Brasagem de aço inoxidável: explicada

1. Desempenho de brasagem

O principal problema na brasagem do aço inoxidável é a presença de filmes de óxido na superfície, o que afeta significativamente a molhabilidade e o espalhamento do metal de adição.

Vários aços inoxidáveis ​​contêm uma quantidade considerável de Cr, e alguns também contêm elementos como Ni, Ti, Mn, Mo, Nb, etc., que podem formar vários óxidos e até óxidos complexos na superfície. Entre eles, os óxidos de Cr e Ti, Cr₂Ó₃ e TiO₂são bastante estáveis ​​e difíceis de remover.

Ao soldar ao ar, é necessário um fluxo ativo para removê-los. Ao brasar em uma atmosfera protetora, o filme de óxido só pode ser reduzido sob baixo ponto de orvalho, atmosfera de alta pureza e temperatura suficientemente alta. Na brasagem a vácuo, alto vácuo e temperatura são necessários para obter bons efeitos de brasagem.

Outro problema na brasagem do aço inoxidável é que a temperatura de aquecimento tem um impacto significativo na microestrutura do material base. A temperatura de aquecimento para brasagem de aço inoxidável austenítico não deve exceder 1150°C, pois pode ocorrer crescimento excessivo de grãos.

Se o aço inoxidável austenítico não contiver elementos estabilizadores como Ti ou Nb e tiver alto teor de carbono, a brasagem dentro da faixa de temperatura de sensibilização (500-850°C) deve ser evitada para evitar a precipitação de carbonetos de cromo e reduzir a resistência à corrosão.

A seleção de temperatura para brasagem de aço inoxidável martensítico é mais rigorosa. Requer que a temperatura de brasagem corresponda à temperatura de têmpera, combinando o processo de brasagem com o processo de tratamento térmico, ou a temperatura de brasagem deve ser inferior à temperatura de revenido para evitar o amolecimento do material de base durante a brasagem.

O princípio de seleção de temperatura para a brasagem de aço inoxidável endurecido por precipitação é o mesmo do aço inoxidável martensítico, onde a temperatura de brasagem deve corresponder ao regime de tratamento térmico para obter propriedades mecânicas ideais.

Além dos dois problemas principais acima, o aço inoxidável austenítico é propenso a trincas por tensão durante a brasagem, especialmente quando brasado com metais de adição de cobre-zinco. Para evitar fissuras por tensão, a peça de trabalho deve passar por recozimento de alívio de tensão antes da brasagem, e o aquecimento da peça de trabalho durante a brasagem deve ser o mais uniforme possível.

2. Materiais de Brasagem

(1) Metais de adição

De acordo com os requisitos das soldagens de aço inoxidável, os metais de adição comumente usados ​​para brasagem de aço inoxidável incluem solda de estanho-chumbo, metais de adição à base de prata, metais de adição à base de cobre, metais de adição à base de manganês, metais de adição à base de níquel e metais preciosos. metais de adição.

A solda de estanho-chumbo é usada principalmente para brasagem suave de aço inoxidável, e um teor mais alto de estanho é preferido. Quanto maior o teor de estanho no metal de adição, melhor será sua capacidade de umedecimento no aço inoxidável.

A resistência ao cisalhamento das juntas de aço inoxidável 1Cr18Ni9Ti soldadas com várias soldas de estanho-chumbo comumente usadas está listada na Tabela 3. Devido à baixa resistência da junta, ela é usada apenas para brasagem de peças com baixos requisitos de suporte de carga.

Tabela 3 Resistência ao cisalhamento de juntas de aço inoxidável 1Cr18Ni9Ti soldadas com solda de estanho-chumbo

Os metais de adição à base de prata são os metais de adição mais comumente usados ​​para brasagem de aço inoxidável, sendo os metais de adição prata-cobre-zinco e prata-cobre-zinco-cádmio os mais amplamente utilizados devido ao seu impacto mínimo nas propriedades do material de base na brasagem. temperaturas.

A resistência das juntas de aço inoxidável 1Cr18Ni9Ti soldadas com vários metais de adição à base de prata comumente usados ​​está listada na Tabela 4. As juntas de aço inoxidável soldadas com metais de adição à base de prata raramente são usadas em ambientes altamente corrosivos, e a temperatura operacional das juntas geralmente diminui. não exceda 300°C.

Ao brasar aço inoxidável sem níquel, um metal de adição com maior teor de níquel, como B-Ag50CuZnCdNi, deve ser usado para evitar corrosão da junta soldada em ambientes úmidos.

Ao brasar aço inoxidável martensítico, um metal de adição com temperatura de brasagem não superior a 650°C, como B-Ag40CuZnCd, deve ser usado para evitar o amolecimento do material de base.

Ao brasar aço inoxidável em uma atmosfera protetora, um metal de adição autofundente contendo lítio, como B-Ag92CuLi e B-Ag72CuLi, pode ser usado para remover a película de óxido da superfície.

Ao brasar aço inoxidável no vácuo, um metal de adição de prata contendo elementos como Mn, Ni e Rd pode ser selecionado para garantir boas propriedades de umedecimento do metal de adição, mesmo sem elementos de fácil evaporação, como Zn e Cd.

Tabela 4 Resistência de juntas de aço inoxidável 1Cr18Ni9Ti soldadas com metais de adição à base de prata

Os principais materiais de brasagem à base de cobre usados ​​para brasagem de diferentes juntas de aço são materiais de brasagem de cobre puro, cobre-níquel e cobre-manganês-cobalto. O material de brasagem de cobre puro é usado principalmente para brasagem sob proteção de gás ou condições de vácuo.

É adequado para juntas de aço inoxidável com temperatura de trabalho não superior a 400 ℃, mas sua resistência à oxidação não é boa. O material de brasagem de cobre-níquel é usado principalmente para brasagem por chama e brasagem por indução.

A resistência da junta soldada do aço inoxidável 1Cr18Ni9Ti é mostrada na Tabela 5. Pode-se observar que a junta possui a mesma resistência do material base e pode trabalhar em temperaturas mais elevadas.

O material de brasagem cobre-manganês-cobalto é usado principalmente para brasagem de aço inoxidável martensítico em uma atmosfera protetora. A resistência e a temperatura de trabalho da junta podem ser comparáveis ​​às da junta soldada com material de brasagem à base de ouro.

Por exemplo, o desempenho da junta de aço inoxidável 1Cr13 soldada com material de brasagem B-Cu58MnCo é equivalente ao da mesma junta de aço inoxidável soldada com material de brasagem B-Au82Ni (ver Tabela 6), mas o custo de produção é bastante reduzido.

Tabela 5 Resistência ao cisalhamento da junta de aço inoxidável 1Cr18Ni9Ti soldada com material de brasagem à base de cobre de alta temperatura.

Tabela 5 Resistência ao cisalhamento da junta de aço inoxidável 1Cr18Ni9Ti soldada com material de brasagem à base de cobre de alta temperatura.

Tabela 6 Resistência ao cisalhamento de juntas soldadas de aço inoxidável 1Cr13

Os materiais de brasagem à base de manganês são usados ​​principalmente para brasagem com proteção de gás e é necessário gás de alta pureza. Para evitar o crescimento de grãos no material de base, é aconselhável utilizar temperaturas de brasagem abaixo de 1150°C com o material de brasagem correspondente.

Resultados satisfatórios de brasagem podem ser alcançados com juntas de aço inoxidável soldadas com materiais de brasagem à base de manganês, conforme mostrado na Tabela 7. A junta pode suportar temperaturas de trabalho de até 600°C.

Tabela 7 Resistência ao cisalhamento de juntas de aço inoxidável 1Cr18Ni9Ti soldadas com material de brasagem à base de manganês.

Quando a solda à base de níquel é usada para brasagem de aço inoxidável, a junta apresenta bom desempenho em altas temperaturas. Este tipo de solda é geralmente usado para brasagem com proteção de gás ou brasagem a vácuo.

Para superar o problema da formação excessiva de compostos frágeis na junta soldada, o que leva a uma redução significativa na resistência e na plasticidade da junta, a folga da junta deve ser minimizada tanto quanto possível, e os elementos que facilmente formam fases frágeis na a solda deve ser totalmente difundida no material de base.

A fim de evitar o fenômeno de crescimento de grãos no material de base na temperatura de brasagem devido ao tempo excessivo de isolamento, isolamento de curto prazo e tratamento de difusão em baixa temperatura (em comparação com a temperatura de brasagem) podem ser adotados após a brasagem.

As soldas de metais preciosos usadas para brasagem de aço inoxidável incluem principalmente soldas à base de ouro e soldas contendo paládio, entre as quais as mais típicas são B-Au82Ni e B-Ag54CuPd. B-Au82Ni possui boa molhabilidade.

A junta soldada de aço inoxidável tem alta resistência a altas temperaturas e resistência à oxidação, e a temperatura máxima de trabalho pode chegar a 800 ℃. O B-Ag54CuPd possui características semelhantes ao B-Au82Ni e tem um preço inferior, portanto há uma tendência de substituição do B-Au82Ni.

(2) Fluxo de brasagem e atmosfera do forno: A superfície do aço inoxidável contém óxidos como Cr₂Ó₃ e TiO₂, que deve ser removido usando fluxo ativo. Ao brasar aço inoxidável com solda de estanho-chumbo, solução de ácido fosfórico ou solução de ácido clorídrico de óxido de zinco pode ser usada como fluxo.

A solução de ácido fosfórico tem um tempo de ativação curto e requer um método de brasagem com aquecimento rápido. Ao brasar aço inoxidável com solda à base de prata, o fluxo FB102, FB103 ou FB104 pode ser usado. Na brasagem de aço inoxidável com solda à base de cobre, o fluxo FB105 é usado devido à temperatura de brasagem mais alta.

Ao brasar aço inoxidável em um forno, atmosferas de vácuo ou atmosferas protetoras, como hidrogênio, argônio e amônia decomposta, são comumente usadas. Na brasagem a vácuo, a pressão do vácuo deve ser inferior a 10-2Pa.

Ao soldar em uma atmosfera protetora, o ponto de orvalho do gás não deve exceder -40°C. Se a pureza do gás não for suficiente ou a temperatura de brasagem não for alta, uma pequena quantidade de fluxo de gás, como o trifluoreto de boro, pode ser adicionada à atmosfera.

3. Técnicas de Brasagem

Antes da brasagem do aço inoxidável, deve-se realizar uma limpeza mais rigorosa para remover qualquer película de graxa e óleo, e a brasagem deve ser realizada imediatamente após a limpeza.

A brasagem do aço inoxidável pode ser feita usando métodos de aquecimento por chama, indução ou forno. O forno usado para brasagem deve ter um bom sistema de controle de temperatura (o desvio da temperatura de brasagem deve estar dentro de ±6°C) e ser capaz de resfriar rapidamente.

Ao usar hidrogênio como gás de proteção para brasagem, os requisitos de hidrogênio dependem da temperatura de brasagem e da composição do material de base.

Ou seja, quanto menor a temperatura de brasagem e maior o teor de estabilizador no material de base, menor será o ponto de orvalho do gás hidrogênio.

Por exemplo, para aços inoxidáveis ​​martensíticos como 1Cr13 e Cr17Ni2t, o ponto de orvalho do gás hidrogênio deve estar abaixo de -40°C a uma temperatura de brasagem de 1000°C; para aços inoxidáveis ​​​​cromo-níquel 18-8 não estabilizados, o ponto de orvalho do gás hidrogênio deve estar abaixo de 25 ℃ a 1150 ℃ de temperatura de brasagem; mas para aço inoxidável 1Cr18Ni9Ti com estabilizador de titânio, o ponto de orvalho do gás hidrogênio na temperatura de brasagem de 1150 ℃ deve estar abaixo de -40 ℃.

Ao usar argônio como gás de proteção para brasagem, é necessária maior pureza do gás argônio.

Se o revestimento de cobre ou níquel for aplicado na superfície do aço inoxidável, a exigência de pureza do gás de proteção pode ser reduzida.

Para garantir a remoção da película de óxido na superfície do aço inoxidável, pode-se adicionar fluxo de gás BF3 ou usar soldas autofundentes contendo lítio ou boro. O vácuo necessário para brasagem a vácuo de aço inoxidável depende da temperatura de brasagem. Com o aumento da temperatura de brasagem, o grau de vácuo necessário pode ser reduzido.

O principal processo após a brasagem do aço inoxidável é limpar o fluxo residual e o inibidor de fluxo residual e, se necessário, realizar o tratamento térmico pós-brasagem. Dependendo do fluxo e do método de brasagem utilizado, o fluxo residual pode ser removido por lavagem com água, limpeza mecânica ou limpeza química.

Se for usado abrasivo para limpar fluxo residual ou filme de óxido nas proximidades da junta, deve-se usar areia ou outras partículas finas não metálicas.

Para peças de aço inoxidável martensítico e aço inoxidável endurecido por precipitação, o tratamento térmico pós-brasagem é necessário de acordo com os requisitos especiais do material.

As juntas de aço inoxidável soldadas com soldas de níquel-cromo-boro e níquel-cromo-silício são frequentemente submetidas a tratamento térmico de difusão após a brasagem para reduzir os requisitos de folgas nas juntas e melhorar a estrutura e as propriedades da junta.