لحیم کاری سخت فولاد کربنی و فولاد کم آلیاژ

1. مواد لحیم کاری

 (1)لحیم‌کاری سخت فولاد کربنی و فولاد کم آلیاژ شامل لحیم‌کاری نرم و لحیم‌کاری سخت است. لحیم پرکاربرد در لحیم‌کاری نرم، لحیم قلع-سرب است. قابلیت ترشوندگی این لحیم به فولاد با افزایش مقدار قلع افزایش می‌یابد، بنابراین باید از لحیم با مقدار قلع بالا برای آب‌بندی اتصالات استفاده شود. لایه ترکیب بین فلزی Fesn2 ممکن است در فصل مشترک بین قلع و فولاد در لحیم قلع-سرب تشکیل شود. برای جلوگیری از تشکیل ترکیب در این لایه، دمای لحیم‌کاری و زمان نگهداری باید به درستی کنترل شود. مقاومت برشی اتصالات فولاد کربنی لحیم‌کاری شده با چندین لحیم قلع-سرب معمولی در جدول 1 نشان داده شده است. در میان آنها، مقاومت اتصال لحیم‌کاری شده با 50% w (SN) بالاترین است و مقاومت اتصال جوش داده شده با لحیم بدون آنتیموان بیشتر از لحیم با آنتیموان است.

جدول 1 مقاومت برشی اتصالات فولاد کربنی لحیم‌کاری شده با لحیم قلع سرب

هنگام لحیم کاری فولاد کربنی و فولاد کم آلیاژ، عمدتاً از فلزات پرکننده لحیم کاری مس خالص، مس روی و مس روی نقره استفاده می‌شود. مس خالص نقطه ذوب بالایی دارد و به راحتی فلز پایه را در حین لحیم کاری اکسید می‌کند. این ماده عمدتاً برای لحیم کاری با گاز محافظ و لحیم کاری در خلاء استفاده می‌شود. با این حال، باید توجه داشت که فاصله بین اتصالات لحیم کاری شده باید کمتر از 0.05 میلی متر باشد تا از مشکل پر نشدن فاصله اتصال به دلیل سیالیت خوب مس جلوگیری شود. اتصالات فولاد کربنی و فولاد کم آلیاژ لحیم کاری شده با مس خالص از استحکام بالایی برخوردارند. به طور کلی، استحکام برشی 150 تا 215 مگاپاسکال است، در حالی که استحکام کششی بین 170 تا 340 مگاپاسکال توزیع می‌شود.

در مقایسه با مس خالص، نقطه ذوب لحیم مس-روی به دلیل افزودن روی کاهش می‌یابد. برای جلوگیری از تبخیر روی در حین لحیم‌کاری، از یک طرف می‌توان مقدار کمی Si به لحیم مس-روی اضافه کرد. از طرف دیگر، باید از روش‌های گرمایش سریع مانند لحیم‌کاری شعله‌ای، لحیم‌کاری القایی و لحیم‌کاری غوطه‌وری استفاده شود. اتصالات فولاد کربنی و فولاد کم آلیاژ لحیم‌کاری شده با فلز پرکننده مس-روی از استحکام و انعطاف‌پذیری خوبی برخوردارند. به عنوان مثال، استحکام کششی و استحکام برشی اتصالات فولاد کربنی لحیم‌کاری شده با لحیم b-cu62zn به 420 مگاپاسکال و 290 مگاپاسکال می‌رسد. نقطه ذوب لحیم ایستگاه مس-نقره کمتر از لحیم مس-روی است که برای جوشکاری سوزنی مناسب است. این فلز پرکننده برای لحیم‌کاری شعله‌ای، لحیم‌کاری القایی و لحیم‌کاری کوره‌ای فولاد کربنی و فولاد کم آلیاژ مناسب است، اما محتوای روی باید تا حد امکان در حین لحیم‌کاری کوره‌ای کاهش یابد و سرعت گرمایش افزایش یابد. لحیم‌کاری فولاد کربنی و فولاد کم آلیاژ با فلز پرکننده مس-روی نقره می‌تواند اتصالاتی با استحکام و انعطاف‌پذیری خوب به دست آورد. داده‌های خاص در جدول ۲ فهرست شده‌اند.

جدول 2 استحکام اتصالات فولاد کم کربن لحیم کاری شده با لحیم نقره مس روی

(2) روان‌ساز: برای لحیم‌کاری سخت فولاد کربنی و فولاد کم آلیاژ باید از روان‌ساز یا گاز محافظ استفاده شود. روان‌ساز معمولاً با توجه به فلز پرکننده انتخاب شده و روش لحیم‌کاری سخت تعیین می‌شود. هنگامی که از لحیم قلع-سرب استفاده می‌شود، می‌توان از مایع مخلوط کلرید روی و کلرید آمونیوم به عنوان روان‌ساز یا سایر روان‌سازهای ویژه استفاده کرد. باقیمانده این روان‌ساز معمولاً بسیار خورنده است و پس از لحیم‌کاری سخت، محل اتصال باید کاملاً تمیز شود.

هنگام لحیم‌کاری سخت با فلز پرکننده مس و روی، باید از فلاکس fb301 یا fb302 استفاده شود، یعنی بوراکس یا مخلوط بوراکس و اسید بوریک؛ در لحیم‌کاری سخت شعله‌ای، می‌توان از مخلوط متیل بورات و اسید فرمیک نیز به عنوان فلاکس لحیم‌کاری سخت استفاده کرد که در آن بخار B2O3 نقش حذف لایه نازک را ایفا می‌کند.

وقتی از فلز پرکننده لحیم‌کاری سخت نقره، مس و روی استفاده می‌شود، می‌توان از روان‌سازهای لحیم‌کاری fb102، fb103 و fb104 استفاده کرد، یعنی مخلوطی از بوراکس، اسید بوریک و مقداری فلوراید. باقیمانده این روان‌ساز تا حدی خورنده است و باید پس از لحیم‌کاری سخت از بین برود.

۲. فناوری لحیم‌کاری سخت

سطحی که قرار است جوشکاری شود باید با روش‌های مکانیکی یا شیمیایی تمیز شود تا از حذف کامل لایه اکسید و مواد آلی اطمینان حاصل شود. سطح تمیز شده نباید خیلی زبر باشد و نباید به تراشه‌های فلزی یا سایر آلودگی‌ها چسبیده باشد.

فولاد کربنی و فولاد کم آلیاژ را می‌توان با روش‌های مختلف لحیم‌کاری سخت رایج لحیم‌کاری کرد. در لحیم‌کاری سخت با شعله، باید از شعله خنثی یا کمی کاهنده استفاده شود. در حین کار، تا حد امکان از گرم کردن مستقیم فلز پرکننده و روان‌ساز توسط شعله اجتناب شود. روش‌های گرمایش سریع مانند لحیم‌کاری سخت القایی و لحیم‌کاری سخت غوطه‌وری برای لحیم‌کاری سخت فولاد کوئنچ و تمپر شده بسیار مناسب هستند. در عین حال، کوئنچ یا لحیم‌کاری سخت در دمایی پایین‌تر از تمپر کردن باید انتخاب شود تا از نرم شدن فلز پایه جلوگیری شود. هنگام لحیم‌کاری سخت فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا در اتمسفر محافظ، نه تنها خلوص بالای گاز مورد نیاز است، بلکه باید از روان‌ساز گاز نیز برای اطمینان از خیس شدن و پخش شدن فلز پرکننده روی سطح فلز پایه استفاده شود.

شار باقیمانده را می‌توان با روش‌های شیمیایی یا مکانیکی حذف کرد. باقیمانده شار لحیم‌کاری آلی را می‌توان با بنزین، الکل، استون و سایر حلال‌های آلی پاک یا تمیز کرد. باقیمانده‌های شار خورنده قوی مانند کلرید روی و کلرید آمونیوم ابتدا باید در محلول آبی NaOH خنثی شوند و سپس با آب گرم و سرد تمیز شوند. حذف باقیمانده‌های اسید بوریک و شار اسید بوریک دشوار است و فقط با روش‌های مکانیکی یا غوطه‌وری طولانی مدت در آب در حال افزایش قابل حل است.