Optimale sterkte bereiken in een soldeerverbinding: 6 stappen

Om de optimale sterkte in een soldeerverbinding te bereiken, worden normaal de volgende stappen gevolgd: 1. Gezamenlijk ontwerp 2. Reiniging van de verbindingsvlakken 3. Selecteren van de flux 4. Selectie van een soldeerproces 5. Posten reinigen en inspecteren 6. Verwarmen Behandeling van hardgesoldeerde componenten.

Stap # 1. Gezamenlijk ontwerp:

Twee hoofdtypen verbindingen gebruikt bij het solderen zijn de LAP JOINT en de BUTT JOINT. Normaal gesproken worden lapnaden onderworpen aan afschuifbelasting terwijl de stootvoegen onderworpen worden aan trek- of drukbelasting. De SCARF JOINT wordt soms geselecteerd op basis van servicevereisten zoals mechanische sterkte, drukdichtheid en elektrische geleidbaarheid, alsmede op het soldeerproces dat moet worden gebruikt, fabricagetechnieken en het aantal te produceren verbindingen.

Lap joint wordt gebruikt waar kracht een eerste overweging is. Een dergelijke verbinding kan worden ontworpen om een ​​voldoende gesoldeerd gebied te verschaffen om een ​​gezamenlijke sterkte te verkrijgen die gelijk is aan die van het moedermetaal. Om de maximale voegefficiëntie en overlap van drie limoenen te bereiken, is de dikte van het dunste element vereist. Overlappingen groter dan dit leiden tot slechte gewrichten als gevolg van onvoldoende penetratie en inclusie, etc.

Lap joint wordt ook aanbevolen als lekdichtheid en goede elektrische geleiding vereist zijn. Heupgewrichten hebben echter de neiging onevenwichtig te zijn wat leidt tot spanningsconcentratie en dat nadelig is voor de gewrichtskracht. Alles moet in het werk worden gesteld om een ​​uitgebalanceerd rond gewricht te bieden om de lading op de juiste manier te dragen.

De stootverbinding kan een gladde verbinding met minimale dikte verschaffen, maar omdat deze een beperkt gebied voor solderen verschaft en omdat de sterkte van het vulmateriaal gewoonlijk minder is dan die van de sterkte van het moedermetaal, zal een stuikverbinding geen 100 % Gezamenlijke efficiëntie.

Tic-sjaalverbinding is een compromis tussen de heupgewricht en de stootvoeg in die zin dat het de gladde contour van de stootkoppeling kan behouden en tegelijkertijd het grote gewrichtsgebied van de heupgewricht kan vormen. Zowel de uiteinden van de sjaal als die van de stootnaden zijn goed gemaakt met zilverhardsoldeerlegeringen en zijn aanzienlijk sterker dan het moedermateriaal. Helaas zijn sjaalkoppelingen moeilijker uit te lijnen dan de vierkante-butt of lap joints.

Gezamenlijke goedkeuring:

Gezamenlijke speling versus afschuifsterkte van soldeerverbindingen. Gezamenlijke speling is de afstand tussen de vervuilende oppervlakken. Als de gezamenlijke speling te klein is, zal de capillaire werking er niet toe leiden dat het vulmetaal uniform door het gehele gewrichtsgebied stroomt.

Als het te groot is, kan het vulmetaal niet door de verbinding stromen, wat resulteert in een soldeerverbinding met lage sterkte. Wanneer fluxen vereist zijn, zijn de gebruikte vrije ruimten normaal gesproken groter en kunnen variëren tussen 0-025 tot 0 0635 mm. Voor elke combinatie van ouder- en vulmetalen is er een optimale gewrichtspeling zoals aangegeven door de curve in Fig. 17.7.

Afb. 17.7 Gezamenlijke speling versus afschuifsterkte van soldeerverbindingen

Wanneer voor een gewricht het ene lid het andere omgeeft, zoals in telescopische pijpen, en het inwendige deel een hogere uitzettingscoëfficiënt heeft dan zal de speling worden verminderd met de temperatuurstijging. In een dergelijk geval moet een maximaal toelaatbare speling worden gebruikt. Ook zal tijdens het koelen het inwendige orgaan meer samentrekken wat kan leiden tot breuk; het is daarom essentieel om het juiste vulmateriaal te kiezen, dwz het materiaal met een lang temperatuurbereik tussen de solidus en de liquidus met een trage stroming, zodat het grote openingen kan overbruggen en voldoende sterkte behoudt om barsten bij afkoeling te weerstaan.

Stap # 2. De gezamenlijke gezichten reinigen:

Voor sterke, hoogwaardige verbindingen moeten de te verbinden onderdelen worden schoongemaakt van olie, vuil, vet en oxiden, anders kan de capillaire werking niet plaatsvinden. Reiniging kan mechanisch of chemisch worden uitgevoerd; de laatste methode levert echter betere resultaten op.

Mechanische reiniging bestaat uit borstelen, vijlen, zandstralen, machinaal bewerken, slijpen of reinigen met staalwol. Bij het snijden van vloeistoffen die tijdens een dergelijke bewerking worden gebruikt, moet deze chemisch worden gereinigd. Mechanisch reinigen verwijdert oxiden en schalen en maakt ook de pasvlakken ruwer om de capillaire stroming en bevochtiging van het soldeervulmetaal te verbeteren.

Chemisch reinigen van vet, olie, vuil, enz. Omvat het gebruik van tetrachloorkoolstof, trichloorethyleen of trinatriumfosfaat; oxiden worden echter verwijderd met salpeterzuur of zwavelzuur. Een verscheidenheid aan reinheidsreinigers worden op de markt gebracht voor specifieke toepassingen.

Stap # 3. Selecteer de Flux:

Na het reinigen van het werkstuk wordt een flux gebruikt om het oppervlak te beschermen tegen oxidatie of andere ongewenste chemische actie tijdens het verwarmen en solderen. Soldeerfluxen zijn geschiktheidsmengsels van verschillende hiervan in gradiënten en zijn in het algemeen verkrijgbaar in poeder-, pasta- of vloeibare vormen.

Borax wordt al eeuwen gebruikt als hardsoldeerflux. Borax en boorzuur worden gereduceerd door chemisch actieve metalen zoals chroom om boriden met een laag smeltpunt te vormen. De boraxfluxresten na hardsolderen zijn echter vaak glasachtig en kunnen alleen worden verwijderd door afschrikken (thermische schok) of schurende of chemische werking.

Fluxen worden meestal toegepast in de vorm van pasta of vloeistof vanwege het geval van aanbrengen op kleine onderdelen en hun hechting in elke positie. Het is vaak nuttig om de pasta lichtjes te verwarmen voor het aanbrengen. Flux reageert met zuurstof en zodra het ermee verzadigd raakt, verliest het zijn effectiviteit.

Gecontroleerde atmosfeer of vacuüm worden soms gebruikt om oxidatie tijdens hardsolderen te helpen voorkomen. Vacuüm en sommige atmosferen elimineren de behoefte aan flux. De gassen die worden gebruikt voor het creëren van de gewenste atmosfeer zijn koolstofdioxide, koolmonoxide, stikstof en waterstof of door het gebruik van inerte gassen zoals argon en helium. Vacuüm is met name geschikt voor het solderen van metalen zoals titanium, zirkonium, columbium, molybdeen en tantaal.

Vulmateriaal en plaatsing:

In de AWS-classificatie zijn de soldeervullermaterialen onderverdeeld in zeven groepen, namelijk aluminium-siliciumlegeringen, magnesiumlegeringen, koper-fosforlegeringen, koper- en koper-zinklegeringen, zilverlegeringen, edele metalen (koper en goud) en hittebestendige materialen of nikkellegeringen.

Afkortingen worden gebruikt om deze vulmaterialen te identificeren; B staat voor solderen en RB betekent dat het vulmateriaal kan worden gebruikt voor zowel solderen als lassen. Dus, > de indeling RB CuZn-D, Cu en Zn verwijzen naar de basisbestanddelen van het vulmiddel (47% Cu, 42% Zn) terwijl D aangeeft dat het ook 11% Ni bevat.

Ongetwijfeld de meest populaire groep van soldeermaterialen zijn de zilverlegeringen die soms ten onrechte zilveren soldeer worden genoemd.

Zuiver koper is met name geschikt voor hardsolderen van staal in reducerende atmosfeer.

Hittebestendige vulmaterialen worden gebruikt voor toepassingen bij hoge temperaturen, zoals gasturbines, en worden vaak gebruikt voor soldeeronderdelen van hoog-nikkel en roestvrij staal.

B Ag-10 dat 92% zilver en 8% koper bevat en B Ag-13 dat 56% zilver, 42% koper en 2% nikkel bevat, kan goede sterkte behouden tot ongeveer 870 ° C.

BNi-1 met 14% chroom, 3% borium, 4% silicium, 4% ijzer, 75% nikkel; en BNi-5 bevattende 19% chroom, 10% silicium en 71% nikkel kan hun sterkte behouden tot bijna 1050 ° C.

Boor wordt toegevoegd aan het hittebestendige vulmateriaal aangezien het snel diffundeert in roestvast staal en hittebestendige staalsoorten; dit bevordert het bevochtigen en verspreiden.

De soldeervulmetalen zijn in de volksmond in draad- of staafvorm verkrijgbaar; soms zijn ze ook verkrijgbaar als vel, poeder en pasta of zelfs als een bekleed oppervlak van het te solderen deel.

De plaatsing van vulmetaal kan de kwaliteit van de verbinding beïnvloeden. Voor de gewoonlijk toegepaste heupgewricht moet het vulmetaal aan één uiteinde worden toegevoerd en mag het volledig door de verbinding stromen door capillaire werking. Als het aan beide uiteinden wordt geleverd, kan het de slagen vervormen waardoor holtes ontstaan ​​die de kracht van de verbinding drastisch kunnen verminderen. Men mag echter in gedachten houden dat het vulmetaal niet door capillaire werking in een blinde verbinding kan stromen.

Stap # 4. Selectie van een soldeerproces:

Hoewel er een groot aantal hardsoldeerprocessen is, maar die van het huidige industriële gebruik en belang zijn onder meer:

1. Solderen van toortsen.

2. Solderen van ovens.

3. Dompel Brazing.

4. Inductie Hardsolderen.

5. Weerstandsolderen.

6. Infrarood solderen.

Andere hardsoldeerprocessen omvatten blokhardsolderen, ultrasoon hardsolderen met dubbele koolstofboog, exotherm hardsolderen, gaswolfraamboogproces en het plasmabooglasproces.

1. Solderen van toortsen:

Solderen van de toorts wordt uitgevoerd door de onderdelen te verwarmen door in het algemeen een oxyacetyleenvlam te gebruiken waarbij een normale gasbrander wordt gebruikt. Handmatig solderen van toortsen is misschien de meest gebruikte soldeermethode. De gebruikte vlam is neutraal of licht verkleinend.

Soldeervet metaal kan worden bereid in de verbinding in de vorm van ringen, ringen, stroken, naaktslakken, poeder, enz. Of het kan worden toegevoerd vanuit in de hand gehouden vulmetaal. In het laatste geval wordt het vulmetaal tegen het gewricht gedrukt wanneer de flux vloeibaar wordt en helder als water. De warmte wordt overgedragen naar het vulmetaal door het moedermetaal en niet door de vlam.

Solderen van toortsen wordt gebruikt wanneer het te solderen werkstuk te groot is, een ongebruikelijke vorm heeft of niet door andere methoden kan worden verhit. Handmatig solderen van toortsen is met name handig bij assemblages met delen van ongelijke massa's en voor reparatiewerkzaamheden.

2. Solderen van ovens:

Het hardsolderen van de oven gebeurt door de gereinigde, zelfrichtende, zelfstellende en geassembleerde onderdelen in een oven te plaatsen met soldeervulmateriaal dat is voorgevormd in de vorm van draad, folie, vijlsel, slakken, poeder, pasta of tape. De ovens zijn meestal van een elektrisch weerstandstype met automatische temperatuurregeling, zodat ze kunnen worden geprogrammeerd voor de verwarmings- en koelcycli.

Hardsolderen van ovens wordt vaak gedaan zonder het gebruik van flux, maar inerte gassen zoals argon en helium worden soms gebruikt om speciale eigenschappen te verkrijgen.

Hardsolderen van ovens kan ook worden gebruikt voor vacuümsolderen dat op grote schaal wordt gebruikt in de lucht- en ruimtevaart en nucleaire fabricage wanneer reactieve metalen worden verbonden of waar ingesloten fluxen niet aanvaardbaar zijn.

Het hardsolderen van ovens kan ook worden gedaan door een band van het transportbandtype, zoals getoond in figuur 17.8, waarvan de snelheid de verwarmingstijd regelt.

Het hardsolderen van ovens is het best geschikt voor delen met een vrij uniforme massa, hoewel het kan worden gebruikt voor het solderen van onderdelen van alle groottes met meerdere verbindingen en verborgen verbindingen.

3. Dompel Brazing:

Dompel solderen wordt bereikt door schone en geassembleerde delen onder te dompelen in een gesmolten bad dat zich in een geschikte pot bevindt. Er zijn twee methoden voor donsolderen; chemisch bad dompel solderen en gesmolten metaal bad dompel solderen.

Bij hardsoldeer met chemisch bad wordt het vulmetaal in een geschikte vorm voorgevuld en wordt het samenstel gedompeld in een bad van gesmolten zout, dat als een flux werkt. Het bad verschaft de vereiste warmte en noodzakelijke bescherming tegen oxidatie. Het zoutbad bevindt zich in een oven zoals getoond in figuur 17.9. De oven wordt verwarmd door elektrische weerstand of door I2R verlies in het bad zelf.

Normaal gesproken worden de te solderen delen voorverwarmd in een luchtcirculatieoven voordat ze in het zoutbad worden ondergedompeld.

Bij hardsolderen in gesmolten bad worden de delen ondergedompeld in een bad van gesmolten soldeervulmetaal dat zich in een pot bevindt. Een fluxbedekking wordt gehandhaafd over het oppervlak van het gesmolten metaalbad. Het gesmolten soldeermateriaal stroomt in de las om te worden gesoldeerd door capillaire werking. Het proces is grotendeels beperkt tot het solderen van kleine onderdelen, bijvoorbeeld draden of smalle stroken metaal.

Als gevolg van uniforme verwarming, vervormen de soldeerseldelen minder dan met torch gesoldeerde onderdelen. Dit proces is het meest geschikt voor matige tot hoge productie runs, omdat de tooling nogal complex is.

Onderdaksolderen heeft de voorkeur voor het verbinden van kleine tot middelgrote onderdelen met meerdere of verborgen verbindingen. Het is ook goed aangepast aan delen met een onregelmatige vorm. Hoewel dit proces kan worden gebruikt voor alle metalen die kunnen worden gesoldeerd, maar het is vooral geschikt voor het verbinden van metalen met smeltpunten die erg dicht bij de soldeertemperatuur liggen, bijvoorbeeld aluminium.

4. Inductiehardsolderen:

In Inductie wordt soldeerwarmte verkregen door elektrisch een hoogfrequente (5000 tot 5000.000 hertz) wervelstroom in het werk te induceren vanuit een watergekoelde spoel met de gewenste vorm die het werk omringt.

De verwarmingsdiepte kan worden bepaald door de gebruikte frequentie: een hoogfrequente voedingsbron produceert huidverwarming in de onderdelen, terwijl een lagere frequentiestroom resulteert in diepere verwarming en wordt dus gebruikt voor het solderen van zwaardere secties. Verwarmen tot de gewenste temperatuur wordt gewoonlijk bereikt in 10 tot 60 seconden.

Hardsoldeervloeimiddel kan al dan niet worden gebruikt. De snelle verhittingssnelheden van inductiesolderen maken het geschikt voor solderen met vulmetaallegeringen die de neiging hebben te verdampen of te segregeren.

Gecontroleerde warmte-inbreng samen met snelle verwarmingssnelheden en automatische modus maken het tot een proces met hoge productiesnelheid dat in de open lucht kan worden gebruikt. Het nadeel van inductiesolderen is echter dat de warmte niet uniform is.

5. Weerstandsolderen:

Bij hardsolderen met weerstand worden de te solderen werkstukken gemaakt in het elektrische circuit. Aldus wordt de vereiste warmte voor solderen verkregen door de weerstand tegen de stroom van stroom door de te solderen verbinding.

De te solderen delen worden tussen twee elektroden gehouden terwijl de juiste stroom onder de vereiste uitgeoefende druk wordt geleid. De gebruikte elektroden kunnen van koolstof, grafiet, vuurvaste metalen of koperlegeringen zijn volgens de vereiste geleidbaarheid. AC wordt gewoonlijk gebruikt met een hoge stroomsterkte en lage spanning.

Fluxen met de vereiste geleidbaarheid worden gebruikt. Dus normale hardsoldeerfluxen die isolatoren zijn wanneer zij koel en droog zijn, zijn mogelijk niet bruikbaar. Bij hardsolderen met resistentie wordt het vulmetaal gewoonlijk voorgefabriceerd, hoewel in bijzondere gevallen gezichtsvoeding kan worden gebruikt.

Hardsolderen met weerstand wordt normaal gesproken gebruikt voor productie met een laag volume, waarbij de verwarming in het te solderen gebied wordt gelokaliseerd.

6. Infrarood solderen:

Bij infraroodsolderen wordt de warmte verkregen van infraroodlampen die tot 5000 watt aan stralingsenergie kunnen leveren. Hittestralen kunnen op de gewenste plek worden geconcentreerd met behulp van stralingsconcentrerende reflectoren.

Bij infraroodsolderen kunnen de te solderen delen in de lucht of in een inerte atmosfeer of in vacuüm worden gehouden. Voor inerte atmosfeer of vacuümsolderen kunnen de samengestelde delen in een behuizing worden geplaatst of kunnen zowel het samenstel als de infraroodlamp worden ingesloten. De delen worden dan verwarmd tot de gewenste temperatuur zoals aangegeven door thermokoppels. Fig. 17.10 toont de opstelling voor infraroodsolderen; de onderdelen worden na het solderen naar de koelplaten verplaatst.

Infrarood hardsolderen gebeurt in een automatische modus en is niet geschikt voor handmatig gebruik. Normaal gesproken zijn de te solderen delen zelfsturend en wordt het vulmateriaal in het gewricht voorbewerkt.

Stap 5. Postreiniging en inspectie:

Het is essentieel om alle fluxresten te verwijderen nadat het solderen is voltooid, anders kunnen de onderdelen gecorrodeerd raken. Over het algemeen kan de flux worden verwijderd door heet stromend water. Als dat niet het doel dient, dan kan lagedrukstroomstoom worden gebruikt.

Als het vloeimiddelresidu hard en plakkerig is, kan het een thermische schok krijgen door te blussen om het te breken en te verwijderen. Als de onderdelen tijdens het solderen oververhit zijn geraakt, is een chemisch bad met neutraliserend water na afloop nodig.

Inspectie van hardgesoldeerde delen kan visuele inspectie, testproeven, lektesten, testen van vloeistofpenetratie, ultrasone en radiografische inspectie omvatten.

In het geval van visuele inspectie, is het het beste om een ​​standaardmonster ter vergelijking te hebben om te weten wat acceptabel is.

Destructieve testen zoals afpeltest, torsietest en spanning- en afschuivingstests kunnen ook worden toegepast voor de eerste paar onderdelen en er worden zo vaak als nodig controles op plaatsen uitgevoerd.

Stap # 6. Warmtebehandeling van hardgesoldeerde componenten:

Warmtebehandeling kan worden uitgevoerd tijdens het solderen of na voltooiing ervan. In het eerste geval is het gebruikte vulmetaal zodanig dat het stolt boven de vereiste warmtebehandelingstemperatuur, terwijl in de laatste situatie het vulmateriaal zodanig moet zijn dat het stolt bij dezelfde temperatuur als die vereist voor warmtebehandeling.