Harden (Brazing) Uitgelegd: Metaalonderdelen Veilig en Effectief Verbinden

Wat is Harden (Brazing)?

Harden is een metaalverbindingsproces waarbij twee of meer metalen items samen worden gevoegd door een vulmetaal te smelten en in de verbinding te laten vloeien, waarbij het vulmetaal een lagere smeltpunt heeft dan het aanliggende metaal. Harden verschilt van lassen doordat het niet het smelten van de werkstukken omvat.

Harden verschilt van solderen door het gebruik van een hogere temperatuur en veel nauwer passende delen dan bij solderen.

Tijdens het hardenproces vloeit het vulmetaal in de klem tussen nauw passende delen door kapillaire werking. Het vulmetaal wordt iets boven zijn smeltpunt (liquidus-temperatuur) gebracht terwijl het beschermd wordt door een geschikte atmosfeer, meestal een flux.

Het vloeit dan over het basismetaal (in een proces bekend als benetting) en wordt vervolgens afgekoeld om de werkstukken samen te voegen. Een groot voordeel van harden is het vermogen om dezelfde of verschillende metalen met aanzienlijke sterkte te verbinden.

Kernpunten

• Harden is het proces van het verbinden van twee onafhankelijke metalenstukken om één sterke, belastbare verbinding te vormen.
• Harden lijkt op solderen, maar bij hogere temperaturen.
• Gebruik het juiste hardenstaafmateriaal voor het metaal in uw project.
• De hardenstaaf moet gesmolten worden door de warmte van de te verbinden metalenstukken, niet door direct contact met de vlam van de brander.
• Gebruik een brander die een hoge-intensiteit vlam produceert.

Hardenstaaf Materialen

• Koper, messing, brons: Koper-Fosfor Harden- & Lassenstaven
• Staal, roestvrij staal, nikkel legeringen, koper legeringen, gietijzer, wolframcarbide: Nikkel-Zilver Harden- & Lassenstaven
• Gietijzer, galvaniseerd, nikkel, staal, buigbaar ijzer: Brons Harden- & Lassenstaven
• Aluminium: Bernzomatic AL3 Aluminium Harden- & Lassenstaven

Hoe Metaal te Harden?

Harden is een verbindingsproces traditioneel toegepast op metalen (maar ook op keramiek) waarbij gesmolten vulmetaal (het hardenlegering) in de verbinding vloeit.

Stap voor stap:

• Gebruik de draadborstel of emerydoek om het oppervlak van het metaal op te ruwen. Reinig daarna de oppervlakken met zeepwater of ontvetter.
• Positioneer het metaal zoals gewenst. In de meeste gevallen zal een overlappende verbinding sterker zijn en makkelijker te harden dan een gatverbinding. Gebruik indien nodig spanklemmen om de stukken in positie te fixeren.
• Verhit de verbinding waar de twee metalenstukken zullen samenkomen tot de verbinding glooit.
• Breng de hardenstaaf aan op de verbinding terwijl u doorgaat met verwarmen van de metaaloppervlakken. Voor grote gebieden, verhit delen van de verbinding tot temperatuur en ga dan naar het volgende aangrenzende gebied.
• Na harden, gebruik een draadborstel om het geharde oppervlak te reinigen om eventuele oxidatie of restanten te verwijderen.

Het smeltpunt van het vulmetaal ligt boven 450°C, maar altijd onder de smelttemperatuur van de te verbinden delen, wat het proces onderscheidt van lassen waar hoge temperaturen gebruikt worden om de basismetalensamen te smelten.

Het vulmetaal, terwijl het iets boven het smeltpunt verhit wordt, wordt beschermd door een geschikte atmosfeer die vaak een flux is. Het gesmolten vulmetaal koelt af om de werkstukken samen te voegen, wat een sterke verbinding tussen vergelijkbare of ongelijksoortige metalen biedt.

De atmosferen waarin het hardenproces uitgevoerd kan worden, omvatten lucht, verbrande brandstofgas, ammonia, stikstof, waterstof, edel gassen, anorganische dampen, en vacuüm, met diverse warmtebronnen zoals een brander, oven, en inductiespoel.

Om een gesunde geharde verbinding te bereiken, moeten het vul- en basismateriaal metallurgisch compatibel zijn, en het verbindingsontwerp moet een klem bevatten waarin het gesmolten hardenvulmateriaal door kapillaire werking kan worden getrokken of verdeeld. De vereiste verbindingsklem is afhankelijk van veel factoren, waaronder de hardenatmosfeer en de samenstelling van het basismateriaal en de hardenlegering.

Ideaal voor het verbinden van ongelijksoortige metalen, is harden een commercieel geaccepteerd proces dat in een breed scala aan industrieën wordt gebruikt vanwege zijn flexibiliteit en de hoge integriteit waartoe verbindingen geproduceerd kunnen worden. Dit maakt het betrouwbaar in kritieke en niet-kritieke toepassingen, en het is een van de meest gebruikte verbindingsmethoden.

Wat Zijn de Verschillende Methodes van Harden?

Harden, dat een grote verscheidenheid aan warmtebronnen gebruikt, wordt vaak geclassificeerd op basis van de gebruikte verwarmingsmethode. Om de hardentemperatuur te bereiken, verwarmen sommige methoden lokaal (alleen het verbindingsgebied), anderen verwarmen de hele constructie (diffuse verwarming).

Enkele van de meer gebruikte methodes worden hieronder benadrukt:

Gelokaliseerde Verwarmingstechnieken

1. Brander Harden (Torch Brazing)

In deze methode wordt de warmte die nodig is om het vulmetaal te smelten en te laten vloeien, geleverd door een brandstofgasvlam. Het brandstofgas kan acetyleen, waterstof of propaan zijn en wordt gecombineerd met zuurstof of lucht om een vlam te vormen. Dit proces is gemakkelijk te automatiseren en vereist lage investeringskosten. Brander harden vereist het gebruik van een flux, dus een na-harden reiniging is vaak vereist.

2. Inductie Harden (Induction Brazing)

Hoogfrequente inductieverhitting voor harden is schoon en snel, met nauwe controle van temperatuur en locatie van warmte. Warmte wordt gecreëerd door een snel wisselende stroom die in het werkstuk geïnduceerd wordt door een aangrenzende spoel.

3. Weerstand Harden (Resistance Brazing)

Dit is een proces waarbij warmte wordt gegenereerd door weerstand tegen een elektrische stroom (zoals bij inductie harden) die vloeit in een circuit dat de werkstukken omvat. Het proces is het meest toepasbaar op relatief eenvoudige verbindingen in metalen die een hoge elektrische geleiding hebben.

Diffuse Verwarmingstechnieken

1. Oven Harden (Furnace Brazing)

Oven harden biedt twee prima voordelen: beschermde atmosfeer harden (waar hoge zuiverheid gassen of vacuüm de behoefte aan flux ontnemen) en de mogelijkheid om elk stadium van de verwarmings- en afkoelingscycli nauwkeurig te controleren. Verwarming is ofwel door elementen of door gasverbranding.

2. Dip Harden (Dip Brazing)

Dit omvat de onderdompeling van de hele constructie in een bad van gesmolten hardenlegering of gesmolten flux. In beide gevallen is de badtemperatuur onder het verstijvingspunt van het basismetaal, maar boven het smeltpunt van het vulmetaal.

Harden vs. Lassen

Harden wordt door de AWS ook geclassificeerd als een vloeistof-vaste-fase verbindingsproces. Vloeistof betekent dat het vulmetaal gesmolten is, en vast betekent dat het basismateriaal of materialen niet gesmolten zijn.

In tegenstelling tot lassen, omvat harden niet het smelten van de werkstukken. Het hoofdverschil tussen harden en booglassen is de warmtebron. Harden wordt toegepast via brander, oven, inductie, dip, of weerstand als warmtebronnen die optreden bij een temperatuur boven 840°F (450°C), terwijl booglassen elektriciteit gebruikt als warmtebron die temperaturen bereikt van ongeveer 10.000 graden Fahrenheit.

Harden vs. Solderen

Het enige verschil tussen harden en solderen is de temperatuur waarop elk proces plaatsvindt. Solderen vindt plaats bij een temperatuur onder 840°F (450°C), en harden treedt op bij een temperatuur boven 840°F (450°C).

Voordelen van Harden en Solderen

Enkele voordelen van harden en solderen vergeleken met andere verbindingsmethoden zijn:

• Lage temperatuur
• Kunnen permanent of tijdelijk gevoegd worden
• Ongelijksoortige materialen kunnen gevoegd worden
• Snelheid van verbinden
• Minder kans op beschadiging van onderdelen
• Trage verhittings- en afkoelingssnelheid
• Onderdelen van variërende dikte kunnen gevoegd worden
• Eenvoudig heruitlijnen

Harden en solderen zijn processen die veel grote voordelen hebben maar vaak over het hoofd worden gezien bij de selectie van een verbindingsproces. Het vermogen om veel verschillende materialen te verbinden met een beperkte verscheidenheid aan fluxes en vulmetalen verlaagt de behoefte aan een grote voorraad materialen, wat kan leiden tot grote kostenbesparingen voor een klein bedrijf, thuisschuur of boerderij.