1. Características de soldadura fuerte
La soldadura fuerte de materiales de grafito policristalino y diamante enfrenta desafíos similares a los de la soldadura fuerte cerámica.
En comparación con los metales, los metales de aportación para soldadura fuerte tienen dificultades para humedecer los materiales de grafito policristalino y diamante, y sus coeficientes de expansión térmica difieren significativamente de los de los materiales estructurales típicos. Si se calienta directamente al aire, puede producirse oxidación o formación de carburo cuando la temperatura supera los 400°C.
Por lo tanto, se debe adoptar la soldadura fuerte al vacío, con un nivel de vacío no inferior a 10 -1 Pa. Como los materiales de grafito policristalino y diamante tienen baja resistencia, la presencia de tensiones térmicas durante la soldadura fuerte puede provocar la formación de grietas.
Es importante seleccionar metales de aportación con un bajo coeficiente de expansión térmica y controlar estrictamente la velocidad de enfriamiento.
Debido a que la superficie de dichos materiales no se humedece fácilmente con los metales de aporte de soldadura fuerte típicos, se pueden emplear métodos de modificación de la superficie antes de la soldadura, como revestimiento al vacío, pulverización iónica o pulverización de plasma para depositar una capa de elementos como W y 2,5-12,5 um. grueso. Se puede utilizar Mo en la superficie de materiales policristalinos de grafito y diamante, formando los carburos correspondientes, o metales de aportación para soldadura fuerte de alta actividad.
El grafito y el diamante vienen en varios grados, difieren en el tamaño de las partículas, la densidad, la pureza y otros aspectos, y poseen diferentes características de soldadura fuerte.
Además, para materiales de diamante policristalino en un ambiente de vacío, si la temperatura excede los 1000°C, la tasa de desgaste comienza a disminuir, y si excede los 1200°C, la tasa de desgaste disminuye en más del 50%.
Por lo tanto, en la soldadura fuerte al vacío de diamantes, la temperatura de soldadura debe controlarse por debajo de 1200°C, con un nivel de vacío no inferior a 5×10 -2 Pai.
2. Selección del metal de aportación:
La selección del metal de aportación depende principalmente de la aplicación y de las condiciones de procesamiento de la superficie. Cuando se utilizan como materiales resistentes al calor, se deben elegir rellenos de soldadura fuerte con una temperatura de soldadura más alta y buena resistencia al calor.
Para materiales con resistencia a la corrosión química, se deben seleccionar rellenos para soldadura fuerte con una temperatura de soldadura más baja y buena resistencia a la corrosión. Para el grafito que ha sido sometido a un tratamiento de metalización superficial, se pueden utilizar metales de aportación de cobre puro dúctiles y resistentes a la corrosión.
Los metales de aportación activos a base de plata y cobre tienen buena humectación y fluidez tanto en grafito como en diamante, pero la temperatura de uso de la junta soldada no debe exceder los 400 °C.
Para componentes de grafito y herramientas de diamante utilizadas entre 400 y 800 °C, normalmente se utilizan cargas para soldadura fuerte a base de oro, paladio, manganeso o titanio. Para uniones utilizadas entre 800 y 1000°C, se eligen rellenos para soldadura fuerte a base de níquel o tungsteno.
Cuando se utilizan componentes de grafito por encima de 1000 °C, se pueden utilizar metales de aportación de metal puro (Ni, Pd, Ti) o metales de aportación de aleación que contengan elementos como molibdeno (Mo) o tantalio (Ta) que pueden formar carburos con carbono.
Para grafito o diamante sin tratamiento superficial, los rellenos activos para soldadura fuerte enumerados en la Tabla 16 se pueden usar para soldadura fuerte directa. Estos metales de aportación son principalmente aleaciones binarias o ternarias a base de titanio. El titanio puro reacciona fuertemente con el grafito, formando una gruesa capa de carburo, y su coeficiente de expansión lineal difiere significativamente del grafito, lo que conduce a la formación de grietas.
Por lo tanto, no se puede utilizar como metal de aportación. Agregar Cr y Ni al Ti puede reducir el punto de fusión y mejorar la humectación con la cerámica. Las aleaciones ternarias basadas en Ti-Zr, con la adición de elementos como Ta y Nb, tienen un bajo coeficiente de expansión lineal, reduciendo las tensiones de soldadura fuerte.
Las aleaciones ternarias basadas principalmente en Ti-Cu son adecuadas para soldar grafito y acero, proporcionando una alta resistencia a la corrosión en las uniones.
Tabla 16: Metales de aportación para soldadura fuerte directa de grafito y diamante.
| Material de soldadura | Temperatura de soldadura (ºC) |
Materiales para juntas y campos de aplicación. |
| B-Ti50Ni50 | 960~1010 | Grafito-grafito, grafito-titanio, terminal de celda electrolítica |
| B-Ti72Ni28 | 1000~1030 | |
| B-Ti93Ni7 | 1560 | Grafito-grafito, grafito-BeO, sector aeroespacial |
| B-Ti52Cr48 | 1420 | Grafito-grafito, grafito-titanio |
| B-Ag72Cu28Ti | 950 | Grafito-grafito, reactor nuclear. |
| B-Cu80Ti10Sn10 | 1150 | Acero Grafito |
| B-Ti55Cu40Si5 | 950~1020 | Grafito-grafito, grafito-titanio, componentes resistentes al desgaste. |
| B-Ti45.5Cu48.5-A16 | 960~1040 | Grafito-grafito, grafito-titanio, componentes resistentes al desgaste. |
| B-Ti54Cr25V21 | 1550~1650 | Metales refractarios de grafito. |
| B-Ti47.5Zr47.5Ta5 | 1600~2100 | Grafito-grafito |
| B-Ti47.5Zr47.5Nb5 | 1600~1700 | Grafito-grafito, grafito-molibdeno |
| B-Ti43Zr42Gel5 | 1300~1600 | Grafito-grafito |
| B-Ni36-40 Ti5~10 Fe50~59 |
1300~1400 | Grafito-molibdeno, grafito-carburo de silicio, elementos calefactores |
3. Proceso de soldadura fuerte
Los métodos de soldadura fuerte con grafito se pueden dividir en dos categorías: uno es soldadura fuerte después de la metalización de la superficie y el otro es soldadura fuerte sin tratamiento superficial. Independientemente del método utilizado, antes de ensamblar las piezas soldadas, las piezas deben tratarse previamente limpiando la superficie del material de grafito con alcohol o acetona para eliminar cualquier contaminante.
Cuando se utiliza soldadura fuerte por metalización de superficies, se puede galvanizar una capa de Ni o Cu sobre la superficie de grafito, o se puede depositar una capa de Ti, Zr o disilicida de molibdeno mediante pulverización de plasma.
Luego se utilizan materiales de soldadura fuerte a base de cobre o plata para el proceso de soldadura fuerte. El método más comúnmente empleado es la soldadura fuerte directa utilizando materiales de soldadura fuerte activos, y la temperatura de soldadura fuerte se puede seleccionar en función de los materiales de soldadura fuerte indicados en la Tabla 16.
El material de soldadura fuerte se puede colocar en el medio o cerca de un extremo de la unión soldada. Al soldar con metales que tienen un alto coeficiente de expansión térmica, se puede utilizar un cierto espesor de Mo o Ti como capa intermedia de amortiguación.
Esta capa de transición puede sufrir deformación plástica durante el calentamiento, absorbiendo la tensión térmica y evitando el agrietamiento del grafito.
Por ejemplo, para la soldadura fuerte al vacío de componentes Hastelloy N a base de níquel y grafito resistentes a la corrosión, se utiliza un material de soldadura fuerte B-Pd60Ni35Cr5 con buena resistencia a la corrosión por sales fundidas y resistencia a la radiación. La temperatura de soldadura es de 1260°C y el tiempo de aislamiento es de 10 minutos.
El diamante natural se puede soldar directamente utilizando materiales de soldadura activos como B-Ag68.8Cu16.7Ti4.5 y B-Ag66Cu26Ti8. La soldadura fuerte debe realizarse al vacío o bajo protección con bajo contenido de gas argón. La temperatura de soldadura no debe exceder los 850 °C y se debe seleccionar una velocidad de calentamiento más rápida.
El tiempo de residencia a la temperatura de soldadura fuerte no debe ser demasiado largo (generalmente alrededor de 10 segundos) para evitar la formación de una capa continua de TiC en la interfaz.
Al soldar diamantes en acero aleado, se debe utilizar una capa intermedia de plástico o una capa de aleación de baja expansión como transición para evitar una tensión térmica excesiva que pueda dañar los granos de diamante.
Los procesos de soldadura fuerte se utilizan para fabricar herramientas de mecanizado de ultraprecisión, como herramientas de torneado o herramientas de mandrinado, soldando pequeñas partículas de diamante (20-100 mg) sobre un cuerpo de acero. La resistencia de la junta soldada alcanza los 200-250 MPa.
El diamante policristalino se puede soldar mediante soldadura fuerte por llama, soldadura fuerte de alta frecuencia o soldadura fuerte al vacío. Las hojas de sierra circular de diamante utilizadas para cortar metal o piedra deben soldarse mediante soldadura fuerte de alta frecuencia o soldadura fuerte por llama con materiales de soldadura activos de bajo punto de fusión, como Ag-Cu-Ti.
La temperatura de soldadura debe controlarse por debajo de 850 °C y el tiempo de calentamiento no debe ser demasiado largo. Se debe adoptar un enfriamiento lento. Para las brocas de diamante policristalino utilizadas en perforación geológica y petrolera, que están sujetas a duras condiciones de trabajo y cargas de impacto significativas, se pueden seleccionar materiales de soldadura fuerte a base de níquel y se puede usar lámina de cobre puro como capa intermedia para la soldadura fuerte al vacío.
Por ejemplo, para soldar 350-400 partículas cilíndricas de diamante policristalino (4,5-4,5 mm) en los orificios de dientes de acero 35CrMo o 40CrNiMo para formar dientes cortantes, se emplea soldadura fuerte al vacío con un grado de vacío no inferior a 5×10-2Pa. . La temperatura de soldadura fuerte es de 1020 ± 5 °C, el tiempo de aislamiento es de 20 ± 2 minutos y la resistencia al corte de la costura soldada es superior a 200 MPa.
Durante la soldadura fuerte es recomendable utilizar el peso de la pieza para el montaje y posicionamiento, permitiendo que las piezas metálicas presionen contra el grafito o material policristalino. Cuando se utilizan accesorios para posicionamiento, el material de los accesorios debe tener un coeficiente de expansión térmica similar al de la pieza.
Soldadura fuerte de materiales compuestos a base de aluminio (1) Características de la soldadura fuerte Los materiales compuestos a base de aluminio se clasifican principalmente en dos categorías: reforzados con partículas (incluidos bigotes) y reforzados con fibras, utilizándose materiales como B, CB y SiC para refuerzo.
Durante el calentamiento de materiales compuestos a base de aluminio para soldadura fuerte, el Al base sufre fácilmente reacciones químicas con la fase de refuerzo. Por ejemplo, el Si del material de soldadura se difunde rápidamente en el material base, lo que lleva a la formación de una capa de gotitas quebradizas. Esto reduce el rendimiento del material.
Además, debido a la diferencia significativa en el coeficiente de expansión lineal entre el Al y la fase de refuerzo, un calentamiento inadecuado de la soldadura fuerte puede generar estrés térmico en la interfaz, lo que lleva al agrietamiento de la junta.
Además, existe una escasa humectabilidad entre el material de soldadura fuerte y la fase de refuerzo, lo que requiere un tratamiento superficial del material compuesto de soldadura fuerte o el uso de materiales de soldadura fuerte activos. Siempre que sea posible se debe adoptar la soldadura fuerte al vacío.
(2) Materiales y proceso de soldadura fuerte
Los materiales compuestos a base de aluminio reforzados con partículas B o SiC se pueden soldar mediante técnicas de soldadura blanda. Antes de soldar, el tratamiento de la superficie se puede realizar mediante pulido con papel de lija, cepillado de acero, lavado alcalino o niquelado electrolítico (espesor de revestimiento 0,05 mm).
Se pueden utilizar materiales de soldadura fuerte como S-Cd95Ag, S-Zn95Al y S-Cd83Zn, con un calentamiento suave mediante llama de oxiacetileno. Además, el uso de material de soldadura fuerte S-Zn95Al para soldadura fuerte por fricción puede lograr una alta resistencia de la unión.
La soldadura fuerte al vacío se puede aplicar para unir materiales compuestos a base de aluminio 6061 reforzados con fibras cortas. La superficie debe lijarse y pulirse con papel de lija de grano 800 antes de limpiarse con ultrasonido con acetona.
Se utilizan principalmente materiales de soldadura fuerte de Al-Si y, para evitar la difusión de Si en el material base, se puede recubrir una capa barrera de papel de aluminio puro sobre la superficie de soldadura fuerte del material compuesto.
Alternativamente, se puede elegir un material de soldadura B-Al64SiMgBi (11,65i-15Mg-0,5Bi) con menor resistencia a la soldadura. El rango de temperatura de fusión de este material de soldadura fuerte es de 554 a 572 °C, y la temperatura de soldadura fuerte se puede seleccionar entre 580 y 590 °C con un tiempo de soldadura fuerte de 5 minutos. La resistencia al corte de la junta es superior a 80 MPa.
Para materiales compuestos a base de aluminio con refuerzo de partículas de grafito, la soldadura fuerte al vacío en un horno con una atmósfera protectora es el método más exitoso. Para mejorar la humectabilidad, se deben utilizar materiales de soldadura fuerte de Al-Si que contengan Mg.
De manera similar a la soldadura fuerte al vacío de aluminio, la introducción de vapor de Mg o desgasificación de Ti, así como la adición de una cierta cantidad de Mg, pueden mejorar significativamente la humectabilidad del material de soldadura fuerte para materiales compuestos a base de aluminio.
Soldabilidad de diversos materiales.
| Materiales | Soldabilidad | Material de soldadura | Fluir | Observación | ||
| Soldadura dura | Soldadura blanda | |||||
| Acero al carbono, acero estructural de baja aleación. | Excelente | Excelente | Soldadura de cobre y zinc HL-104
Latón Soldadura a base de plata Soldadura de estaño y plomo |
Bórax o una mezcla de bórax y ácido bórico.
Soldar con bórax o gas protector. JO102 JO104 Cloruro de zinc o una mezcla de cloruro de zinc y cloruro de amonio. |
||
| Acero al carbono para herramientas. | Bien | – | HL-104
Latón Soldadura a base de plata |
Bórax o una mezcla de bórax y ácido bórico.
Soldadura con bórax o gas protector JO102 JO104 |
||
| Acero de alta velocidad y acero al carbono. | Bien | – | Acero al manganeso con alto contenido de carbono | Bórax | ||
| liga dura | Bien | – | HL-104
HL-301 |
Bórax o una mezcla de bórax y ácido bórico.
DO 102 |
||
| Hierro fundido | Bien | – | HL-104
Soldadura a base de plata |
Bórax o una mezcla de bórax y ácido bórico.
DO 102 |
||
| Acero inoxidable | 1Cr18Ni9Ti (acero inoxidable) | Bien | Bien | Soldadura de cobre-níquel
Cobre Soldadura a base de plata Soldadura a base de níquel Soldadura a base de manganeso Soldadura de estaño y plomo |
DO 104
OJ104, soldadura con gas protegido JO102, JO104 Grado 201, protegido con gas o soldado al vacío Soldadura fuerte con protección de gas o vacío Solución de ácido fosfórico, solución de ácido clorhídrico de cloruro de zinc |
|
| Acero inoxidable | 1Cr3 (acero inoxidable) | Bien | – | Soldadura de cobre-níquel
Soldadura a base de cobre y plata. Soldadura a base de níquel Soldadura a base de manganeso Soldadura de estaño y plomo |
OJ104OJ104, soldadura con gas protegido
JO102, JO104 Grado 201, protegido con gas o soldado al vacío Soldadura fuerte con protección de gas o vacío Solución de ácido fosfórico, solución de ácido clorhídrico de cloruro de zinc |
|
| Aleación de alta temperatura | Bien | – | Soldadura a base de plata
Cobre Soldadura a base de níquel |
DO 102
Soldadura fuerte con protección de gas o vacío Soldadura fuerte con protección de gas o vacío |
||
| Plata | Excelente | Excelente | Soldadura a base de plata
Soldadura de estaño y plomo |
JO102, JO104
Solución de alcohol de colofonia |
||
| Cobre, latón, bronce | Excelente | Excelente | Soldadura de cobre y fósforo
Soldadura de cobre y zinc Soldadura a base de plata Soldadura a base de cadmio soldadura a base de plomo Soldadura de estaño y plomo |
No se requiere fundente para soldar cobre. Para las aleaciones de cobre, se puede utilizar como fundente bórax o una mezcla de bórax y ácido bórico.
Bórax o una mezcla de bórax y ácido bórico. JO102 JO104 DO 205 Solución de cloruro de zinc Solución de alcohol de colofonia, cloruro de zinc o solución de cloruro de zinc y cloruro de amonio |
||
| Aluminio y aleaciones de aluminio. | L2, LF21 (aleaciones de aluminio) | Excelente | Excelente | Soldadura a base de aluminio
Soldadura de zinc-estaño HJ501 Soldadura zinc-cadmio HJ502 Soldadura suave de aluminio HJ607 Soldadura suave de aluminio HJ607 Placa de soldadura de aluminio |
DO 201, DO 206
Método raspador DO 203 DO 204 DO 202 Fundente No.1, No.2 para soldadura por inmersión |
No se requiere fundente para soldadura fuerte al vacío. |
| Aluminio y aleaciones de aluminio. | LF1, LF1-2 (aleaciones de aluminio) | Bien | Bien | |||
| Aluminio y aleaciones de aluminio. | LF5, LF6 (aleaciones de aluminio) | Pobre | Pobre | |||
| Aluminio y aleaciones de aluminio. | LD2 (aleaciones de aluminio) | Bien | – | Soldadura a base de aluminio | DO 201, DO 206 | Tenga cuidado para evitar el sobrecalentamiento. |
| Aluminio y aleaciones de aluminio. | LD5, LD6 (aleaciones de aluminio) | Difícil | – | Soldadura a base de aluminio HL402 | Fundente nº1 y nº2 para soldadura por inmersión | Propenso al sobrecalentamiento, se recomienda utilizar soldadura por inmersión. |
| Aluminio y aleaciones de aluminio. | LY12, LC4 (aleaciones de aluminio) | Pobre | – | Muy propenso a sobrecalentarse, no apto para soldar. | ||
| Aleaciones de aluminio fundido | Serie Al-Cu (aleaciones de aluminio-cobre) | Difícil | – | HL505 | DO 202 | Tiende a sobrecalentarse fácilmente |
| Aleaciones de aluminio fundido | Serie Al-Si (aleaciones de aluminio y silicio) | Difícil | – | HL401, HL505 | DO 201, DO 202 | Mala humectación |
| Aleaciones de aluminio fundido | Serie Al-Mg (aleaciones de aluminio y magnesio) | Pobre | – | Difícil de eliminar los óxidos superficiales, difícil de soldar. | ||
| Aleaciones de aluminio fundido | Serie Al-Zn (aleaciones aluminio-zinc) | Bien | – | Soldadura a base de aluminio | DO 201, DO 206 | |
| Aleaciones de aluminio fundido | Piezas fundidas a presión | Pobre | – | Burbujas en la superficie del material base. | ||
| Titanio y aleaciones de titanio. | Bien | – | Ag-5Al-0,5Mn
Ti-15Cu-15Ni |
Soldadura fuerte con vacío o protección de gas | Menor ductilidad articular | |
| Diamante y acero | – | – | HL104 | Bórax | Tenga cuidado para evitar grietas | |
| Aluminio y cobre | – | – | 90Sn-10Zn
99Zn-1Pb |
Alternativamente, la superficie de aluminio se puede recubrir con cobre antes de soldar. | Alternativamente, la superficie de aluminio se puede recubrir con cobre antes de soldar. | |
| Titanio y acero, titanio y acero inoxidable. | – | – | HL308
Ag-5Al-0,5Mn |
Soldadura fuerte con vacío o protección de gas | La articulación es relativamente frágil. | |
| aluminio y hierro | – | Excelente | HL502
90Sn-10Zn |
DO 205
DO 203 |
Alternativamente, la superficie de aluminio se puede recubrir con cobre antes de soldar. | |
| Cerámica-cerámica, cerámica-metal | – | – | Polvo 72Ag-28Cu+Ti | Soldadura fuerte con vacío o protección de gas | O bien, después de metalizar la superficie cerámica, se puede realizar una soldadura. | |
| Grafito | – | – | polvo de 72Ag-28Cu+Ti,
Ti-Cu, Ti-Ni |
Soldadura fuerte con vacío o protección de gas | ||
