DE2716975C3

DE2716975C3 - Method for joining cast iron parts or steel parts with cast iron parts

Info

Publication number: DE2716975C3
Application number: DE19772716975
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Vacuum Soldeer Centrum Vof Amsterdam
Current assignee: Vacuum Soldeer Centrum Vof Amsterdam
Priority date: 1976-04-20
Filing date: 1977-04-16
Publication date: 1980-10-30
Also published as: FR2348782B1; IT1081350B; DE2716975B2; BE853628A; CH620385A5; FR2348782A1; GB1572472A; DE2716975A1; NL7604170A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vakuumlöten von Gußeisenteilen oder Stahlteilen mit Gußeisenteilen. The invention relates to a method for vacuum brazing cast iron parts or steel parts with cast iron parts.

Es ist bekannt, daß das Hartlöten von Gußeisenteilen besonders problematisch ist und bei diesem schwierigen Material nicht jeder Lötvorgang zum Erfolg führt. Aus dem »Handbuch der Löttechnik« von E. Lüder ist bekannt, daß beim Lötvorgang die Grenzflächenreaktion zwischen Gußeisen und geschmolzenem Lot träger verläuft und zuweilen gänzlich unterbleibt. Die Schuld an der mangelnden Bindung trägt vor allem das Graphit in der Lötfläche beim Gußeisen. Ohne die Beseitigung des Graphits, die mechanisch durch Sandstrahlen oder mit Oxydation durch Zugabe von Kupferoxyd beim Boraxflußmittel erreichbar erscheint, also erhebliche Vorarbeiten und Zusatzmittel notwendig sind, läßt sich nach herkömmlicher Weise eine feste Lötverbindung kaum erreichen.It is known that brazing cast iron parts is particularly problematic and difficult to do so Material not every soldering process leads to success. From the "Handbook of Soldering Technology" by E. Lüder is known that the interface reaction between cast iron and molten solder is slower during the soldering process runs and sometimes does not take place at all. The graphite is primarily to blame for the lack of bonding in the soldering surface of cast iron. Without removing the graphite mechanically by sandblasting or with oxidation by the addition of copper oxide in the case of borax flux appears to be achievable, thus considerable Preparatory work and additives are necessary, a fixed soldered connection can be made in the conventional manner hardly reach.

In der DE-AS 12 28125 wird die Möglichkeit des Hartlötens von einem stählernen Tragkörper, beispielsweise einem Ventilschaft, mit einer gußeisernen Endkappe beschrieben. Das gußeiserne Teil muß hierzu galvanisch vorbehandelt werden, um einen Überzug von Lot auf die zu lötende Fläche zu bekommen. Erst dann läßt sich durch Löten der Teile eine feste Bindung schaffen. Dies ist aber nur bei kleinen Teilen zu realisieren. Die galvanischen Vorarbeiten sind recht aufwendig und lassen sich an sperrigen Gegenständen kaum durchführen. Es ist auch sehr schwierig, die galvanischen Überzüge nur an den Stellen zu erhalten, die als Schweißstelle betrachtet wird. Vielmehr wird der Lötüberzug auch an Stellen entstehen, die nicht zur Bearbeitungsfläche gehören und infolgedessen teuer und zum Teil nicht durchführbar sein.In DE-AS 12 28 125 the possibility of Brazing of a steel support body, for example a valve stem, with a cast iron End cap described. The cast iron part must be galvanically pretreated for this purpose in order to obtain a coating of Get solder on the surface to be soldered. Only then can a firm bond be established by soldering the parts create. However, this can only be achieved with small parts. The galvanic preparatory work is right expensive and can hardly be carried out on bulky objects. It's also very difficult to do that to obtain galvanic coatings only at the points that are considered to be welds. Rather, the Solder coating also arise in places that do not belong to the processing surface and are therefore expensive and sometimes not be feasible.

Schließlich ist aus den Berichten von Firma Degussa eine Veröffentlichung über Vakuumhartlote bekannt, mit denen je nach Grundwerkstoff und Löttemperatur im Vakuum zwischen 10~² und 10-⁶Torr gelötet werden soll. Die dabei anzuwendenden Lote sollen frei von flüchtigen metallischen und nicht-metallischen Verunreinigungen sein, es werden hierbei die reinen Metalle, wie z.B. Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Germanium, Indium, Platin und Paladium sowie ihre Legierungen genutet. Diese Lote sind sehr teuer. Man wird infolgedessen diese Lote nur für sehr hochwertige Werkstoffe, wie hochlsgierte Stähle verwenden. Gußeisen, das von Hause aus sehr viele unreine Einschlüsse besitzt und sehr billig ist, wird man nicht mit diesen sehr kostspieligen und hochlegierten Loten verbinden. In dem vorbekannten Bericht von Firma Degussa wird besonders darauf hingewiesen, daß die zu lötenden Flächen und Teile sorgfältig vorbearbeitet werden müssen und dabei von Oxydhäuten, Fett, Schmutz usw.Finally, a publication on vacuum brazing alloys is known from the reports by Degussa, which is to be soldered, depending on the base material and brazing temperature in a vacuum between 10 ^-2 and 10 ^-6 Torr. The solder to be followed are intended to be free of volatile metallic and non-metallic impurities, it is the pure metals such as copper, silver, gold, nickel, germanium, indium, platinum and palladium and their alloys are hereby grooved. These solders are very expensive. As a result, these solders will only be used for very high-quality materials such as high-alloy steels. Cast iron, which inherently has a lot of impure inclusions and is very cheap, will not be combined with these very expensive and high-alloy solders. In the previously known report from Degussa, it is particularly pointed out that the surfaces and parts to be soldered must be carefully prepared to remove oxide skins, grease, dirt, etc.

auf chemischen und mechanischem Wege gereinigt und anschließend mit Trichloräthylen gespült werden müssen. Man hat auch erkannt, daß man mit hohem Vakuum die Oxydhaut auf dem Werkstück während der Erhitzung im Ofen reduzieren kann und diese umso schneller schwindet, je tiefer das Vakuum angesetzt ist Deshalb war bisher auch immer das Bestreben, bei einem möglichst niedrigen Druck zu arbeiten. Bei Gußeisen stellte man aber fest, daß die Verbindung eine schlechte Qualität aufweist und daß das Gußeisen selbst sehr schlechte Eigenschaften davon bekam. Deshalb war bisher die Meinung, daß Gußeisen nicht vakuumgelötet werden könne, zumal ein so billiges Material nicht mit den Edelloten in Verbindung gebracht wurde, die sehr teuer sind und normalerweise nur für die Raumfahrttechnik in Frage kommen.cleaned chemically and mechanically and then rinsed with trichlorethylene have to. It has also been recognized that the oxide skin on the workpiece during the Can reduce heating in the oven and this disappears faster the lower the vacuum is applied That is why the aim has always been to work at the lowest possible pressure. at Cast iron, however, it was found that the connection was of poor quality and that the cast iron itself got very bad properties from it. Therefore, it was previously believed that cast iron was not vacuum brazed especially since such a cheap material was not associated with the noble solders that are very expensive and are normally only suitable for space technology.

Die Aufgabe der Erfindung liegt nun in dem Schaffen eines Verfahrens, mit dem Gußeisenteile bzw. Gußeisen- mit Stahlteilen in beliebiger Form und Größe fest zu einem Stück verbunden werden können, wobei die mechanischen Eigenschaften und der Werkstoffzustand mindestens die gleiche Qualität behalten soll, die vor der Verbindung und vor der Behandlung vorhanden waren.The object of the invention is to create a method with which cast iron parts or cast iron can be firmly connected to one piece with steel parts of any shape and size, whereby the mechanical properties and the material condition should retain at least the same quality as before Connection and existed prior to treatment.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Merkmale desThis task is solved according to the characteristics of the

Anspruchs 1. Die zu verbindenden Gußteile werden dabei unter Zugabe eines bekannten Lots, das mindestens 50% Kupfer enthält bei einem gemäßigten Druck, der zwischen 10-⁴ und 100 Torr beträgt, zusammengelötet. Wie die Praxis gezeigt hat, treten an dem zu bearbeitenden Werkstück bei dieser Temperatür- und Druckbehandlung keine Strukturwandlungen auf. Viele Versuche haben gezeigt, daß die dabei verlöteten Gußeisenteile und auch Guß-/Stahlteile sich sehr gut und innig verbinden lassen und ihre mechanischen Eigenschaften unverändert geblieben sind und zum Teil verbessert wurden. Diese Schweißverbindung bei dem genannten Druck und den übrigen Bedingungen gemäß dem Hauptanspruch läßt sich beliebig oft mit dem jeweils gleich guten Ergebnis wiederholen. Entscheidend ist natürlich auch, daß der Lötvorgang in einem geschlossenen Raum, d. h. in einem Ofen vollzogen wird. Wie bereits erwähnt, sind die Temperaturen so zu wählen, daß das Lot gut fließt und die zu verbindenden Teile nur aufnahmebereit für das Lot sind, ohne selbst in Fluß zu geraten. Dies erfolgt selbst bei starken und auch bei kleinen Teilen in dem Temperaturbereich von 800° C bis 135O⁰C.Claim 1. The castings are to be connected thereby with the addition of a known solder which contains at least 50% copper at a moderate pressure, which is between 10- ⁴ and 100 Torr, soldered together. As practice has shown, no structural changes occur on the workpiece to be machined with this temperature and pressure treatment. Many tests have shown that the cast iron parts and also cast / steel parts that are soldered in this way can be connected very well and intimately and that their mechanical properties have remained unchanged and in some cases have been improved. This welded connection at the pressure mentioned and the other conditions according to the main claim can be repeated as often as required with the same good result in each case. It is of course also crucial that the soldering process is carried out in a closed space, ie in an oven. As already mentioned, the temperatures should be selected so that the solder flows well and the parts to be connected are only ready to receive the solder without getting into the flow themselves. This takes place even with strong and also with small parts in the temperature range from 800 ° C to 135O ⁰ C.

Für das Verfahren hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Merkmale des Anspruchs 2 genutzt werden. Das Verfahren ist überraschend einfach, weil die zu verbindenden Teile vorab bereits in die Lage gebracht und fixiert werden, wie sie später fest verbunden sein sollen. Außerdem legt man das zu verbindende Lotmaterial bereits auf die Stellen, die sichIt has proven to be particularly advantageous for the method if the features of claim 2 are used will. The process is surprisingly simple because the parts to be connected are already in place in advance be brought and fixed in the way they should be firmly connected later. In addition, you increase that connecting solder material already on the places that are

innig verbinden solle,·. Je nach Größe des Objekts und der Spaltweite wird man Draht oder Pulver nehmen oder gar eine Folie dazwischenlegen. Durch das Fixieren werden die Teile während des Lötvorgangs sich nicht verschieben, und in dem Vakuum wird das mit mindestens 50% Kupfer enthaltende Lot die Lötnaht voll ausfüllen.should connect intimately, ·. Depending on the size of the object and wire or powder or even put a foil between them. By the Fixing the parts will not move during the soldering process, and in the vacuum it will Solder containing at least 50% copper completely fill the soldered seam.

Um eine saubere Lotnaht zu erreichen, sind die Anwendung bestimmter Verfahrensschritte von großem Vorteil, welche aus Patentanspruch 3 hervorgehen. Bei Verwendung eines solchen Verfahrens ergibt sich eine besonders hochwertige Verbindung zwischen den unterschiedlichen Teilen. Die Praxis hat gezeigt, daß die Eigenschaften an der Verbindungsstelle nahezu gleich oder sogar besser als die Eigenschaften der zu verbindenden Materialien sind. Das Verfahren eignet sich zum Löten ven aller Art Gußeisen, wie ferritisches, ferritisches und perlitisches, perlitisches und/oder austenitisches Gußeisen, nicht legiertes, niedrig legiertes und/oder hochlegiertes Gußeisen, für Gußeisen mit Schichtenstruktur, Nodularstruktur und/oder zwischenliegender Mischstruktur, wobei diese Gußeisenarten miteinander und/oder mit jeder Art von Stahl verbunden werden können. Da die Aufheizung in einem Ofen erfolgt, ergibt sich eine gleichmäßige, allseitige Erwärmung, so daß keine Verformung der zu verbindenden Teile auftritt Auch Verbindungen an sehr schwer zugänglichen Stellen und Verbindungen von Teilen mit sehr verschiedenem Querschnitt sind ohne Schwierigkeiten mit dem Verfahren herstellbar. Bei diesem Lötverfahren im Ofen ist ein Flußmittel entbehrlich. Dadurch wird der Nachteil vermieden, daß wegen eventuell zu großer Mengen Flußmittel das Lot nicht an alle Stellen gelangen kann. Die zusammengelöteten Gegenstände sind nach dem Lötvorgang vollkommen sauber, so daß eine nachträgliche Reinigung sich erübrigt.
Mit diesem neuartigen Verfahren in Druckbereichen, die im allgemeinen und insbesondere für Gußeisen bisher nicht denkbar waren, erreicht man hochwertige Verbindungen, ohne daß Vorarbeiten stattfinden müssen und zu dem auch keine Nacharbeiten notwendig sind. Ein einfacheres Lötverfahren für Gußeisenteile, deren gute mechanischen Eigenschaften nach der Verbindung beibehalten bleiben, und mit dem auch eine innige und feste Verbindung erreicht wird, ist kaum denkbar und auch aus der Praxis bisher nicht bekannt.In order to achieve a clean solder seam, the use of certain process steps, which emerge from claim 3, are of great advantage. Using such a method results in a particularly high-quality connection between the different parts. Practice has shown that the properties at the connection point are almost the same or even better than the properties of the materials to be connected. The method is suitable for soldering all types of cast iron, such as ferritic, ferritic and pearlitic, pearlitic and / or austenitic cast iron, non-alloyed, low-alloy and / or high-alloy cast iron, for cast iron with a layer structure, nodular structure and / or intermediate mixed structure, these Cast iron types can be connected to each other and / or to any type of steel. Since the heating takes place in an oven, there is uniform, all-round heating, so that there is no deformation of the parts to be connected. Connections in places that are difficult to access and connections of parts with very different cross-sections can be produced with the method without difficulty. A flux is not required for this furnace soldering process. This avoids the disadvantage that the solder cannot get to all places because the amount of flux is too large. The soldered together objects are completely clean after the soldering process, so that subsequent cleaning is not necessary.
With this new type of process in pressure areas that were previously unthinkable in general and in particular for cast iron, high-quality connections are achieved without preliminary work having to take place and for which no reworking is necessary. A simpler soldering process for cast iron parts, the good mechanical properties of which are retained after the connection, and with which an intimate and firm connection is achieved, is hardly conceivable and has not yet been known from practice.

Claims

Patent claims:

1. A method for vacuum soldering cast iron parts or steel parts with cast iron parts, characterized in that the parts are soldered with a known solder which contains at least 50% copper and that the soldering process in an oven at a pressure between 10 ~ ⁴ Torr and 100 Torr and at a temperature between 80O ⁰ C and 1350 ° C is carried out.

2. The method according to claim 1, characterized that the parts to be connected exactly opposite one another before being introduced into the furnace be fixed and solder material in the vicinity of the solder seam to be produced in the form of a wire, a film or a powder or in a form derived therefrom.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that after the introduction of the to connecting parts in the furnace, the furnace is first evacuated, whereupon the temperature in the furnace increases increases the desired value and then a cooling, if necessary accelerated, to below 150 ° C, after which an inert gas is introduced into the furnace.