜납에서 취성 상이 쉽게 형성되는 요소를 모재에 완전히 확산시켜야 합니다.

과도한 절연 시간으로 인해 납땜 온도에서 모재의 입자 성장 현상을 방지하기 위해 납땜 후 단기 절연 및 저온(납땜 온도 대비) 확산 처리를 채택할 수 있습니다.

스테인리스 스틸 납땜에 사용되는 귀금속 솔더에는 주로 금 기반 솔더와 팔라듐 함유 솔더가 있으며, 그 중 가장 대표적인 솔더는 B-Au82Ni와 B-Ag54CuPd입니다. B-Au82Ni는 습윤성이 우수합니다.

브레이징 스테인레스 스틸 조인트는 고온 강도와 내 산화성이 높으며 최대 작동 온도는 800℃에 달할 수 있습니다. B-Ag54CuPd는 B-Au82Ni와 특성이 유사하고 가격이 저렴하여 B-Au82Ni를 대체하는 경향이 있습니다.

(2) 브레이징 플럭스 및 용광로 분위기: 스테인리스 스틸의 표면에는 Cr과 같은 산화물이 포함되어 있습니다.₂O₃ 및 TiO₂활성 플럭스를 사용하여 제거해야 합니다. 주석 납 땜납으로 스테인리스 스틸을 납땜할 때는 인산 용액 또는 산화아연 염산 용액을 플럭스로 사용할 수 있습니다.

인산 용액은 활성화 시간이 짧고 빠른 가열 브레이징 방법이 필요합니다. 은 기반 땜납으로 스테인리스 스틸을 납땜할 때는 FB102, FB103 또는 FB104 플럭스를 사용할 수 있습니다. 구리 기반 땜납으로 스테인리스강을 납땜할 때는 납땜 온도가 더 높기 때문에 FB105 플럭스를 사용합니다.

용광로에서 스테인리스강을 납땜할 때는 일반적으로 진공 분위기 또는 수소, 아르곤, 분해 암모니아와 같은 보호 분위기가 사용됩니다. 진공 브레이징의 경우 진공 압력은 10-2Pa보다 낮아야 합니다.

보호 분위기에서 브레이징할 때 가스의 이슬점은 -40℃를 넘지 않아야 합니다. 가스 순도가 충분하지 않거나 브레이징 온도가 높지 않은 경우 삼불화 붕소와 같은 소량의 가스 플럭스를 대기에 추가할 수 있습니다.

3. 납땜 기술

스테인리스 스틸을 납땜하기 전에 그리스와 유막을 제거하기 위해 더 엄격한 세척을 수행해야 하며, 세척 후 즉시 납땜을 수행해야 합니다.

스테인리스 스틸 브레이징은 불꽃, 유도 또는 용광로 가열 방법을 사용하여 수행할 수 있습니다. 용광로 브레이징에 사용되는 용광로는 온도 제어 시스템이 우수해야 하며(브레이징 온도 편차가 ±6℃ 이내여야 함) 빠르게 냉각할 수 있어야 합니다.

수소를 납땜용 보호 가스로 사용하는 경우, 수소에 대한 요구 사항은 납땜 온도와 모재의 구성에 따라 달라집니다.

즉, 납땜 온도가 낮고 모재의 안정제 함량이 높을수록 수소 가스의 이슬점이 낮아야 합니다.

예를 들어, 1Cr13 및 Cr17Ni2t와 같은 마르텐사이트계 스테인리스강의 경우 1000℃ 브레이징 온도에서 수소 기체의 이슬점이 -40℃ 미만이어야 하며, 불안정화 18-8 크롬-니켈 스테인리스강의 경우 1150℃ 브레이징 온도에서 수소 기체의 이슬점이 25℃ 미만이어야 하지만 1Cr18Ni9Ti 스테인리스강은 다음과 같은 특성을 가진다. 티타늄 안정제를 사용할 경우 1150℃ 납땜 온도에서 수소 가스의 이슬점은 -40℃ 미만이어야 합니다.

납땜용 보호 가스로 아르곤을 사용하는 경우, 더 높은 순도의 아르곤 가스가 필요합니다.

스테인리스 스틸 표면에 구리 또는 니켈 도금을 적용하면 보호 가스의 순도에 대한 요구 사항을 줄일 수 있습니다.

스테인리스 스틸 표면의 산화막을 제거하기 위해 BF3 가스 플럭스를 추가하거나 리튬 또는 붕소가 포함된 자체 플럭싱 솔더를 사용할 수 있습니다. 스테인리스강 진공 브레이징에 필요한 진공은 브레이징 온도에 따라 달라집니다. 브레이징 온도가 높아지면 필요한 진공도를 낮출 수 있습니다.

스테인리스 스틸 브레이징 후 주요 공정은 잔류 플럭스와 잔류 플럭스 억제제를 세척하고, 필요한 경우 브레이징 후 열처리를 수행하는 것입니다. 사용된 플럭스 및 브레이징 방법에 따라 잔류 플럭스는 물 세척, 기계 세척 또는 화학 세척을 통해 제거할 수 있습니다.

연마제를 사용하여 조인트 부근의 잔류 플럭스 또는 산화막을 청소하는 경우, 모래 또는 기타 비금속 미세 입자를 사용해야 합니다.

마르텐사이트 계 스테인리스강 및 침전 경화 스테인리스강 부품의 경우 재료의 특수 요구 사항에 따라 납땜 후 열처리가 필요합니다.

니켈-크롬-붕소 및 니켈-크롬-실리콘 솔더로 납땜된 스테인리스강 조인트는 종종 납땜 후 확산 열처리를 거쳐 조인트 간격에 대한 요구 사항을 줄이고 조인트의 구조와 특성을 개선합니다.