การเชื่อมประสานเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าอัลลอยต่ำ

1. วัสดุประสาน

 (1)การเชื่อมประสานเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าอัลลอยต่ำประกอบด้วยการเชื่อมประสานแบบอ่อนและการเชื่อมประสานแบบแข็ง สารบัดกรีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการเชื่อมประสานแบบอ่อนคือสารบัดกรีดีบุกตะกั่ว ความสามารถในการเกาะติดกับเหล็กของสารบัดกรีนี้จะเพิ่มขึ้นตามปริมาณดีบุกที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงควรใช้สารบัดกรีที่มีปริมาณดีบุกสูงสำหรับการเชื่อมประสานรอยต่อ ชั้นของสารประกอบโลหะระหว่างกัน Fesn2 อาจเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างดีบุกและเหล็กในสารบัดกรีดีบุกตะกั่ว เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดสารประกอบในชั้นนี้ ควรควบคุมอุณหภูมิการเชื่อมประสานและเวลาในการคงสภาพให้เหมาะสม ความแข็งแรงเฉือนของรอยต่อเหล็กกล้าคาร์บอนที่เชื่อมประสานด้วยสารบัดกรีดีบุกตะกั่วทั่วไปหลายชนิดแสดงในตารางที่ 1 ในบรรดาสารบัดกรีเหล่านั้น ความแข็งแรงของรอยต่อที่เชื่อมประสานด้วย 50% w (SN) นั้นสูงที่สุด และความแข็งแรงของรอยต่อที่เชื่อมด้วยสารบัดกรีที่ปราศจากแอนติโมนีนั้นสูงกว่ารอยต่อที่เชื่อมด้วยแอนติโมนี

ตารางที่ 1 ความแข็งแรงเฉือนของข้อต่อเหล็กกล้าคาร์บอนที่เชื่อมด้วยตะกั่วบัดกรี

ในการเชื่อมประสานเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าอัลลอยต่ำ โลหะตัวเติมสำหรับการเชื่อมประสานที่ใช้กันมากที่สุดคือทองแดงบริสุทธิ์ ทองแดงสังกะสี และทองแดงเงินสังกะสี ทองแดงบริสุทธิ์มีจุดหลอมเหลวสูงและง่ายต่อการเกิดออกซิเดชันของโลหะพื้นฐานในระหว่างการเชื่อมประสาน โดยส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการเชื่อมประสานแบบใช้ก๊าซปกคลุมและการเชื่อมประสานแบบสุญญากาศ อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าช่องว่างระหว่างรอยเชื่อมประสานควรน้อยกว่า 0.05 มม. เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาที่ช่องว่างระหว่างรอยเชื่อมประสานไม่สามารถเติมเต็มได้เนื่องจากทองแดงมีความลื่นไหลดี รอยเชื่อมประสานเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าอัลลอยต่ำด้วยทองแดงบริสุทธิ์มีความแข็งแรงสูง โดยทั่วไปความแข็งแรงเฉือนจะอยู่ที่ 150 ~ 215 MPa ในขณะที่ความแข็งแรงดึงจะอยู่ระหว่าง 170 ~ 340 MPa

เมื่อเปรียบเทียบกับทองแดงบริสุทธิ์ จุดหลอมเหลวของตะกั่วบัดกรีทองแดงสังกะสีจะลดลงเนื่องจากการเติมสังกะสี เพื่อป้องกันการระเหยของสังกะสีในระหว่างการบัดกรี ในด้านหนึ่ง สามารถเติมซิลิคอนในปริมาณเล็กน้อยลงในตะกั่วบัดกรีทองแดงสังกะสีได้ ในอีกด้านหนึ่ง ต้องใช้วิธีการให้ความร้อนอย่างรวดเร็ว เช่น การบัดกรีด้วยเปลวไฟ การบัดกรีด้วยการเหนี่ยวนำ และการบัดกรีแบบจุ่ม รอยต่อของเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าอัลลอยต่ำที่บัดกรีด้วยโลหะตัวเติมทองแดงสังกะสีมีความแข็งแรงและความยืดหยุ่นที่ดี ตัวอย่างเช่น ความแข็งแรงดึงและความแข็งแรงเฉือนของรอยต่อเหล็กกล้าคาร์บอนที่บัดกรีด้วยตะกั่วบัดกรี b-cu62zn มีค่าถึง 420 MPa และ 290 MPa ตามลำดับ จุดหลอมเหลวของตะกั่วบัดกรีทองแดงเงินต่ำกว่าตะกั่วบัดกรีทองแดงสังกะสี ซึ่งสะดวกสำหรับการเชื่อมด้วยเข็ม โลหะตัวเติมนี้เหมาะสำหรับการบัดกรีด้วยเปลวไฟ การบัดกรีด้วยการเหนี่ยวนำ และการบัดกรีด้วยเตาเผาของเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าอัลลอยต่ำ แต่ควรลดปริมาณสังกะสีให้น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในระหว่างการบัดกรีด้วยเตาเผา และควรเพิ่มอัตราการให้ความร้อน การเชื่อมประสานเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าอัลลอยต่ำด้วยลวดเชื่อมเงินทองแดงสังกะสีสามารถสร้างรอยเชื่อมที่มีความแข็งแรงและความยืดหยุ่นที่ดี ข้อมูลเฉพาะแสดงอยู่ในตารางที่ 2

ตารางที่ 2 ความแข็งแรงของรอยต่อเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำที่เชื่อมด้วยตะกั่วบัดกรีเงินทองแดงสังกะสี

(2) ฟลักซ์: ฟลักซ์หรือก๊าซปกคลุมจะต้องใช้สำหรับการบัดกรีเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าอัลลอยต่ำ โดยปกติฟลักซ์จะถูกกำหนดโดยโลหะตัวเติมที่เลือกใช้และวิธีการบัดกรี เมื่อใช้ตะกั่วบัดกรีดีบุก สามารถใช้ของเหลวผสมของซิงค์คลอไรด์และแอมโมเนียมคลอไรด์เป็นฟลักซ์หรือฟลักซ์พิเศษอื่นๆ ได้ กากของฟลักซ์นี้โดยทั่วไปมีฤทธิ์กัดกร่อนสูง และควรทำความสะอาดรอยต่ออย่างเคร่งครัดหลังการบัดกรี

เมื่อทำการบัดกรีโดยใช้ลวดเชื่อมทองแดง-สังกะสี ควรเลือกใช้ฟลักซ์ fb301 หรือ fb302 ซึ่งก็คือบอแรกซ์หรือส่วนผสมของบอแรกซ์และกรดบอริก ส่วนในการบัดกรีด้วยเปลวไฟ สามารถใช้ส่วนผสมของเมทิลบอเรตและกรดฟอร์มิกเป็นฟลักซ์บัดกรีได้เช่นกัน โดยที่ไอระเหยของ B2O3 ทำหน้าที่ในการกำจัดฟิล์ม

เมื่อใช้ลวดเชื่อมประสานเงินทองแดงสังกะสี สามารถเลือกใช้ฟลักซ์ประสาน FB102, FB103 และ FB104 ได้ ซึ่งก็คือส่วนผสมของบอแรกซ์ กรดบอริก และฟลูออไรด์บางชนิด ฟลักซ์ที่ตกค้างนี้มีฤทธิ์กัดกร่อนในระดับหนึ่ง จึงควรขจัดออกหลังจากประสานเสร็จแล้ว

2. เทคโนโลยีการเชื่อมประสาน

พื้นผิวที่จะทำการเชื่อมจะต้องได้รับการทำความสะอาดด้วยวิธีการทางกลหรือทางเคมี เพื่อให้แน่ใจว่าฟิล์มออกไซด์และสารอินทรีย์ถูกกำจัดออกไปอย่างหมดจด พื้นผิวที่ทำความสะอาดแล้วจะต้องไม่หยาบเกินไป และจะต้องไม่เกาะติดเศษโลหะหรือสิ่งสกปรกอื่นๆ

เหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าอัลลอยต่ำสามารถเชื่อมประสานได้ด้วยวิธีการเชื่อมประสานทั่วไปต่างๆ สำหรับการเชื่อมประสานด้วยเปลวไฟ ควรใช้เปลวไฟที่เป็นกลางหรือลดลงเล็กน้อย ในระหว่างการทำงาน ควรหลีกเลี่ยงการให้ความร้อนโดยตรงกับลวดเชื่อมและฟลักซ์ด้วยเปลวไฟให้มากที่สุด วิธีการให้ความร้อนอย่างรวดเร็ว เช่น การเชื่อมประสานด้วยการเหนี่ยวนำและการเชื่อมประสานแบบจุ่ม เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมประสานเหล็กกล้าที่ผ่านการชุบแข็งและอบคืนตัว ในขณะเดียวกัน ควรเลือกอุณหภูมิการชุบแข็งหรือการเชื่อมประสานที่ต่ำกว่าอุณหภูมิการอบคืนตัว เพื่อป้องกันการอ่อนตัวของโลหะพื้นฐาน เมื่อเชื่อมประสานเหล็กกล้าความแข็งแรงสูงอัลลอยต่ำในบรรยากาศป้องกัน ไม่เพียงแต่ต้องใช้ก๊าซที่มีความบริสุทธิ์สูงเท่านั้น แต่ยังต้องใช้ฟลักซ์ก๊าซเพื่อให้แน่ใจว่าลวดเชื่อมจะเปียกและกระจายตัวบนพื้นผิวของโลหะพื้นฐานได้ดี

คราบฟลักซ์ที่ตกค้างสามารถกำจัดได้ด้วยวิธีการทางเคมีหรือทางกล คราบฟลักซ์ประสานอินทรีย์สามารถเช็ดหรือทำความสะอาดได้ด้วยน้ำมันเบนซิน แอลกอฮอล์ อะซิโตน และตัวทำละลายอินทรีย์อื่นๆ ส่วนคราบฟลักซ์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง เช่น ซิงค์คลอไรด์และแอมโมเนียมคลอไรด์ จะต้องทำให้เป็นกลางในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ก่อน แล้วจึงล้างออกด้วยน้ำร้อนและน้ำเย็น คราบกรดบอริกและฟลักซ์กรดบอริกนั้นกำจัดได้ยาก และสามารถแก้ไขได้ด้วยวิธีการทางกลหรือการแช่ในน้ำเป็นเวลานานเท่านั้น