הלחמת נחושת ופלדה היא תהליך נפוץ של חיבור מתכת לא דומה בשימוש נרחב במיזוג אוויר וקירור, HVAC, רכיבי רכב, ציוד חשמלי, מחליפי חום, חלקי שסתומים ומכלולי צינורות תעשייתיים. מכיוון שלנחושת ופלדה יש הבדלים משמעותיים במוליכות תרמית, נקודת התכה, מקדם התפשטות תרמית והתנהגות חמצון פני השטח, בחירת מתכת המילוי, השטף ושיטת החימום הנכונה היא חשובה מאוד.
אם בחירת החומר אינה מתאימה, עלולות להתרחש בעיות כגון הרטבת מתכת לקויה של מילוי, חיבורים חלשים, סדקים, דליפה, חוזק מפרקים לא מספיק או עמידות מופחתת בפני קורוזיה. מאמר זה מסביר כיצד לבחור חומרים מתאימים להלחמת-נחושת ל-פלדה מהיבטים של מאפייני מתכת בסיסית, בחירת מתכת מילוי, בחירת שטף, בקרת תהליכים ויישומים טיפוסיים.
1. מדוע הלחמת נחושת-ל-מתכת פלדה מיוחדת?
נחושת ופלדה הן מתכות אופייניות שונות. לנחושת מוליכות תרמית גבוהה מאוד, כך שהחום מתפשט במהירות במהלך החימום. לפלדה מוליכות תרמית נמוכה יחסית, כך שהחום מרוכז יותר. כאשר שני החומרים הללו מחוממים יחד, פיזור טמפרטורה לא אחיד יכול להתרחש בקלות.
בנוסף, לנחושת ולפלדה יש מקדמי התפשטות תרמית שונים, שעלולים לגרום ללחץ תרמי במהלך הקירור. אם עיצוב המפרק אינו תקין, או שמתכת המילוי אינה מתאימה, עלולים להתרחש סדקים או חוזק מפרק לא יציב.
גם משטחי נחושת וגם משטחי פלדה יכולים ליצור שכבות תחמוצת. תחמוצות נחושת משפיעות על זרימת מתכות המילוי, בעוד שכבות תחמוצת על פלדה מפחיתות באופן משמעותי את ביצועי ההרטבה. לכן, ניקוי פני השטח ובחירת השטף חשובים במיוחד בהלחמת נחושת-ל-פלדה.
2. מתכות מילוי נפוצות עבור הלחמת נחושת-ל-פלדה
מתכות מילוי נפוצות להלחמת-ל-נחושת כוללות בעיקר מתכות מילוי על בסיס-כסף, מתכות מילוי על בסיס-נחושת, מתכות מילוי פליז וכמה מתכות מילוי מיוחדות-. ביניהן, מתכות מילוי על בסיס כסף- הן הנפוצות ביותר ומציעות ביצועים כלליים טובים יותר.
מתכות מילוי על בסיס כסף{{0}
מתכות מילוי על בסיס כסף- הן אחת הבחירות הנפוצות והיציבות ביותר להלחמת נחושת ופלדה. יש להם יכולת זרימה טובה, ביצועי הרטבה וחוזק מפרקים, מה שהופך אותם למתאימים לחיבור נחושת עם פלדת פחמן, נירוסטה, פליז וחומרים אחרים.
היתרונות של מתכות מילוי על בסיס-כסף כוללים:
ביצועי הרטבה טובים
יכולת זרימה טובה
חוזק מפרקים גבוה יחסית
מתאים לחיבור מתכת שונה
טמפרטורת הלחמה נמוכה יחסית
השפעה תרמית קטנה יותר
עבור חיבורי נחושת-ל-פלדה הדורשים ביצועי איטום, חוזק ואמינות, מתכות מילוי על בסיס כסף- הן בדרך כלל הבחירה המועדפת. הם משמשים בדרך כלל בצינורות קירור, אביזרי צינורות לחץ, חיבורי שסתומים, מחברים חשמליים ומכלולים מדויקים.
עם זאת, מתכות מילוי על בסיס כסף- יקרות יחסית. הבחירה צריכה לשקול את ערך המוצר, דרישות האיכות ועלות הייצור.
נחושת-מתכות מילוי זרחן
מתכות מילוי נחושת-זרחן נפוצות מאוד בחיבור-ל-נחושת, אך הן אינן מתאימות להלחמה ישירה מנחושת-ל-פלדה. הסיבה לכך היא שהזרחן במתכת מילוי נחושת-יכול להגיב עם ברזל בפלדה, וליצור תרכובות שבירות שהופכות את המפרק לשביר ומפחיתות את חוזקו.
לָכֵן:
מתכות מילוי נחושת-זרחן מתאימות להלחמת-ל-נחושת, אך אינן מומלצות להלחמת נחושת-ל-פלדה.
אם המוצר כולל חיבורי נחושת לחלק פלדה, חלק נחושת לפלדת פחמן, או חלק נחושת לחיבורי נירוסטה, אין ליישם ישירות מתכות מילוי נחושת-זרחן הנפוצות בהלחמת צינורות נחושת.
מתכות מילוי פליז
ניתן להשתמש במתכות מילוי פליז לכמה חיבורי נחושת-ל-פלדה. העלות שלהם בדרך כלל נמוכה יותר ממתכות מילוי על בסיס-כסף, אבל טמפרטורת ההלחמה גבוהה יותר, מה שמצריך שליטה טובה יותר בחימום ובחמצון.
למתכות מילוי פליז יש את המאפיינים הבאים:
עלות נמוכה יחסית
חוזק מפרקים טוב
טמפרטורת הלחמה גבוהה יותר
דרישות שטף גבוהות יותר
סיכון גבוה יותר לחמצון במהלך זמן חימום ארוך
מתכות מילוי פליז מתאימות לחלקי מבנה מסוימים, למחברים מכניים או למוצרים רגישים-למחיר. עם זאת, אם למוצר יש דרישות גבוהות לביצועי איטום, מראה, השפעה תרמית או יציבות ממדית, מתכות מילוי על בסיס כסף- מתאימות בדרך כלל יותר.
מתכות מילוי על בסיס-ניקל
מתכות מילוי מבוססות-ניקל משמשות בעיקר לתנאי עבודה-גבוהים, עמידות בפני קורוזיה-או תנאי עבודה מיוחדים. הם משמשים לעתים קרובות לחיבור נירוסטה וסגסוגות-בטמפרטורה גבוהה, אך הם פחות נפוצים בחיבורי צינורות-נחושת רגילים ל-פלדה.
אם המוצר צריך לעבוד במשך זמן רב בטמפרטורה גבוהה, בסביבות קורוזיביות או בתנאים תעשייתיים מיוחדים, ניתן לשקול מתכות מילוי על בסיס ניקל על סמך היישום בפועל. עם זאת, לסוג זה של מתכת מילוי יש דרישות תהליך גבוהות יותר ובדרך כלל דורשות סביבות חימום קפדניות יותר ובקרת תהליכים.
3. כיצד לבחור את מתכת המילוי הנכונה-כסופה
עבור הלחמת נחושת-ל-פלדה, אם נדרשים ביצועים כלליים טובים, מתכת מילוי על בסיס כסף- היא בדרך כלל בחירה אמינה. עם זאת, למתכות מילוי על בסיס כסף- יש תכולות והרכבים שונים של כסף, ולכן יש לבחור אותן בהתאם לדרישות בפועל.
באופן כללי, למתכות מילוי עם תכולת כסף גבוהה יותר יש בדרך כלל יכולת זרימה וביצועי הרטבה טובים יותר, כמו גם טמפרטורות הלחמה נמוכות יחסית. הם מתאימים לחלקים מדויקים, לחלקי קיר דקים- ולמוצרים הרגישים לעיוותים. מתכות מילוי עם תכולת כסף נמוכה יותר הן זולות יותר, אך יכולת הזרימה וחלון התהליך שלהן עשויות להיות מעט חלשות יותר.
בעת בחירת מתכות מילוי על בסיס-כסף, יש לקחת בחשבון את הגורמים הבאים:
סוג מתכת בסיס: פלדת פחמן, נירוסטה, נחושת, פליז
דרישות חוזק המפרק
דרישות ביצועי איטום
טמפרטורת עבודה
סביבה קורוזיבית
שיטת חימום
דרישות עלות המוצר
התאמה לייצור אוטומטי
עבור יישומים כגון צינורות מיזוג אוויר וקירור, חיבורי צינורות נחושת לפלדה וחיבורי נחושת לנירוסטה, מומלץ בדרך כלל לבחור במתכות מילוי על בסיס כסף-בעלות יכולת זרימה טובה, ביצועי הרטבה יציבים והתאמה לחיבור מתכת שונה.
4. בחירת השטף היא קריטית
שטף נדרש בדרך כלל עבור הלחמת נחושת-ל-פלדה. תפקידו העיקרי הוא להסיר תחמוצות משטח מתכת, למנוע חמצון נוסף במהלך החימום ולשפר את הרטבת מתכת המילוי על המתכת הבסיסית.
ללא שטף מתאים, מתכת המילוי עלולה שלא להתפשט כראוי, מה שיוביל למפרקים חלשים, תכלילי סיגים, נקבוביות או דליפה.
בעת בחירת שטף, שקול:
האם זה מתאים להלחמת מתכת שונה-ל-פלדה
האם טווח טמפרטורת העבודה שלו מתאים למתכת המילוי
האם זה יכול להסיר ביעילות תחמוצות ממשטח הפלדה
האם השאריות קלות לניקוי
האם זה מתאים ליישום אוטומטי
האם זה עלול לגרום לסיכוני קורוזיה למוצר
עבור הלחמת נחושת-ל-פלדה, ייתכן ששטף הלחמת נחושת רגיל לא תמיד מתאים. יש לבחור שטף מיוחד המיועד להלחמת פלדה, נירוסטה או מתכת שונה.
5. השפעת טיפול פני השטח על בחירת החומר
גם אם מתכת המילוי והשטף נבחרים בצורה נכונה, קשה להשיג איכות הלחמה יציבה אם משטח המתכת הבסיסי אינו נקי. לפני הלחמת נחושת-ל-יש להסיר מעל פני השטח שמן, שכבות תחמוצת, חלודה, לחות ושאריות עיבוד.
שיטות טיפול משטח נפוצות כוללות:
הסרת שומנים וניקוי
ליטוש מכני או השחזה
כבישה או ניקוי כימי
הסרת שכבות חלודה ותחמוצת
שמירה על המפרק יבש לפני ההלחמה
הימנעות מזיהום משני מזיעה או שמן
אם על פני הפלדה יש חלודה או אבנית, הרטבת מתכת המילוי תושפע קשות. אם על פני הנחושת יש שמן או תחמוצות, זרימת מתכת המילוי תושפע גם היא. לכן, יש לשקול טיפול פני השטח כחלק מבחירת החומר עבור הלחמת נחושת-ל-פלדה.
6. עיצוב מפרקים ומילוי מתכת בחירת
הלחמת נחושת-ל-לפלדה מסתמכת בדרך כלל על פעולה נימית למילוי הרווח של המפרק, ולכן לתכנון המפרק יש השפעה גדולה על איכות ההלחמה. סוגי מפרקים נפוצים כוללים מפרקי שרוול, מפרקי חרכיים, מפרקי תקע- ומפרקי טבעת.
אם מרווח המפרק קטן מדי, ייתכן שמתכת המילוי לא יזרום פנימה. אם המרווח גדול מדי, פעולת הנימים הופכת לבלתי מספקת, מה שמפחית את חוזק המפרק ואת ביצועי האיטום. לכן, בחירת מתכת המילוי חייבת להתאים למרווח המפרק.
באופן כללי, מתכות מילוי על בסיס כסף- עם יכולת זרימה טובה מתאימות למבני מפרקים מדויקים יותר ויכולות לספק ביצועי מילוי טובים יותר. עבור מרווחים גדולים יותר או מבנים עבים יותר, ייתכן שיידרשו מתכות מילוי עם יכולת זרימה, חוזק ויכולת מילוי- מתאימים.
בצינורות מיזוג אוויר, קירור ו-HVAC, חיבורי נחושת-ל-פלדה דורשים בדרך כלל ביצועי איטום טובים, לכן יש לשלוט בקפידה על מרווח המפרק ויכולת זרימת מתכת המילוי.
7. השפעת שיטת החימום על בחירת החומר
ניתן לבצע הלחמת נחושת-ל-על ידי הלחמת להבה, הלחמת אינדוקציה, הלחמת תנור או שיטות חימום אחרות. שיטות חימום שונות משפיעות גם הן על בחירת מתכת המילוי והשטף.
הלחמת להבה גמישה ומתאימה לייצור-קטנים או לעבודות תיקון, אך עקביות הטמפרטורה מושפעת בקלות מניסיון המפעיל. כאשר משתמשים בהלחמת להבה, יש לבחור מתכות מילוי ושטפים עם חלון תהליך רחב יחסית וביצועי הרטבה טובים.
הלחמת אינדוקציה מתאימה לייצור המוני. הוא מציע מהירות חימום מהירה, בקרת טמפרטורה יציבה ואזור קטן{1} מושפע חום. עבור חיבור נחושת-ל-פלדה, עיצוב סליל אינדוקציה חשוב מאוד. הוא חייב להבטיח שחלקי הנחושת והפלדה יתחממו באופן שווה, תוך הימנעות מחימום יתר מצד אחד או חימום לא מספק בצד השני.
הלחמת תנור מתאימה למוצרים הדורשים עקביות אצווה גבוהה, אך יש לה דרישות גבוהות יותר לחומרי עבודה, צורת מתכת מילוי ושליטה באווירה.
8. בעיות נפוצות בהלחמת נחושת-ל-פלדה
בעיות נפוצות בהלחמת-נחושת ל-פלדה כוללות:
מתכת מילוי אינה זורמת
מתכת המילוי נדבקת רק לצד הנחושת או הפלדה
מפרקים חלשים
נזילה לאחר הלחמה
פיצוח מפרקים
חמצון חמור של פני השטח
שאריות קורוזיביות לאחר הלחמה
חוזק מפרקים לא יציב
בעיות אלו קשורות בדרך כלל לבחירת מתכת מילוי, בחירת שטף, ניקוי פני השטח, פינוי מפרקים, טמפרטורת חימום ואחידות חימום.
לדוגמה, שימוש במתכת מילוי שאינה מתאימה לפלדה עלול לגרום להרטבה לקויה. שימוש במתכת מילוי זרחן-נחושת לחיבור פלדה עלול לגרום להתפרקות המפרק. אם טווח טמפרטורת השטף אינו תואם למתכת המילוי, השטף עלול להיכשל לפני שמתכת המילוי תימס.
9. המלצות לבחירת חומרי הלחמת פלדה-ל-נחושת
עבור חיבורים כלליים של נחושת-ל-פלדת פחמן, נחושת-ל-נירוסטה וחיבורי צינורות נחושת לפלדה, הפתרון המומלץ הוא בדרך כלל:
תעדוף מתכות מילוי על בסיס כסף-
השתמש בשטף מיוחד המתאים להלחמת מתכת שונה-ל-פלדה
הימנע משימוש במתכות מילוי זרחן-נחושת ישירות על חלקי פלדה
בחר רמות תכולת כסף שונות בהתאם לדרישות החוזק והעלות
השתמש במתכות מילוי עם יכולת זרימה טובה יותר עבור מוצרים הדורשים ביצועי איטום גבוהים
נקו היטב את משטחי הנחושת והפלדה לפני ההלחמה
שליטה במרווח המפרקים ובטמפרטורת החימום
לייצור המוני, שקול הלחמה אינדוקציה או הלחמה אוטומטית
אם המוצר משמש בסביבות-טמפרטורות גבוהות, קורוזיביות או חוזק- גבוה, יש לבחור מתכות מילוי מיוחדות ופתרונות תהליך בהתאם לתנאי העבודה הספציפיים.
מַסְקָנָה
בחירת חומר להלחמת-ל-נחושת משפיעה ישירות על חוזק המפרק, ביצועי איטום, עמידות בפני קורוזיה ויציבות הייצור. מכיוון שנחושת ופלדה הן מתכות שונות בעלות מוליכות תרמית שונה, מקדמי התפשטות והתנהגות חמצון פני השטח, לא ניתן ליישם חומרי הלחמת נחושת-ל-נחושת פשוט על חיבורי נחושת-ל-פלדה.
ברוב יישומי הלחמת-ל-נחושת לפלדה, מתכת מילוי על בסיס כסף- בשילוב עם שטף מיוחד היא בחירה יציבה. למרות שמתכת מילוי נחושת-זרחנית מתאימה לחיבור-ל-נחושת, היא אינה מתאימה להלחמה ישירה מנחושת-ל-פלדה. עבור יישומים רגישים{10}} או מבניים, ניתן לשקול גם מתכות מילוי פליז או מתכות מילוי מיוחדות אחרות בהתאם לדרישות בפועל.
בעת בחירת חומרי הלחמה לנחושת ופלדה, היצרנים צריכים לקחת בחשבון את סוג מתכת הבסיס, מבנה המפרק, דרישות חוזק, דרישות איטום, סביבת עבודה, שיטת חימום וצרכי ייצור המוני. רק כאשר מתכת המילוי, השטף, עיצוב המפרק ותהליך החימום מתאימים כראוי, ניתן להשיג מפרק מולחם נחושת יציב ואמין-ל-פלדה.
