JP5215174B2 - ステンレス鋼の物品をろう付けする方法 - Google Patents
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Description
クレバスおよび孔の密閉、および継目のろう付けは、ろう付けされた物品を製造する場合、特に漏れのない流体密封の物品を製造する場合は、重要な要因である。継目、クレバスおよび孔の面積が大きい場合は、密閉および充填の能力はろうにとって重要性を増すが、密閉および充填能力は、ろう付け区域または領域の強度とは必ずしも関連していない。
本発明の1つの態様によれば、ステンレス鋼の物品をろう付け(brazing)するまたはソルダリング(soldering)する方法が提供される。これ以後、ろう付け(brazing)を用いるが、この用語は、また、ソルダリングも含むこと、および本発明の材料は、ソルダリング材料(soldering material)およびろう付け材料(brazing material)を含むことを理解すべきである。したがって、ろう付けの方法は:ステップ(i)鉄系ろう材(iron−based brazing filler material)をステンレス鋼の部品(parts of stainless steel)に適用する(apply)こと;ステップ(ii)部品を場合により組み立てること;ステップ(iii)ステップ(i)またはステップ(ii)からの部品を、非酸化性雰囲気、還元性雰囲気、真空またはそれらの組合せにおいて、少なくとも1000℃の温度に加熱すること、および前記部品を少なくとも1000℃の温度において、少なくとも15分間加熱すること;ステップ(iv)得られるろう付けされた領域(brazed area)が600HV1(Vickers hardness test−Part 1:Test method(ISO6507−1:1997))未満の平均硬度を有する物品を提供すること、およびステップ(v)ステップ(i)、ステップ(ii)およびステップ(iii)の1つまたは複数を場合により繰り返すこと、を含む。
ステップ(i)鉄系ろう材をステンレス鋼の部品に適用すること;
ステップ(ii)部品を場合により組み立てること;
ステップ(iii)ステップ(i)またはステップ(ii)からの部品を、非酸化性雰囲気、還元性雰囲気、真空またはそれらの組合せにおいて、少なくとも1000℃の温度に加熱すること、および前記部品を少なくとも1000℃の温度において、少なくとも15分間加熱すること;
ステップ(iv)得られるろう付けされた領域が600HV1未満の平均硬度を有する物品を提供すること、および
ステップ(v)ステップ(i)、ステップ(ii)およびステップ(iii)の1つまたは複数を場合により繰り返すこと、を含む。
ステップ(i)鉄系ろう材をステンレス鋼の部品に適用すること;
ステップ(ii)部品を場合により組み立てること;
ステップ(iii)ステップ(i)またはステップ(ii)からの部品を、非酸化性雰囲気、還元性雰囲気、真空またはそれらの組合せにおいて、少なくとも1000℃の温度に加熱すること、および前記部品を少なくとも1000℃の温度において、少なくとも15分間加熱すること;
ステップ(iv)76μmより大きい継目、孔、亀裂、間隙、またはクレバスを密閉または充填すること;および
ステップ(v)ステップ(i)、ステップ(ii)およびステップ(iii)の1つまたは複数を場合により繰り返すこと
を含む。
図1は、熱交換器の一部の断面を示す写真である。
図1は、鉄系ろう材が大きなクレバスを充填することができること、および大量のろう付け材料を用いてろう付けすることができることを示している。大きな熱交換器のろう付け継目は、したがって、大量の適用されたろうが存在すること、および大きな均一な区域が見つけられることを特徴とする。ろうの部分と元の板の厚さの部分が混合されて均一な区域となっている。
ろう付けされた薄壁のプレスされた熱交換器板の内部の板パターンと同じ幾何形状を有する試験試料を試験した。ろう材の適用された量は、4つのろう付けポイント当たり、ほぼ16から20gであった。ろうのAWS A5.8AMS仕様書による、ニッケルベースのろうBNi−5を、56wt%のFe、17wt%のCr、12wt%のNi、12wt%のSi、および1wt%のBを含む、鉄系ろうと比較した。ろうを、0.3〜0.4mmのクレバスを有する試験試料に適用し、試料を非酸化性雰囲気の下で、炉内で約1200℃の温度まで加熱した。試験結果を表1に要約する。
実施例2
鉄系ろうは、大きなクレバスを充填する能力を有するのみならず、大きなクレバスにおいて非常に高い強度を有し、このことが鉄系ろうを、例えば大きな熱交換器または例えば反応器板などの平面的な表面をろう付けするのに適したものにしていることが、今やわかった。試験は、ろうの量を引張り強さと比較することによって行い、結果を表2に要約する。
できるだけ良好な充填ができるように、ろう付け工程の熱処理サイクルを変化させることによって、一連の試験を行った。非常に短い熱処理サイクル(5分)においてさえも、大幅な差のあることがわかり、鉄系充填材を用いて非常に良好な充填をすることができた。ニッケルベースの充填材(BNi−5)と、56wt%のFe、17wt%のCr、12wt%のNi、12wt%のSi、および1wt%のBを含む鉄系充填材との間で、クレバスを充填する能力を比較しながら、ろう付け試験を1100℃において実施した。結果を表3に要約する。
ベース材料(タイプ316)の2つの板の間で等しく密閉した間隙の継目で、硬度試験を実施した。試験は、継目の中心において、ベース材料から等距離で実施した。硬度測定HV1は、ASTM E92−82(Standard test method for Vickers Hardness of Metallic Materials)およびEN ISO 6507−1(Metallic materials−Vickers hardness test−Part 1:Test method(ISO 6507−1:1997)に従って実行し、BNi−5の継目とFeベース材料(56wt%のFe、17wt%のCr、12wt%のNi、12wt%のSi、および1wt%のB)の継目との比較を行った。結果を表4に要約する。
56wt%のFe、17wt%のCr、12wt%のNi、12wt%のSi、および1wt%のBを含むFeベースの充填材によって密閉された、大きな継目の硬度試験を実施した。ろう付けされた継目が、1000μmを超える間隙を密閉している試験を実行し、その試験を行なった位置は図3に示すとおりとしたが、図3における写真は、本実施例の継目の写真ではない。結果は、349HV1、336HV1、210HV1、197HV1、250HV1、300HV1、および287HV1であり、275HV1の平均硬度を与える。
本実施例においては、漏れのない、すなわち、不完全な継目(defaulting joint)を有することなく完全にろう付けされた、熱交換器を製造するための試験を実施した。WO02/38327において定義されている鉄系充填材を、プレスされた板の間に適用した。それぞれの試験に20枚の板を使用した。板のおよその寸法は、幅400mm、長さ1000mm、および厚さ0.4mmであった。板を固定具の上に設置し、重しを付けた固定具を板の頂上に置いた。この板のパックを真空炉内で加熱した。熱交換器プレートパックを用いていくつかのろう付け試験を実行し、この試験を種々の熱処理サイクルで実施した。
試験A:中心部の充填材は、融解していない。
Claims (27)
- 複数のステンレス鋼の部品を含むろう付けされた物品を製造するために用いられるろう付け方法であって、
鉄系ろう材を、ろう付けすべき該部品に適用すること、および、該部品を共に組み立てること、
ただし、該鉄系ろう材は、
少なくとも40wt%のFe、14〜21wt%のCr、5〜21wt%のNi、0〜8wt%のMn、0〜2wt%のC、0〜15wt%のHf、ならびに、
6〜15wt%のSiおよび0.2〜1.5wt%のBか、あるいは、4〜9wt%のSiおよび4〜9wt%のP
を含む;
組み立てられた部品を、非酸化性雰囲気、還元性雰囲気、真空またはそれらの組合せにおいて、少なくとも400℃に予備加熱し、そして該部品を少なくとも400℃の温度に少なくとも15分間放置し、温度を少なくとも900℃に上昇させ、部品内の温度を等しくし温度が該部品及びろう材の至る所で等しくなるように、該部品を少なくとも900℃の温度に少なくとも1時間放置し、温度を少なくとも1100℃に上昇させ、該物品を1100℃を超える温度で少なくとも30分間ろう付けし、密閉または充填すべき継目、孔、亀裂、間隙、またはクレバスにろう材を流入させること;および、
ろう材を固化させ、それによって、ろう付けされた物品において600HV1未満の平均硬度を有するろう付けされた領域を形成すること
を含む方法。 - 前記ろう付けされた物品を、まず複数の部品を組み立てて共にろう付けし、次いで該物品を一以上の追加の部品とさらにろう付けする、段階的な仕方でろう付けする方法であって、該さらにろう付けすべき部品に該鉄系ろう材を適用し、該さらにろう付けすべき部品を組み立てた後、部品を予備加熱し次いで少なくとも1100℃のろう付け温度に部品を加熱し少なくとも30分間該物品をろう付けする前記工程を繰り返す
請求項1記載のろう付け方法。 - 76μmより大きい継目、孔、亀裂、間隙、またはクレバスを、前記ろう材をその継目、孔、亀裂、間隙、またはクレバスに流入させて固化させることによって密閉または充填する
請求項1または2記載のろう付け方法。 - 前記鉄系ろう材が、ガスアトマイズによって、水アトマイズによって、インゴットの粉砕によって得られ、
該鉄系ろう材を、ペーストとして、ひも状で、または滴状で、ステンレス鋼の部品に適用する
請求項1〜3のいずれか一項に記載のろう付け方法。 - 300μmより大きな継目、孔、亀裂、間隙、もしくはクレバスを、前記ろう材によって密閉または充填し、
ろう付けされた領域が、250μmより大きな充填されたクレバスのろう付けされた領域の中心線または中心線近くにおいて測定した、350HV1未満の平均硬度を有する
請求項3に記載のろう付け方法。 - 250μmより大きな継目、孔、亀裂、間隙、もしくはクレバス、またはそれらの組合せを、前記ろう材によって密閉または充填し、
ろう付けされた領域が、ろう付けされた領域の中心線または中心線近くにおいて測定した、350HV1未満の平均硬度を有する
請求項3に記載のろう付け方法。 - 350μmより大きな継目、孔、亀裂、間隙、もしくはクレバス、またはそれらの組合せを、前記ろう材によって密閉または充填し、
ろう付けされた領域が、300μmより大きな充填されたクレバスのろう付けされた領域の中心線または中心線近くにおいて測定した、350HV1未満の平均硬度を有する
請求項3に記載のろう付け方法。 - ろう付けされた物品のろう付けされた領域が、少なくとも110N/mm2の引張り強さを有する
請求項1〜7のいずれか一項に記載のろう付け方法。 - 組み立てられた部品を、組み立てられた部品内の温度を等しくするために、少なくとも3時間、少なくとも1000℃に加熱し、次いで、密閉および充填すべき継目、孔、亀裂、間隙、またはクレバスにろう材が流入するように、少なくとも1150℃のろう付け温度まで加熱する
請求項1〜8のいずれか一項に記載のろう付け方法。 - 前記物品が、ろう付けされた熱交換器板、ろう付けされた反応器板、またはそれらの組合せを含み、少なくとも60バールの破裂圧力を有する
請求項9に記載のろう付け方法。 - 組み立てられた部品が、0.20m2を超える面積、および少なくとも0.003m2のポートホール面積を有するステンレス鋼の板を有する、プレート熱交換器のプレートパックであるろう付けされた物品を形成し、
鉄系ろう材を、共にろう付けすべき熱交換器板に適用し、該板をパックにし、
組み立てたプレートパックを、密閉および充填すべき継目、孔、亀裂、間隙、またはクレバスにろう材が流入するように、少なくとも25分間1150℃のろう付け温度に加熱する
請求項9または10に記載のろう付け方法。 - 前記熱交換器が、9個を超える熱交換器板が共にろう付けされたプレートパックを有する
請求項11記載のろう付け方法。 - 溝、経路、跡、通路、vまたはu字形のトラック、小路、網、またはそれらの組合せの形態である毛管力破壊手段を用いて、鉄系ろう材をろう付けすべきステンレス鋼に適用する
請求項1〜12のいずれか一項に記載のろう付け方法。 - 少なくとも65バールの破裂圧力を有し、
0.20m2を超える面積および少なくとも0.003m2のポートホール面積を有する板を有する熱交換プレートパックを含む、
ろう付けされたプレート熱交換器であって、
該プレートパック中の板が、ステンレス鋼からなり、かつ、鉄系ろう材によって共にろう付けされ、
該鉄系ろう材は、少なくとも40wt%のFe、14〜21wt%のCr、5〜21wt%のNi、6〜15wt%のSiおよび0.2〜1.5wt%のBを含むか、あるいは、少なくとも40wt%のFe、14〜21wt%のCr、5〜21wt%のNi、4〜9wt%のSiおよび4〜9wt%のPを含み、
プレートパックにおける継目、孔、亀裂、間隙、またはクレバスが、該ろう材によって密閉および充填され、ろう付けされた領域が600HV1未満の平均硬度を有し、
該ろう付けされた熱交換器が以下によって得られたものである、ろう付けされた熱交換器:
鉄系ろう材を、ろう付けすべき該板に適用すること、および、該板を共に組み立てること;
組み立てられたプレートパックを、非酸化性雰囲気、還元性雰囲気、真空またはそれらの組合せにおいて、少なくとも400℃に予備加熱し、そして該プレートパックを少なくとも400℃の温度に少なくとも15分間放置し、温度を少なくとも900℃に上昇させ、プレートパック内の温度を等しくし温度がプレートパック及びろう材の至る所で等しくなるように、プレートパックを少なくとも900℃の温度に少なくとも1時間放置し、温度を少なくとも1100℃に上昇させ、プレートパックを1100℃を超える温度で少なくとも30分間ろう付けし、密閉または充填すべき継目、孔、亀裂、間隙、またはクレバスにろう材を流入させること;および、
ろう材を固化させ、それによって、ろう付けされた物品において600HV1未満の平均硬度を有するろう付けされた領域を形成すること。 - 少なくとも80バールの破裂圧力を有する、
請求項14に記載のろう付けされた熱交換器。 - 300μmより大きな継目、孔、亀裂、間隙、もしくはクレバスが、前記鉄系ろう材によって密閉または充填され、
ろう付けされた領域が、250μmより大きな充填されたクレバスのろう付けされた領域の中心線または中心線近くにおいて測定した、350HV1未満の平均硬度を有する
請求項14または15に記載のろう付けされた熱交換器。 - 250μmより大きな継目、孔、亀裂、間隙、もしくはクレバス、またはそれらの組合せが密閉され、
ろう付けされた領域が、ろう付けされた領域の中心線または中心線近くにおいて測定した、350HV1未満の平均硬度を有する
請求項14または15に記載のろう付けされた熱交換器。 - 350μmより大きな継目、孔、亀裂、間隙、もしくはクレバス、またはそれらの組合せが密閉され、
ろう付けされた領域が、300μmより大きな充填されたクレバスのろう付けされた領域の中心線または中心線近くにおいて測定した、350HV1未満の平均硬度を有する
請求項14または15に記載のろう付けされた熱交換器。 - 500μmより大きな継目、孔、亀裂、間隙、もしくはクレバス、またはそれらの組合せが密閉され、
ろう付けされた領域が、400μmより大きな充填されたクレバスのろう付けされた領域の中心線または中心線近くにおいて測定した、390HV1未満の平均硬度を有する
請求項14または15に記載のろう付けされた熱交換器。 - ろう付けされた領域が、少なくとも2wt%のSiのシリコン含有量を有する、
請求項14から19のいずれか一項に記載のろう付けされた熱交換器。 - ろう付けされた領域が、少なくとも110N/mm2の引張り強さを有する
請求項14〜20のいずれか一項に記載のろう付けされた熱交換器。 - 前記熱交換器板が、端板、アダプタ板、密閉板およびフレーム板から選ばれる少なくとも一つをも含み、
前記熱交換器板が、熱交換器システムを構成する
請求項14〜21のいずれか一項に記載のろう付けされた熱交換器。 - プレートパックおよびポート領域の両方が、プレートパックに装着されたアダプタ板または端板によって堅くされた
請求項14〜22のいずれか一項に記載のろう付けされた熱交換器。 - 前記板の間のポート領域の周囲にろう材が適用され、
前記板の間のポート領域の周囲全体にまたは周囲の一部に伸びている毛管力破壊手段の中にまたはその近くにろう材が配置された
請求項21〜23のいずれか一項に記載のろう付けされた熱交換器。 - 溝、経路、跡、通路、vまたはu字形のトラック、小路、網、またはそれらの組合せの形態である毛管力破壊手段を用いて、鉄系ろう材が適用された
請求項14〜24のいずれか一項に記載のろう付けされた熱交換器。 - 前記プレートパックにおける熱交換器板が9個を超える
請求項21〜25のいずれか一項に記載のろう付けされた熱交換器。 - プレートパック内の温度を均一にするために、プレートパックが少なくとも500℃の温度に加熱され、および/または、少なくとも1150℃の温度で少なくとも15分間プレートパックが共にろう付けされた
請求項14〜26のいずれか一項に記載のろう付けされた熱交換器。
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