Właściwości mechaniczne i strukturalne złączy stali nierdzewnej i tytanu lutowanych spoiwami srebrnymi zawierającymi cynę

Joining of titanium and its alloys with stainless steel by means of welding methods and obtaining joints characterised by good operation properties constitutes today a significant problem in relation to research and technology. Apart from specialised welding technologies, brazing is one of the basic methods applied for joining these having diversified physical and chemical properties material combinations. Brazing is especially recommendable in the production of systems and heat exchangers for chemical industry as well as subassemblies of nuclear reactors and aircraft engines and accessories. Similarly as in case of welded joints of stainless steel and titanium, the mechanical properties of brazed joints of the aforesaid materials are connected with the occurrence of hard and brittle intermetallic phases appearing in the form of continuous layers on braze boundaries. This work reports testing of strength properties and investigation of structures of vacuum-brazed joints of stainless chromium-nickel steel (X6CrNiTi18-10) and titanium (Grade 2) at 820÷900°C for 5÷20 min by means of silver brazing filler metals with tin grade B-Ag68CuSn-730/755 (Ag68Cu28Sn4) i B-Ag65CuSnNi-740/767 (Ag65Cu28Sn5Ni2). These filler metals assure better wettability of stainless steel hard to wettable in vacuum brazing. The structural tests were conducted taking advantage of optical microscopy; by means of a scanning electron microscope (SEM) and energy-dispersion spectrometer (EDS). The test results allowed to specify the most convenient brazing parameters of the tested material system from the mechanical properties point of view and to determine of qualitative and geometrical changes in joint structures depending on temperature and brazing times.Łączenie metodami spawalniczymi tytanu i jego stopów ze stalą nierdzewną i uzyskanie w efekcie połączeń o wymaganej dobrej jakości oraz korzystnych własnościach eksploatacyjnych stanowi wciąż ważny i aktualny problem badawczy oraz technologiczny. Lutowanie twarde obok specjalistycznych metod spawania i zgrzewania jest jedną z podstawowych metod łączenia tego układu materiałowego o zróżnicowanych własnościach fizycznych i chemicznych. Metoda ta jest szczególnie zalecana w produkcji instalacji oraz wymienników ciepła dla przemysłu chemicznego, a także podzespołów reaktorów nuklearnych oraz osprzętu i silników lotniczych. Własności mechaniczne połączeń lutowanych tytan - stal nierdzewna, podobnie jak połączeń spawanych i zgrzewanych tych materiałów, są związane z występowaniem twardych i kruchych faz międzymetalicznych wydzielających się w postaci ciągłych warstw na granicach lutowin. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań własności wytrzymałościowych oraz struktur połączeń stali nierdzewnej chromowo-niklowej X6CrNiTi18-10 z tytanem Grade 2 lutowanych próżniowo w temperaturach 820÷900°C i czasach 5÷20 min lutami srebrnymi, zawierającymi niewielki dodatek cyny, w gat. B-Ag68CuSn-730/755 (Ag68Cu28Sn4) i B-Ag65CuSnNi-740/767 (Ag65Cu28Sn5Ni2). Luty te zapewniają korzystniejszą zwilżalność trudno zwilżalnej w warunkach lutowania próżniowego stali nierdzewnej. Badania strukturalne połączeń prowadzono z wykorzystaniem mikroskopii świetlnej, mikroskopu elektronowego - skaningowego (SEM) oraz spektrometru dyspersji energii (EDS). Przeprowadzone badania pozwoliły na ustalenie najkorzystniejszych ze względu na własności mechaniczne parametrów lutowania badanego układu materiałowego a także na określenie zmian strukturalnych w połączeniach, wykonywanych w różnych warunkach temperaturowo - czasowych procesu

Właściwości spoiw srebrnych do lutowania twardego z dodatkiem litu

The analysis of the influence of lithium on wetting properties of Ag-Cu brazing alloys and the shear strength of stainless steel/braze/stainless steel joint was conducted. The brazing alloys of designations and composition according to ANSI/AWS A5.8: BAg-8a (71÷3 wt.% Ag, 0.25÷0.50 wt.% Li, Cu) and BAg-19 (92÷93 wt.% Ag, 0.15÷0.30 wt.% Li, Cu) and a braze alloy containing 70÷72 wt.% Ag, 0.6÷0.7 wt.% Li and Cu were subjected to the investigations. The wettability properties of the brazing silver alloys were examined in a spread test. The shear strength of joints were measured on the joints of stainless steel in the tensile test. The comparison of results showed a beneficial effect of lithium on the spreading properties and the wettability of braze alloys as well as the quality and shear strength of the brazed joints. The observed slag inclusions in the solid braze did not affect considerably the mechanical properties of the prepared joints because of the intensive deoxidation of the brazing surfaces of stainless steel elements.Przeprowadzone zostały badania wpływu litu na właściwości zwilżające spoiw do lutowania twardego typu Ag-Cu oraz na wytrzymałość połączeń stal nierdzewna/lutowina/stal nierdzewna. Badaniom poddane zostały spoiwa o następujących oznaczeniach i składach chemicznych zgodnie z norma ANSI/AWS A5.8: BAg-8a (71÷3% wag. Ag, 0.25÷0.50% wag. Li, Cu) oraz BAg-19 (92÷93% wag. Ag, 0.15÷0.30% wag. Li, Cu) a także stop zawierający 70÷72% wag. Ag, 0.6÷0.7% wag. Li oraz Cu. Właściwości zwilżające spoiw badane były metoda rozpływności. Wytrzymałość na ścinanie połączeń lutowanych ze stali nierdzewnej badana była w próbie rozciągania. Analiza porównawcza wykazała korzystny wpływ litu na rozpływność i zwilżalność spoiw oraz na jakość i wytrzymałość na ścinanie połączeń lutowanych. Zaobserwowane w lutowinach wtrącenia żużlowe nie wpływały znacząco na właściwości mechaniczne połączeń ze względu na bardzo intensywne odtlenienie łączonych powierzchni stali nierdzewnej

Impact of Tin and Nickel on the Brazing Properties of Silver Filler Metals and on the Strength of Brazed Joints Made of Stainless Steels

Przeprowadzono badania właściwości lutowniczych w próżni spoiw srebrnych do lutowania twardego zawierających cynę oraz cynę i nikiel dla stali nierdzewnych - chromowej X6Crl7 oraz chromowo-niklowej X6CrNiTi 18-10 oraz wytrzyma- łości i właściwości strukturalnych połączeń lutowanych tych stali. Badaniom poddane zostały spoiwa B-Ag68CuSn-73Q/755 (Ag68Cu28Sn4) i B-Ag65CuSn Ni-740/767 (Ag65Cu28Sn5Ni2) oraz w celu porównawczym, najczęściej stosowane dotychczas w procesach próżniowego lutowania wysokostopowych stali nierdzewnych spoiwo B-Ag72Cu-780 (Ag 272) [18]. Właściwości lutownicze spoiw badano określając ich zwilżalność metodą rozpływności. Wytrzymałość połączeń luto- wanych ze stali nierdzewnych badana była w próbie ścinania W badaniach strukturalnych zastosowano mikroskopy świetlny i elektronowy - skaningowy z spektrometrem dyspersji energii (EDS). Analiza porównawcza wykazała korzystny wpływ cyny i niklu na rozpływność i zwilżalność spoiw oraz na jakość i wytrzymałość na ścinanie połączeń lutowanych

Wpływ składu chemicznego topników lutowniczych na jakość i właściwości mechaniczne połączeń lutowanych tytanu

Titanium and its alloys are increasingly popular specialist structural materials used in modern technologies. In terms of operational properties, titanium is significantly better than other commonly applied structural materials. A crucial welding-related issue of today is durable joining of elements made of titanium and its alloys. One of the most popular and recommended joining methods, particularly in case of thin-walled elements of complicated geometry is brazing. Due to high reactivity of titanium, it should be brazed in vacuum or very pure, chemically neutral, controlled atmospheres. Brazing of titanium in air atmosphere (flame or induction brazing) requires highly active, fluoride, specialist brazing fluxes. Institute of Welding in Gliwice has conducted recipe- and technology-related research on brazing fluxes, which resulted in the development of a new flux characterised by high durability and good brazing properties. The article presents the outcome of the research, including the determination of the impact of the basic chemical components on the brazing properties of fluxes, preparation of recipes of fluxes and assessment of their brazing properties as well as the evaluation of quality and shear strength of brazed joints made with such fluxes.Tytan oraz jego stopy stanowią specjalistyczne, coraz szerzej stosowane w nowoczesnej technice materiały konstrukcyjne, przewyższające pod względem właściwości eksploatacyjnych wiele dotychczas stosowanych powszechnie materiałów konstrukcyjnych. Ważnym i wciąż aktualnym problemem w dziedzinie spawalnictwa jest trwałe łączenie elementów wykonanych z tych materiałów. Jedna z bardziej popularnych i zalecanych metod ich łączenia, zwłaszcza w przypadku wyrobów cienkościennych o skomplikowanej geometrii, jest lutowanie twarde. Z uwagi na silną reaktywność tytanu i jego stopów bardziej odpowiedzialne elementy, lutuje się w próżni lub w bardzo czystych atmosferach kontrolowanych, neutralnych chemicznie. Dla procesu lutowania twardego tytanu w atmosferze powietrza (lutowanie płomieniowe lub indukcyjne) niezbędne są natomiast wysoko aktywne - fluorkowe, specjalistyczne topniki lutownicze. W Instytucie Spawalnictwa w Gliwicach podjęto badania recepturowo - technologiczne nad topnikami tego typu zakończone opracowaniem nowego, topnika o wysokich właściwościach lutowniczych i trwałości. W prezentowanej poniżej pracy przedstawiono wyniki tych badań. Obejmują one określenie wpływu podstawowych składników chemicznych na właściwości lutownicze topników, tworzenie receptur topników i ocenę ich właściwości lutowniczych a także ocenę jakości oraz wytrzymałości na ścinanie wykonanych przy ich użyciu połączeń lutowanych

Lutowanie twarde stopu na osnowie aluminidku Fe3Al

Alloys based on the Fe3Al intermetallic phase belong to a new generation of metallic materials intended for operation at higher temperatures and having properties something between those of metals and ceramic materials. They are characterised by relatively high oxidation resistance, high corrosion resistance, high-temperature creep resistance, high electrical resistivity, high abrasion resistance as well as resistance to erosion and cavitation. Although the material costs of these alloys are relatively low, they belong to materials which are very difficult to join by means of welding methods. For this reason, joining such materials remains an important and current research and technological problem. One of the methods used for joining such materials is brazing. This work shows the results of technological tests concerned with vacuum brazing an alloy based on the Fe3Al (Fe86Al14) phase using silver (Ag72Cu28) and copper-nickel (Cu90Ni210, Cu95Ni5) filler metals as well as presents the results of tests on the mechanical and structural properties of obtained joints.Stopy na osnowie fazy międzymetalicznej typu Fe3Al należą do nowszej generacji materiałów metalicznych, przeznaczonych do pracy w podwyższonych temperaturach, o właściwościach pośrednich pomiędzy metalami a materiałami ceramicznymi. Charakteryzują się one przede wszystkim stosunkowo wysoką odpornością na utlenianie i korozje, żarowytrzymałością, wysoką rezystywnością elektryczną, a także wysoką odpornością na ścieranie, erozje i kawitacje. Stopy te, o stosunkowo niskich kosztach materiałowych, należą jednak do materiałów bardzo trudno spajalnych metodami spawalniczymi, dlatego zagadnienie ich łączenia stanowi wciąż ważny i aktualny problem badawczy oraz technologiczny. Jedna z metod łączenia takich materiałów jest lutowanie twarde. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań technologicznych z zakresu lutowania próżniowego stopu na osnowie fazy Fe3Al (Fe86Al14), spoiwami: srebrnym (Ag72Cu28) i miedziano-niklowymi (Cu90Ni210, Cu95Ni5), a także wyniki badań właściwości wytrzymałościowych i strukturalnych uzyskanych połączeń

Wpływ cyny i niklu na właściwości lutownicze spoiw srebrnych i wytrzymałość połączeń lutowanych ze stali nierdzewnych

The research involved vacuum tests of brazing properties of silver filler metals, containing tin as well as tin and nickel, and used in brazing of chromium X6Cr17 and chromium-nickel X6CrNiTi18-10 stainless steels. The research also involved testing the strength and structural properties of brazed joints made of these steels. The tests were conducted on filler metals (silver brazing alloys) B-Ag68CuSn-730/755 (Ag68Cu28Sn4) and B-Ag65CuSnNi-740/767 (Ag65Cu28Sn5Ni2) and also, for comparative purposes, on the filler metal B-Ag72Cu-780 (Ag 272 according to PN-EN ISO 17672), most commonly applied in the vacuum brazing of high alloyed stainless steels. The brazing properties of the filler metals were tested by determining their wettability by means of the spreadability method. The strength of brazed joints made of the stainless steels was examined in a shear test. Research-related structural tests involved light and electron microscopy with an energy dispersive spectrometer (EDS). The comparative analysis of the properties of the filler metals revealed the positive impact of tin and nickel on the spreadability and wettability of the silver brazing alloys as well as on the quality and the shear strength of brazed joints.Przeprowadzono badania właściwości lutowniczych w próżni spoiw srebrnych do lutowania twardego zawierających cynę oraz cynę i nikiel dla stali nierdzewnych - chromowej X6Crl7 oraz chromowo-niklowej X6CrNiTi 18-10 oraz wytrzymałości i właściwości strukturalnych połączeń lutowanych tych stali. Badaniom poddane zostały spoiwa B-Ag68CuSn-73Q/755 (Ag68Cu28Sn4) i B-Ag65CuSn Ni-740/767 (Ag65Cu28Sn5Ni2) oraz w celu porównawczym, najczęściej stosowane dotychczas w procesach próżniowego lutowania wysokostopowych stali nierdzewnych spoiwo B-Ag72Cu-780 (Ag 272) [18]. Właściwości lutownicze spoiw badano określając ich zwilżalność metodą rozpływności. Wytrzymałość połączeń lutowanych ze stali nierdzewnych badana była w próbie ścinania W badaniach strukturalnych zastosowano mikroskopy świetlny i elektronowy - skaningowy z spektrometrem dyspersji energii (EDS). Analiza porównawcza wykazała korzystny wpływ cyny i niklu na rozpływność i zwilżalność spoiw oraz na jakość i wytrzymałość na ścinanie połączeń lutowanych

Brazing of Titanium with Aluminium Alloys

This study presents results of vacuum diffusion brazing of Grade 2 titanium with 6082 (AlMg1Si0.6Cu0.3) aluminium alloy using B-Ag72Cu-780 (Ag72Cu28) grade silver brazing metal as an interlayer. Brazed joints underwent shear tests, light-microscopybased metallographic examinations and structural examinations using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray energy dispersive spectrometry (EDS). The highest quality and shear strength of 20 MPa was characteristic of joints brazed at 530°C with a 30-minute hold. The structural examinations revealed that in diffusion zone near the boundary with titanium the braze contained solid solutions based on hard and brittle Ti-Al type intermetallic phases determining the strength of the joints

Braze Welding TIG of Titanium and Aluminium Alloy Type Al – Mg

The article presents the course and the results of technological tests related to TIG-based arc braze welding of titanium and AW-5754 (AlMg3) aluminium alloy. The tests involved the use of an aluminium filler metal (Al99.5) and two filler metals based on Al-Si alloys (AlSi5 and AlSi12). Braze welded joints underwent tensile tests, metallographic examinations using a light microscope as well as structural examinations involving the use of a scanning electron microscope and an X-ray energy dispersive spectrometer (EDS). The highest strength and quality of welds was obtained when the Al99.5 filler metal was used in a braze welding process. The tests enabled the development of the most convenient braze welding conditions and parameters

Shielding gas effect on the structure of variable polarity GMA weldbrazed joints of galvanised sheets

The article presents the course and results of tests aimed to determine the effect of shielding gas on the shape of a weldbraze and on the structure of weldbrazed joints made of thin galvanised sheets. Test joints were made using innovative VP GMA weldbrazing utilising variable current and voltage waveforms. The tests involved the use of 3 types of shielding gases and mixtures, i.e. Ar, Ar + 1% O2 and Ar + 18% CO2, and required macro and microscopic metallographic examination of overlay brazes and weldbrazed joints. The tests conducted have revealed that the use of mixtures containing active gases, and CO2 in particular, increases the heat input of a weldbrazing process, improves the wettability of sheets and the geometry of weldbrazes, yet it also favours greater coat damage in the joining area and causes partial melting of workpieces