SE524928C2 - Järnbaserat lodmaterial för sammanfogning av element genom lödning samt lödd produkt framställd härmed - Google Patents

Description

524 928 Det är t ex oftast inte tillåtet att använda kopparlod för livsmedelsapplikationer, däremot används kopparlödda plattvärmeväxlare i tjärrvärme- och bruksvatteninstallationer.

Värmeväxlare sammanfogade med nickellod kan utnyttjas i många sammanhang och är också tillåtna i ett begränsat urval av livsmedels- applikationer.

Sammansättningen hos den lödfog som erhålles vid nickellödning av järn- eller icke Ni-baserade material awiker kraftigt från sammansättningen hos det material som sammanfogas. Man erhåller alltså oönskade skillnader i kemiska och mekaniska egenskaper.

Föreliggande uppfinning erbjuder möjlighet att genom lödning samman- foga en produkt genom att använda ett lodmaterial med i huvudsak samma sammansättning som det basmaterial av vilken produkten framställs, varvid dock Iodmaterialet innehåller tillsatser som sänker dess likvidustemperatur. Föreliggande uppfinning erbjuder alltså en möjlighet att framställa en livsmedelsgodkänd apparatur som t ex en plattvärmeväxlare genom att använda ett lodmaterial enligt uppfinningen. Uppfinningen kännetecknas huvudsakligen av att Iodmaterialet utgöres av en legering som förutom järn innehåller 5-40 % Cr, maximalt 16 % Mn, maximalt 40 % Ni och maximalt 7 % Mo samt 0-6 % Si och/eller 0-15 % P, allt räknat i viktsprocent, vilken tillsats av Si och P i kombination eller var för sig tillsammans med B i en mängd av O-3 % sänker likvidus-temperaturen, d v s den temperatur vid vilken Iodmaterialet smält fullständigt, varvid sammanlagda viktsprocenten av de smältpunktssänkande grundämnena skall ligga mellan 5,4-15 % 10 15 20 25 30 n o n Q nu 524 928 Den verksamma, lösta mängden Si och/eller P och eventuellt B bör ligga inom ovan angivna intervall för att den önskade smältpunktssänkande effekten skall uppnås. Den analyserade mängden Si kan dock vara betydligt högre, eftersom Si kan förekomma t. ex. i form av kiselkarbider eller kiselnitrider, vara bundet till syre eller ha förslaggats på annat sätt. Av samma orsak kan också den analyserade mängden P eller B vara högre.

Det järnbaserade lodmaterialet kan om så önskas innehålla mikro- legeringselement såsom Ti, W, Al, Cu, Nb, Ta, V med flera.

Variationer i sammansättning kan också sammanhänga med små ofrànkomliga mängder av förorenande element som C, O, N och S.

Det järnbaserade lodmaterialet framställes med fördel genom gas- eller vattenatomisering av en smälta med sammansättning enligt ovan.

Ett annat alternativt framställningssätt utgöres av ”meltspinning”.

Uppfinningen omfattar även en lödd produkt framställd genom samman- lödning av järnbaserade element, vilken produkt kännetecknas av att elementen är sammanfogade med ett järnbaserat Iodmaterial som är legerat med ett likvidussänkande grundämne såsom Si och/eller P eventuellt även B.

Den lödda produkten utgöres företrädesvis av en lödd plattvärmeväxlare för minst två värmeväxlingsfluider som omfattar minst ett plattpaket framställt genom sammanlödning av flertal värmeväxlingsplattor av ett järnbaserat material medelst ett järnbaserat lodmateria, varvid värmeväxlingsplattorna mellan sig bildar plattmellanrum avsedda för värmeväxlingsfluiderna. De vid lödningen erhållna lödfogarna har en metalllurgisk sammansättning nära det järnbaserade plattmaterialets sammansättning med lokalt högre mängder av i förekommande fall Si, P, 10 15 20 25 30 a u a n nu 524 928 eventuellt även B i och omkring lödfogarna ijämförelse med det järnbaserade plattmaterialet.

Det är i sig känt att Si, B och P sänker likvidustemperaturen i Ni-legeringar.

För sammanfogning medelst lödning av järnbaserade material har man som tidigare nämnts arbetat med Cu- eller Ni- lod. Det har nu över- raskande visat sig att man kan utgå från ett basmaterial av samma sammansättning som materialet i de produkter man önskar sammanfoga och genom att legera detta med kisel och/eller bor och/eller fosfor åstadkomma ett väl fungerande lodmaterial. Genom att studera binära fasdiagram för rent järn och Si, B och P kan man konstatera att en Fe-Si legering har ett smältpunktsminimum på 1212 °C vid omkring 19% Si. För en Fe-B-legering finns det ett smältminimum vid c:a 1174 °C vid ungefär 4 % B. I Fe-P-systemet finnes ett smältminimum vid c:a 1048 °C vid ungefär 10 % P.

Vanligen använder man dock inte rena järnmaterial utan man arbetar med järnbaserade legeringar som förutom Fe också innehåller relativt stora mängder Cr och Ni. I legeringarna ingår också Mo och Mn. Att med hjälp av fasdiagram försöka fastställa effekten av tillsats av olika mängder kisel och/eller fosfor och eventuellt bor blir så gott som omöjligt eftersom antalet dimensioner blir lika stort som antalet grundämnen i legeringen.

För att kunna erhålla en Iödfog bör lodmaterialets likvidustemperatur ligga under 1250 °C.

Förvånansvärt nog har man alltså funnit att en tillsats av mindre mängd kisel eller fosfor i kombination eller var för sig kan ge en sådan sänkning av likvidustemperaturen att ett lämpligt lodmaterial erhålles. 10 15 20 25 - n Q ø nu 524 928 l nedanstående tabell visas olika exempel på lodmaterialsamman- sättningar.

Tabel|1. Riktanalys för testsmältor Smälta Fe %Si %Mn %P %B %Cr %M0 %Ni 1 Bal 0 0 10 0 15 0 12 2 Bal 0 0 11 0 5 0 12 3 Bal 3,5 0 0 1,9 5 0 12 4 Bal 4 1 0 2,5 11 2,5 12 5 Bal 5 1 0 3 14 2,5 12 6 Bal 4,5 0 0 2,9 13 0 0 Uttrycket Bal innebär att resterande mängd material i smältan utgöres av Fe.

Proverna löddes i temperaturer mellan 1100°C till 1240°C beroende på sammansättning. Reslutatet av den okulära besiktningen av testlödningarna med proven vid olika lödtemperaturer var att man, i samtliga fall kunde erhålla smältning av materialen och åstadkomma lodpunkter.

Lodmaterialet enligt uppfinningen utnyttjas lämpligen i form av ett pulver eller en folie. Pulvret kan framställas genom att ett göt åstadkommes, vilket göt sedan krossas och males. Eftersom lodmaterialet kan vara sprött är detta en lämplig tillverkningsmetod. Nackdelen med götgjutning är att en viss risk för segringar kan ge ett inhomogent material med svårdefinierade eller breda smältintervall. Vid mindre göt och/eller snabb kylning minskar dock risken för segringar. Vid götgjutning är det viktigt att minimera kontakten med luft genom att använda vakuumgjutnig eller gjutning under skyddsgas. Till följd av den mekaniska bearbetningen ökar lodmatmerialets energiinnehåll och därmed dess reaktivitet. 10 15 20 25 30 - p Q a nu a 524 928 Ytterligare framställningssätt för att erhålla ett pulver med homogen sammansättning utgöres av vatten- eller gasatomisering. Egenskaperna hos pulvret varierar i beroende av framställningssättet. De krossade och malda partiklarna är kantiga och vassa, de vattenatomatiserade är nodulära och de gasatomiserade i det närmaste sfäriska. Denna skillnad i partikelform ger lodmaterialet något varierande egenskaper vid användning för lödning. Genom att välja olika atomiseringsmetoder och krossnings/malningsgrad kombinerat med siktning kan fördelningen av partikelstorleken kontrolleras. Vid vattenatomisering blir syrehalten i rå- pulvret vanligtvis högre eftersom vattenatomisering sker vid högre syre- potential än gasatomisering. En högre syrehalt kan ge oxidutskiljningari materialet som kan ha en negativ inverkan på de mekaniska egenskaperna hos lödfogen. Den effektiva Si- och/eller P- och eventuellt B-halten i lodmaterialet blir följaktligen lägre, vilket innebär att smältintervallet förskjuts.

Tillverkning av folie genom ”meltspinning” ur en metallsmälta sker genom att man låter metallsmältan kylas direkt mot en kall yta så att t.ex. en folie bildas. Vid en ”normal” folie-produktion består den kalla ytan av en kyld vals tillverkad av t.ex. koppar eller en kopparlegering. Genom att använda en sådan kyld vals kan man bilda en folie kontinuerligt. Man kan även erhålla amorfa folier. För att erhålla en sådan behöver man vanligen tillsätta B.

Lodmaterialet enligt uppfinningen kan appliceras på de ställen man önskar en lödfog genom olika metoder. Ett pulver av lodmaterialet framställt enligt något av ovan beskrivna metoder kan slammas upp i något bindemedel för att sedan appliceras på lämpligt sätt.

Claims (5)

10 15 20 25 30 0"! NJ -lš- \O h) C. 3 Patentkrav

1. Järnbaserat lodmaterial för sammanfogning av element genom lödning, k ä n n e t e c k n a t av att Iodmaterialet utgöres av en Iegering som förutom järn innehåller 5-40 % Cr, maximalt 16 % Mn, maximalt 40% Ni och maximalt 7 % Mo, samt 0-6 % Si och/eller 0-15 % P, allt räknat i viktprocent, vilken tillsats av Si och P i kombination eller var för sig tillsammans med B i en mängd av 0-3 % sänker likvidustemperaturen, d v s den temperatur vid vilken Iodmaterialet är fullständigt smält, varvid sammanlagda viktsprocenten av de smältpunktssänkande grundämnena skall ligga mellan 5,4-15 %.

2. Järnbaserat lodmaterial enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att Iodmaterialet är framställt genom gas-eller vattenatomisering eller ”meltspinning" av en smälta med sammansättning enligt ovan.

3. Järnbaserat lodmaterial enligt något av föregående krav, k ä n n e- te c k n at av att Iodmaterialet innehåller 0-20 % Hf och/eller 0-2 % C.

4. Lödd produkt framställd genom sammanlödning av järnbaserade element, k ä n n e t e c k n a d av att elementen är sammanfogade med ett järnbaserat lodmaterial som är legerat med ett likvidussänkande grundämne som Si och/eller P, eventuellt även B, varvid Iodmaterialet och basmaterialet har i huvudsak samma sammansättning bortsett från de likvidussänkande grundämnena.

5. Lödd produkt enligt krav 4 , k ä n n e t e c k n a d av att produkten utgöres av en plattvärmeväxlare avsedd för minst två värmeväxlingsfluider, vilken omfattar minst ett plattpaket framställt genom sammanlödning av ett flertal värmeväxlingsplattor av ett järnbaserat material medelst ett . . 1 u n" - n u v n. flfl: _". ' _ . -. . .I . n 1:- : _ _ _ - . . . . . .. _ , .n .u .. . ....-.. ._ z z v ~ v n ß . . - . __ . . . . .. _ n c- järnbaserat lodmaterial, varvid värmeväxlingsplattorna mellan sig bildar plattmellanrum avsedda för värrneväxlingsfluiderna, varvid de vid Iödningen erhållna Iödfogarna har en metallurgisk sammansättning nära det järnbaserade plattmaterialets sammansättning med lokalt högre mängder Si och/eller P eventuellt även B i och omkring Iödfogarna i jämförelse med det järnbaserade plattmaterialet.