بررسی تاثیر دما و زمان لحیم کاری سخت بر اتصال ساندویچی فولاد زنگ نزن

نوع مقاله : علمی و پژوهشی

نویسندگان

• معصومه خیاط
• بهروز بیدختی

گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد،ایران

10.22067/jmme.2022.77394.1059

چکیده

برای تولید مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای، صفحات فولاد زنگ نزن به‌صورت ساندویچی به یکدیگر متصل می‌شوند. برای این نوع اتصال می‌توان از روش لحیم کاری سخت که در آن اتصال دهی تحت خلأ صورت می‌گیرد، استفاده نمود. به‌همین منظور در این طرح، صفحات فولاد زنگ نزن L316 به‌صورت چند لایه (2 و 5 لایه) توسط لایه واسطه مس که نسبت به سایر فلزات پرکننده مقرون به‌صرفه‌تر و دارای دمای ذوب پایین‌تر است و امکان ایجاد استحکام اتصال نسبتا مناسب دارد، به یکدیگر متصل شدند. متغیرهای این پژوهش، دما ( 1070 و 1120 درجه سانتی‌گراد) و زمان‌ (30، 60 و 90 دقیقه) بود. تصاویر میکروسکوپی که برای بررسی ریزساختار درز اتصال گرفته شد، نشان داد که اتصال ایجاد شده در دمای 1070 درجه سانتی‌گراد نسبت به 1120 درجه سانتی‌گراد مناسب و یکپارچه نبوده و اتصال در دمای 1120 درجه و زمان 90 دقیقه به‌دلیل فرصت کافی برای ذوب لایه واسطه و نفوذ عناصر، خواص بهتری داشت. همچنین نمونه‌های دولایه با متوسط اندازه دانه کمتر، سختی بالاتری داشتند.

کلیدواژه‌ها

• اتصال ساندویچی
• فولاد زنگ‌نزن
• لحیم‌کاری سخت
• مبدل حرارتی

موضوعات

• متالورژی جوشکاری

---

عنوان مقاله [English]

Investigating the effect of brazing time and temperature on stainless steel sandwich joints

نویسندگان [English]

• Masoumeh Khayyat
• behrooz beidokhti

Department of Materials and Metallurgical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Iran

چکیده [English]

Brazing of low-carbon austenitic stainless steel sheets is applied to produce plate heat exchangers. In this study, the copper filler was used to join multiple layers of 316L steel plates due to its low cost, low melting temperature and relatively good bonding strength compared to other filler metals. For comparison, 2-layer and 5-layer specimens were brazed with the copper interlayer. fabricated. The sandwich joints have been fabricated under different process conditions of the brazing temperature (1070 and 1120°C) and the brazing time (30, 60, and 90 min). Detailed microstructural studies and hardness were carried out on the brazed joints. The microscopic studies showed that the joint formed at 1070 °C was not uniform compared to 1120 °C and the specimen brazed at 1120°C/90 min presented better properties due to enough time for melting of the interlayer and diffusion of elements. Also, 2-layer specimens with lower average grain size had higher hardness than 5-layer specimens.

کلیدواژه‌ها [English]

• Sandwich joint
• Stainless steel
• Brazing
• Heat exchanger

مراجع

[1] H. Palkowski, O. A. Sokolova, A. Carrado, Eds., Encyclopedia of Automotive Engineering, Wiley Online Library, 2013. 

[2] R. Iwaikowicz, R. Rutkowski, T. Graczyk, "Review of joining methods of sandwich panels in ship construction", Transactions on the Built Environment, vol. 68, pp. 10-19, 2003.

[3] J. Cao, J. L. Gerenestedt, "Design and testing of joints for composite sandwich/steel hybrid ship hulls", Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol. 35, pp. 1091-1105, 2004.

[4] M. Hietala, A. S. Hamada, M. Keskitalo, M. Jaskari, "Mechanical characterization of laser-welded double-lap joints in ultra-high and low strength steels for sandwich panel applications", Materials Today: Proceedings, vol. 28, pp. 2-7, 2019.

[5] J. E. Hesselgreaves, Compact Heat Exchangers: Selection, Design and Operation, Oxford: Pergamon Press, 2001.

[6] D. M. Jacobson, G. Humpston, Principles of Brazing, Ohio: ASM International, 2005.

[7] ASME, BPVC Section II-Materials-Part C-Specifications for Welding Rods, Electrodes, and Filler Metals, New York: ASME, 2021.

[8] Y. Yao, Y. Han, K. Zhang, H. Zhu, W. Zhang, H. Qian, C. Zhou, L. Zhang, "The dependence of fracture mode on interfacial microstructure in TA1 pure titanium/AgCuNi/304 stainless steel vacuum brazed joints", Vacuum, vol. 203, 111318, 2022.

[9] H.S. Na, J.K. Kim, B.Y. Jeong, C.Y. Kang, "Effect of Brazing Conditions on the Microstructure and Mechanical Properties of Duplex Stainless Steels to Cr-Cu Alloy with Cu-Base Insert Metal", Metals and Materials  International, vol. 13, pp. 511-515, 2007.

[10] M. S. Kiranmayee, A. K. Jha, S. K. Manwatkar, D. P. Sudhakar, P. R. Narayanan, K. Sreekumar, P. P. Sinha, "Microstructural Characterisation of Copper- Stainless Steel brazed joint with Copper based filler metal", Materials Science, vol. 710, pp. 650-655, 2012.

[11] W. Zhu, H. Zhang, C. Guo, Y. Liu, X. Ran, "Wetting and brazing characteristic of high nitrogen austenitic stainless steel and 316L austenitic stainless steel by Ag–Cu filler", Vacuum, vol. 166, pp. 97-106, 2019.

[12] M. M. Atabaki, J. N. Wati, J. Idris, "Transient Liquid Phase Diffusion Brazing of Stainless Steel 304", Welding Journal, vol. 92, pp. 57-63, 2013.

[13] Y. Zheng, N. Li, J. Yan, Y. Cao, "The microstructure and mechanical properties of 1Cr17Ni2/QAl7 brazed joints using Cu-Mn-Ni-Ag brazing alloy", Materials Science and Engineering A, vol. 661, pp. 25-31, 2016.

[14] T. Fukikoshi, Y. Watanabe, Y. Miyazawa, F. Kanasaki, "Brazing of copper to stainless steel with a low-silver-content brazing filler me", IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 61, article id. 012016, 2014.

[15] S. A. Sajjadi, Fundamentals and applications of steels heat treatment, Mashhad: Vazhgan Kherad, 2014 (In Persian).

[16] W. Jiang, J. Gong, S. T. Tu, "A study of the effect of filler metal thickness on tensile strength for a stainless steel plate-fin structure by experiment and finite element method", Materials and Design, vol. 31, pp. 2387-2396, 2010.