स्टेनलेस स्टील की ब्रेज़िंग

स्टेनलेस स्टील की ब्रेज़िंग

1. ब्रेज़ेबिलिटी

स्टेनलेस स्टील की ब्रेज़िंग में मुख्य समस्या यह है कि सतह पर मौजूद ऑक्साइड परत सोल्डर के गीलापन और फैलाव को गंभीर रूप से प्रभावित करती है। विभिन्न स्टेनलेस स्टील्स में क्रोमियम (Cr) की काफी मात्रा होती है, और कुछ में निकेल (Ni), टाइटेनियम (Ti), मैंगनीज (Mn), मोलिब्डेनम (Mo), नाइब्रोम (Nb) और अन्य तत्व भी होते हैं, जो सतह पर कई प्रकार के ऑक्साइड या मिश्रित ऑक्साइड बना सकते हैं। इनमें से, क्रोमियम और टाइटेनियम के ऑक्साइड Cr₂O₃ और TiO₂ काफी स्थिर होते हैं और इन्हें हटाना मुश्किल होता है। हवा में ब्रेज़िंग करते समय, इन्हें हटाने के लिए सक्रिय फ्लक्स का उपयोग करना आवश्यक है; सुरक्षात्मक वातावरण में ब्रेज़िंग करते समय, ऑक्साइड परत को केवल कम ओस बिंदु और पर्याप्त उच्च तापमान वाले उच्च शुद्धता वाले वातावरण में ही कम किया जा सकता है; वैक्यूम ब्रेज़िंग में, अच्छा ब्रेज़िंग प्रभाव प्राप्त करने के लिए पर्याप्त वैक्यूम और पर्याप्त तापमान होना आवश्यक है।

स्टेनलेस स्टील की ब्रेज़िंग की एक और समस्या यह है कि तापन तापमान आधार धातु की संरचना पर गंभीर प्रभाव डालता है। ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की ब्रेज़िंग का तापन तापमान 1150 ℃ से अधिक नहीं होना चाहिए, अन्यथा कणिकाओं का आकार गंभीर रूप से बढ़ जाएगा; यदि ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील में स्थिर तत्व Ti या Nb मौजूद नहीं है और इसमें कार्बन की मात्रा अधिक है, तो संवेदन तापमान (500 ~ 850 ℃) के भीतर ब्रेज़िंग से भी बचना चाहिए। ऐसा क्रोमियम कार्बाइड के अवक्षेपण के कारण संक्षारण प्रतिरोध में कमी को रोकने के लिए आवश्यक है। मार्टेंसिटिक स्टेनलेस स्टील के लिए ब्रेज़िंग तापमान का चयन अधिक सावधानीपूर्वक किया जाता है। एक तो ब्रेज़िंग तापमान को शमन तापमान के साथ मिलाना चाहिए, ताकि ब्रेज़िंग प्रक्रिया को ऊष्मा उपचार प्रक्रिया के साथ संयोजित किया जा सके; दूसरा यह कि ब्रेज़िंग के दौरान आधार धातु को नरम होने से बचाने के लिए ब्रेज़िंग तापमान को टेम्परिंग तापमान से कम होना चाहिए। अवक्षेपण सख्त किए गए स्टेनलेस स्टील के लिए ब्रेज़िंग तापमान चयन का सिद्धांत मार्टेन्सिटिक स्टेनलेस स्टील के समान ही है, अर्थात् सर्वोत्तम यांत्रिक गुण प्राप्त करने के लिए ब्रेज़िंग तापमान को ऊष्मा उपचार प्रणाली के अनुरूप होना चाहिए।

उपरोक्त दो मुख्य समस्याओं के अतिरिक्त, ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की ब्रेज़िंग करते समय, विशेषकर कॉपर जिंक फिलर मेटल के साथ ब्रेज़िंग करते समय, तनाव दरार पड़ने की संभावना रहती है। तनाव दरार से बचने के लिए, ब्रेज़िंग से पहले वर्कपीस को तनाव मुक्त करने के लिए एनीलिंग प्रक्रिया से गुजारना चाहिए और ब्रेज़िंग के दौरान वर्कपीस को समान रूप से गर्म करना चाहिए।

2. ब्रेज़िंग सामग्री

(1) स्टेनलेस स्टील वेल्डमेंट की उपयोग आवश्यकताओं के अनुसार, स्टेनलेस स्टील वेल्डमेंट के लिए आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले ब्रेज़िंग फिलर मेटल में टिन लेड ब्रेज़िंग फिलर मेटल, सिल्वर आधारित ब्रेज़िंग फिलर मेटल, कॉपर आधारित ब्रेज़िंग फिलर मेटल, मैंगनीज आधारित ब्रेज़िंग फिलर मेटल, निकेल आधारित ब्रेज़िंग फिलर मेटल और कीमती धातु ब्रेज़िंग फिलर मेटल शामिल हैं।

टिन-लेड सोल्डर का उपयोग मुख्य रूप से स्टेनलेस स्टील की सोल्डरिंग के लिए किया जाता है, और इसमें टिन की मात्रा अधिक होना उपयुक्त होता है। सोल्डर में टिन की मात्रा जितनी अधिक होगी, स्टेनलेस स्टील पर इसकी वेटेबिलिटी उतनी ही बेहतर होगी। विभिन्न सामान्य टिन-लेड सोल्डरों से ब्रेज़ किए गए 1Cr18Ni9Ti स्टेनलेस स्टील जोड़ों की कतरनी शक्ति तालिका 3 में दी गई है। जोड़ों की कम शक्ति के कारण, इनका उपयोग केवल कम भार वहन क्षमता वाले भागों की ब्रेज़िंग के लिए किया जाता है।

तालिका 3 में टिन लेड सोल्डर से ब्रेज़ किए गए 1Cr18Ni9Ti स्टेनलेस स्टील जोड़ की अपरूपण शक्ति दर्शाई गई है।

स्टेनलेस स्टील की ब्रेज़िंग के लिए सिल्वर आधारित फिलर धातुएँ सबसे अधिक उपयोग की जाती हैं। इनमें से, सिल्वर कॉपर जिंक और सिल्वर कॉपर जिंक कैडमियम फिलर धातुएँ सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं क्योंकि ब्रेज़िंग तापमान का आधार धातु के गुणों पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। कई सामान्य सिल्वर आधारित सोल्डर से ब्रेज़ किए गए ICr18Ni9Ti स्टेनलेस स्टील जोड़ों की मजबूती तालिका 4 में दी गई है। सिल्वर आधारित सोल्डर से ब्रेज़ किए गए स्टेनलेस स्टील जोड़ों का उपयोग अत्यधिक संक्षारक माध्यमों में शायद ही कभी किया जाता है, और जोड़ों का कार्य तापमान आमतौर पर 300 ℃ से अधिक नहीं होता है। निकल रहित स्टेनलेस स्टील की ब्रेज़िंग करते समय, नम वातावरण में ब्रेज़ किए गए जोड़ के संक्षारण को रोकने के लिए, अधिक निकल युक्त ब्रेज़िंग फिलर धातु का उपयोग किया जाना चाहिए, जैसे कि b-ag50cuzncdni। मार्टेन्सिटिक स्टेनलेस स्टील की ब्रेज़िंग करते समय, आधार धातु के नरम होने से बचाने के लिए, 650 ℃ से अधिक ब्रेज़िंग तापमान वाली ब्रेज़िंग फिलर धातु का उपयोग नहीं किया जाना चाहिए, जैसे कि b-ag40cuzncd। सुरक्षात्मक वातावरण में स्टेनलेस स्टील की ब्रेज़िंग करते समय, सतह पर मौजूद ऑक्साइड परत को हटाने के लिए, लिथियम युक्त सेल्फ ब्रेज़िंग फ्लक्स, जैसे कि b-ag92culi और b-ag72culi का उपयोग किया जा सकता है। निर्वात में स्टेनलेस स्टील की ब्रेज़िंग करते समय, फिलर धातु में आसानी से वाष्पीकृत होने वाले Zn और CD जैसे तत्व न होने पर भी उसकी अच्छी वेटेबिलिटी बनाए रखने के लिए, Mn, Ni और RD जैसे तत्वों से युक्त सिल्वर फिलर धातु का चयन किया जा सकता है।

तालिका 4 में चांदी आधारित फिलर धातु से ब्रेज़ किए गए ICr18Ni9Ti स्टेनलेस स्टील जोड़ की मजबूती दर्शाई गई है।

विभिन्न स्टील्स की ब्रेज़िंग के लिए उपयोग किए जाने वाले कॉपर आधारित ब्रेज़िंग फिलर मेटल्स मुख्य रूप से शुद्ध कॉपर, कॉपर निकल और कॉपर मैंगनीज कोबाल्ट होते हैं। शुद्ध कॉपर ब्रेज़िंग फिलर मेटल का उपयोग मुख्य रूप से गैस सुरक्षा या वैक्यूम के तहत ब्रेज़िंग के लिए किया जाता है। स्टेनलेस स्टील जॉइंट का कार्य तापमान 400 ℃ से अधिक नहीं होता है, लेकिन जॉइंट की ऑक्सीकरण प्रतिरोधक क्षमता कम होती है। कॉपर निकल ब्रेज़िंग फिलर मेटल का उपयोग मुख्य रूप से फ्लेम ब्रेज़िंग और इंडक्शन ब्रेज़िंग के लिए किया जाता है। ब्रेज़ किए गए 1Cr18Ni9Ti स्टेनलेस स्टील जॉइंट की मजबूती तालिका 5 में दर्शाई गई है। इससे पता चलता है कि जॉइंट की मजबूती बेस मेटल के समान है और कार्य तापमान अधिक है। Cu Mn कोबाल्ट ब्रेज़िंग फिलर मेटल का उपयोग मुख्य रूप से सुरक्षात्मक वातावरण में मार्टेन्सिटिक स्टेनलेस स्टील की ब्रेज़िंग के लिए किया जाता है। जॉइंट की मजबूती और कार्य तापमान गोल्ड आधारित फिलर मेटल से ब्रेज़ किए गए जॉइंट्स के समान हैं। उदाहरण के लिए, बी-सीयू58एमनको सोल्डर से ब्रेज़ किए गए 1Cr13 स्टेनलेस स्टील जॉइंट का प्रदर्शन बी-एयू82एनआई सोल्डर से ब्रेज़ किए गए उसी स्टेनलेस स्टील जॉइंट के समान है (तालिका 6 देखें), लेकिन उत्पादन लागत में काफी कमी आई है।

तालिका 5 में उच्च तापमान वाले तांबे आधारित फिलर धातु से ब्रेज़ किए गए 1Cr18Ni9Ti स्टेनलेस स्टील जोड़ की अपरूपण शक्ति दर्शाई गई है।

तालिका 6 में 1Cr13 स्टेनलेस स्टील के ब्रेज़्ड जोड़ की अपरूपण सामर्थ्य दर्शाई गई है।

मैंगनीज आधारित ब्रेज़िंग फिलर धातुएँ मुख्य रूप से गैस परिरक्षित ब्रेज़िंग के लिए उपयोग की जाती हैं, और गैस की शुद्धता उच्च होनी आवश्यक है। आधार धातु के कणों के विकास को रोकने के लिए, 1150 ℃ से कम ब्रेज़िंग तापमान वाली उपयुक्त ब्रेज़िंग फिलर धातु का चयन किया जाना चाहिए। तालिका 7 में दर्शाए अनुसार, मैंगनीज आधारित सोल्डर से ब्रेज़ किए गए स्टेनलेस स्टील जोड़ों के लिए संतोषजनक ब्रेज़िंग प्रभाव प्राप्त किया जा सकता है। जोड़ का कार्य तापमान 600 ℃ तक पहुँच सकता है।

तालिका 7 में मैंगनीज आधारित फिलर धातु से ब्रेज़ किए गए LCR18NI9FI स्टेनलेस स्टील जोड़ की अपरूपण शक्ति दर्शाई गई है।

जब स्टेनलेस स्टील को निकल आधारित फिलर धातु से जोड़ा जाता है, तो जोड़ उच्च तापमान पर अच्छा प्रदर्शन करता है। इस फिलर धातु का उपयोग आमतौर पर गैस शील्डेड ब्रेज़िंग या वैक्यूम ब्रेज़िंग के लिए किया जाता है। जोड़ निर्माण के दौरान ब्रेज़्ड जोड़ में अधिक भंगुर यौगिकों के उत्पादन की समस्या को दूर करने के लिए, जो जोड़ की मजबूती और प्लास्टिसिटी को गंभीर रूप से कम कर देता है, जोड़ के बीच की दूरी को कम से कम रखा जाना चाहिए ताकि सोल्डर में आसानी से भंगुर अवस्था बनाने वाले तत्व आधार धातु में पूरी तरह से घुल जाएं। ब्रेज़िंग तापमान पर लंबे समय तक रखने के कारण आधार धातु के कणों के बढ़ने से रोकने के लिए, वेल्डिंग के बाद कम तापमान (ब्रेज़िंग तापमान की तुलना में) पर कम समय तक रखने और डिफ्यूजन उपचार जैसी प्रक्रियात्मक उपाय किए जा सकते हैं।

स्टेनलेस स्टील की ब्रेज़िंग के लिए उपयोग किए जाने वाले नोबल मेटल ब्रेज़िंग फिलर मेटल्स में मुख्य रूप से गोल्ड-बेस्ड फिलर मेटल्स और पैलेडियम युक्त फिलर मेटल्स शामिल हैं, जिनमें से सबसे आम b-au82ni, b-ag54cupd और b-au82ni हैं, जिनकी वेटेबिलिटी अच्छी होती है। ब्रेज़्ड स्टेनलेस स्टील जॉइंट में उच्च तापमान पर मजबूती और ऑक्सीकरण प्रतिरोध क्षमता होती है, और अधिकतम कार्य तापमान 800 ℃ तक पहुंच सकता है। b-ag54cupd के गुण b-au82ni के समान हैं और इसकी कीमत कम है, इसलिए यह b-au82ni का स्थान ले रहा है।

(2) फ्लक्स और भट्टी के वातावरण में स्टेनलेस स्टील की सतह पर Cr2O3 और TiO2 जैसे ऑक्साइड मौजूद होते हैं, जिन्हें केवल तीव्र सक्रियता वाले फ्लक्स के उपयोग से ही हटाया जा सकता है। टिन-लेड सोल्डर से स्टेनलेस स्टील की ब्रेज़िंग करते समय, उपयुक्त फ्लक्स फॉस्फोरिक एसिड का जलीय घोल या जिंक ऑक्साइड हाइड्रोक्लोरिक एसिड का घोल होता है। फॉस्फोरिक एसिड के जलीय घोल की सक्रियता अवधि कम होती है, इसलिए तीव्र ताप विधि से ब्रेज़िंग करना आवश्यक है। चांदी आधारित फिलर धातुओं से स्टेनलेस स्टील की ब्रेज़िंग के लिए Fb102, Fb103 या Fb104 फ्लक्स का उपयोग किया जा सकता है। तांबे आधारित फिलर धातु से स्टेनलेस स्टील की ब्रेज़िंग करते समय, उच्च ब्रेज़िंग तापमान के कारण Fb105 फ्लक्स का उपयोग किया जाता है।

भट्टी में स्टेनलेस स्टील की ब्रेज़िंग करते समय, अक्सर निर्वात वातावरण या हाइड्रोजन, आर्गन और अमोनिया के अपघटन जैसे सुरक्षात्मक वातावरण का उपयोग किया जाता है। निर्वात ब्रेज़िंग के दौरान, निर्वात दाब 10⁻² Pa से कम होना चाहिए। सुरक्षात्मक वातावरण में ब्रेज़िंग करते समय, गैस का ओस बिंदु -40 ℃ से अधिक नहीं होना चाहिए। यदि गैस की शुद्धता पर्याप्त नहीं है या ब्रेज़िंग तापमान अधिक नहीं है, तो वातावरण में थोड़ी मात्रा में गैस ब्रेज़िंग फ्लक्स, जैसे बोरोन ट्राइफ्लोराइड, मिलाया जा सकता है।

2. ब्रेज़िंग तकनीक

स्टेनलेस स्टील को ब्रेज़िंग करने से पहले उस पर लगी चिकनाई और तेल की परत को हटाने के लिए उसे और भी अच्छी तरह से साफ करना आवश्यक है। सफाई के तुरंत बाद ब्रेज़िंग करना बेहतर होता है।

स्टेनलेस स्टील की ब्रेज़िंग के लिए ज्वाला, प्रेरण और भट्टी माध्यम ताप विधियों का उपयोग किया जा सकता है। ब्रेज़िंग के लिए भट्टी में एक अच्छा तापमान नियंत्रण प्रणाली होनी चाहिए (ब्रेज़िंग तापमान में विचलन ± 6 ℃ होना चाहिए) और इसे जल्दी ठंडा किया जा सकता है। जब ब्रेज़िंग के लिए हाइड्रोजन का उपयोग परिरक्षण गैस के रूप में किया जाता है, तो हाइड्रोजन की आवश्यकताएँ ब्रेज़िंग तापमान और आधार धातु की संरचना पर निर्भर करती हैं, अर्थात्, ब्रेज़िंग तापमान जितना कम होगा, आधार धातु में स्टेबलाइज़र की मात्रा उतनी ही अधिक होगी, और हाइड्रोजन का ओस बिंदु उतना ही कम होना आवश्यक है। उदाहरण के लिए, 1Cr13 और Cr17ni2t जैसे मार्टेन्सिटिक स्टेनलेस स्टील के लिए, 1000 ℃ पर ब्रेज़िंग करते समय, हाइड्रोजन का ओस बिंदु -40 ℃ से कम होना आवश्यक है; स्टेबलाइज़र रहित 18-8 क्रोमियम निकल स्टेनलेस स्टील के लिए, 1150 ℃ पर ब्रेज़िंग करते समय हाइड्रोजन का ओस बिंदु 25 ℃ से कम होना चाहिए। हालांकि, टाइटेनियम स्टेबलाइज़र युक्त 1Cr18Ni9Ti स्टेनलेस स्टील के लिए, 1150 ℃ पर ब्रेज़िंग करते समय हाइड्रोजन ओस बिंदु -40 ℃ से कम होना चाहिए। आर्गन सुरक्षा के साथ ब्रेज़िंग करते समय, आर्गन की शुद्धता अधिक होनी चाहिए। यदि स्टेनलेस स्टील की सतह पर तांबा या निकल चढ़ाया गया है, तो परिरक्षण गैस की शुद्धता की आवश्यकता कम हो सकती है। स्टेनलेस स्टील की सतह पर ऑक्साइड परत को हटाने के लिए, BF3 गैस फ्लक्स भी मिलाया जा सकता है, और लिथियम या बोरॉन युक्त सेल्फ फ्लक्स सोल्डर का भी उपयोग किया जा सकता है। स्टेनलेस स्टील की वैक्यूम ब्रेज़िंग करते समय, वैक्यूम की मात्रा ब्रेज़िंग तापमान पर निर्भर करती है। ब्रेज़िंग तापमान बढ़ने के साथ, आवश्यक वैक्यूम कम हो सकता है।

ब्रेज़िंग के बाद स्टेनलेस स्टील की मुख्य प्रक्रिया अवशिष्ट फ्लक्स और अवशिष्ट प्रवाह अवरोधक को साफ करना और आवश्यकता पड़ने पर पोस्ट ब्रेज़िंग हीट ट्रीटमेंट करना है। उपयोग किए गए फ्लक्स और ब्रेज़िंग विधि के आधार पर, अवशिष्ट फ्लक्स को पानी से धोया जा सकता है, यांत्रिक रूप से साफ किया जा सकता है या रासायनिक रूप से साफ किया जा सकता है। यदि जोड़ के पास गर्म क्षेत्र में अवशिष्ट फ्लक्स या ऑक्साइड परत को साफ करने के लिए अपघर्षक का उपयोग किया जाता है, तो रेत या अन्य अधात्विक महीन कणों का उपयोग किया जाना चाहिए। मार्टेन्सिटिक स्टेनलेस स्टील और प्रेसिपिटेशन हार्डनिंग स्टेनलेस स्टील से बने भागों को ब्रेज़िंग के बाद सामग्री की विशेष आवश्यकताओं के अनुसार हीट ट्रीटमेंट की आवश्यकता होती है। Ni Cr B और Ni Cr Si फिलर धातुओं के साथ ब्रेज़ किए गए स्टेनलेस स्टील जोड़ों को अक्सर ब्रेज़िंग के बाद डिफ्यूजन हीट ट्रीटमेंट से उपचारित किया जाता है ताकि ब्रेज़िंग गैप की आवश्यकता को कम किया जा सके और जोड़ों की सूक्ष्म संरचना और गुणों में सुधार किया जा सके।