不銹鋼的爐中釬焊一般是在某種保護性氣氛下或真空中進行,保護氣氛有氫氣、分解氨和氬氣。
干燥的氫氣或分解氨常用做爐中釬焊不銹鋼時的還原性保護氣氛,它們可還原不銹鋼表面的氧化膜,并保護不銹鋼表面在釬焊時不再氧化。一般要求氫氣或分解氨的露點低于-40℃,但也要考慮保護氣體的露點要與釬焊溫度及母材的成分相適應。釬焊溫度越低、不銹鋼表面氧化膜越穩定,要求氫氣露點越低,見圖3-4。使用分解氨作保護氣氛時,必須保證NH3完全分解,避免殘余的NH3使不銹鋼表面氮化。
使用氫氣或分解氨作保護氣氛的好處是:可實現釬焊爐的連續工作,便于大批量生產;釬焊過程中不需使用釬劑,且焊后工件光亮,無需任何焊后工件表面清理工作;可配合選用的釬料品種多;在批量生產條件下焊接成本低。但是使用氫氣或分解氨作保護氣氛時要注意生產安全,當空氣中混有4%~74%的氫氣或12.5%~27%氨氣時,會因燃燒而產生爆炸。
作為惰性氣體,氬氣可用作爐中釬焊不銹鋼時的保護氣氛。與氫氣和分解氨不同,氬氣不具有還原性,只是利用其惰性保護不銹鋼表面在釬焊過程中不氧化,所以不銹鋼進爐釬焊前必須徹底清除其表面的氧化膜,并且一般要求氬氣的露點低于-40℃。
使用氬氣作保護氣氛一般是因為以下某種或多種原因:①. 可采用含高蒸汽壓元素的釬,如錳基釬料或含錳較多的釬料;②. 單件或小批量釬焊時,設備成本低;③. 不銹鋼與異種材釬焊時避免某些材料與爐內氣氛的反應,如在含氫氣氛中釬焊連接不銹鋼與鈦合金時,鈦金吸氫并與氫反應;④. 生產過程安全。
使用氬氣作保護氣氛時,常見的做法是將真空爐抽至高真空后(10-2~10-3Pa)充入少量氬氣,關閉爐體氣閥后升溫。或者在特制的密封容器內通人流動的氬氣,將空氣趕凈后,容器放入馬弗爐內加熱。也可在趕凈空氣后,關閉氣路,容器放人馬弗爐內加熱,但在升溫過
程中要隨時注意容器內的壓力,當容器內壓力超過大氣壓較多時應隨時放出一些氣體,以保證容器完好和生產安全。使用特制的容器還有另一個便利:當使用未經凈化的普通瓶裝氬氣時,可向釬焊爐內通入少許BF3氣體釬劑,或加入少許氟硼酸鉀,氟硼酸鉀在800~900℃分解產生BF3.BF3可以去除金屬表面的氧化物,促進釬料的潤濕。氣體釬劑的使用濃度一般控制在0.1%~0.001%(體積分數),避免焊后形成殘渣。氟化物對人體有害,要注意工作場地的通風。
在真空爐中釬焊不銹鋼是一種常用且理想的方法。釬焊不銹鋼時一般要求真空度達到10-2~10-3Pa,并且要求真空爐的氣體泄漏率小于10-2Pa/s.使用真空爐釬焊不銹鋼的好處是:可避免不銹鋼的氧化;可避免釬焊爐內氣氛對母材的不良影響;真空爐升、降溫速度慢,工件不變形或變形量很小;無論以何種方式添加釬料均不會在接頭內形成氣孔;無需消耗保護氣體;無需氣體凈化裝置;無安全隱患;帶有充氣及快冷風扇置的真空爐同樣具有較高的生產率,并可實現釬焊與焊后工件熱處理的結合。
在氫氣或分解氨氣氛爐中釬焊不銹鋼可使用紫銅、銅基、銀基、錳基、鎳基和金基釬料。在氬氣氛爐中釬焊不銹鋼可使用銅基、銀基、錳基、金基釬料。在真空爐中釬焊不銹鋼可采用紫銅、不含易蒸發元素(Zn、Cd)或僅含少量高蒸汽壓元素(Mn)的銅基和銀基釬料、鎳基釬料和金基釬料。使用鎳基釬料釬焊不銹鋼薄件時,要選擇對母材溶蝕傾向小的釬料。
爐中釬焊時影響釬焊接頭性能,特別是力學性能的主要工藝參數包釬焊溫度、保溫時間。釬焊溫度一般選擇在釬料液相線溫度以上50~100℃,保溫時間在5~10min.當工件較大時,可在升溫過程中釬料固相線溫度以下某溫度保溫一段時間,確保工件溫度均勻。使用鎳基釬料時,除了釬焊溫度和保溫時間外,釬縫間隙也是接頭強度和塑性的決定因素之一。圖3-5、圖3-6顯示了三種鎳基釬料釬焊不銹鋼時釬焊接頭強度與釬縫間隙的關系。為降低釬料的熔點,鎳基釬料中含有較多的硼、硅、磷,它們在釬料組織中以脆性的硼化物、硅化物、磷化物形式存在。釬焊時在一定的釬焊溫度和保溫時間下,當釬縫間隙小于某一數值,硼、硅、磷向母材擴散充分,凝固后釬縫組織為鎳基固溶體,釬縫強度高、塑性好,此數值稱作該釬料在此釬焊溫度和保溫時間下的最大釬焊間隙。當釬縫間隙超過最大間隙,釬縫中硼、硅、磷向母材擴散不充分,釬縫中會存在脆性化合物,釬縫的強度和塑性都會下降。而且在一定范圍內,釬縫越寬,釬縫中脆性相越多,接頭的強度和塑性越低。
在釬焊實際部件時,有時部件加工精度或裝配精度很難保證釬縫間隙很小,適當地提高釬焊溫度或延長保溫時間可增大最大釬焊間隙,見圖3-7。當在高溫下長時間保溫造成母材晶粒過分長大或釬料對母材溶蝕過度時,也可在焊后接頭冷卻到某一較低溫度保溫,通過擴散消除釬縫中的脆性相而增大最大釬焊間隙,見圖3-8。但由于磷原子較大,向母材中擴散困難,這些措施對Ni-Cr-P和Ni-P這類釬料作用不大。
爐中釬焊時為控制釬料不流到接頭外其他部位或造成工件與卡具的粘連,可在防止釬料潤濕處涂止焊劑。釬焊不銹鋼時可以用TiO2、Y2O3或云母粉與乙醇混和后做止焊劑。