Harden uitgelegd: Hoe metalen met precisie en kracht te verbinden

Wat is harden?

Harden is een metaalverbindingsproces waarbij twee of meer metalen items samengevoegd worden door een vultmetaal te smelten en in de naad te laten vloeien, waarbij het vultmetaal een lagere smeltpunt heeft dan het aanpalende metaal. Harden verschilt van lassen doordat het niet omvat het smelten van de werkstukken.

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

Tijdens het hardenproces vloeit het vultmetaal in de kreet tussen nauwpassende delen door capillair effect. Het vultmetaal wordt iets boven zijn smeltpunt (liquidus temperatuur) gebracht terwijl het beschermd wordt door een geschikte atmosfeer, meestal een flux.

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

Kernpunt

Harden is het proces van het verbinden van twee onafhankelijke metalen stukken om één sterke, belastbare naad te vormen.

• Harden lijkt op solderen, maar bij hogere temperaturen.
• Gebruik het juiste hardenstaafmateriaal voor het metaal in je project.
• De hardenstaaf moet gesmolten worden door de hitte van de te verbinden metalen stukken, niet door direct contact met de vlam van de brander.
• Gebruik een brander die een hoge intensiteit vlam produceert.

Hardenstaaf Materialen

• Koper, messing, brons: Fosforhoudende koper harden- & lasstaven
• Staal, roestvrij staal, nikkellegeringen, koperlegeringen, gietijzer, wolframcarbide: Nikkelzilver harden- & lasstaven
• Gietijzer, galvaniseerd, nikkel, staal, smeedbaar ijzer: Brons harden- & lasstaven
• Aluminium: Bernzomatic AL3 Aluminium harden- & lasstaven

Hoe Metaal Te Harden?

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

Stap voor stap:

• Gebruik de draadborstel of emerydoek om het metaaloppervlak ruw te maken. Reinig daarna de oppervlakken met zeepwater of ontvetter.
• Positioneer het metaal zoals gewenst. In de meeste gevallen zal een overlappende naad sterker zijn en makkelijker harden dan een gatnaad. Indien nodig, gebruik klemmen om de stukken op hun plaats te fixeren.
• Verhit de naad waar de twee metalen stukken samenkomen tot de naad glooit.
• Breng de hardenstaaf aan op de naad terwijl je de metaaloppervlakken blijft verwarmen. Voor grote oppervlakken, verwarm gedeeltes van de naad tot temperatuur en ga dan naar het volgende aangrenzende gebied.
• Na het harden, gebruik een draadborstel om het geharde oppervlak te reinigen om eventuele oxidatie of restanten te verwijderen.

Het smeltpunt van het vultmetaal 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 basismetalen samen te smelten.

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

De atmospheren waarin het hardenproces uitgevoerd kan worden omvatten lucht, verbrande stookgas, ammoniak, stikstof, waterstof, edel gassen, anorganische dampen en vacuüm, met diverse verwarmingsbronnen zoals een brander, oven en inductiespoel.

Om een goed geharde naad te bereiken, moeten het vult- en basismateriaal metallurgisch compatibel zijn, en het naadontwerp moet een kreet bevatten waarin het gesmolten hardenvulmateriaal getrokken of verdeeld kan worden door capillair effect. De vereiste naadkreet hangt af van veel factoren, inclusief de hardenatmosfeer en de samenstelling van het basismateriaal en het hardenlegering.

Ideaal voor het verbinden van ongelijke metalen, is harden een commercieel geaccepteerd proces dat in een brede scala aan industrieën wordt gebruikt vanwege zijn flexibiliteit en de hoge integriteit waartoe naden 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 Methoden Van Harden?

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

Enkele van de meer veelgebruikte methoden worden hieronder belicht:

Gelokaliseerde Verwarmstechnieken

1. Brander Harden

Bij deze methode wordt de hitte die nodig is om het vultmetaal te smelten en te laten vloeien, geleverd door een stookgasvlam. Het stookgas kan aceteen, 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-hardenschoonmaak is vaak vereist.

2. Inductie Harden

Hoogfrequente inductieverhitting voor harden is schoon en snel, wat nauwkeurige controle van temperatuur en locatie van hitte geeft. Hitte wordt gecreëerd door een snel wisselende stroom die in het werkstuk geïnduceerd wordt door een aangrenzende spoel.

3. Weerstand Harden

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

Diffuse Verwarmstechnieken

1. Oven Harden

Oven harden biedt twee primaire voordelen: beschermende atmosfeer harden (waar hoge zuiverheid gassen of vacuüm de noodzaak voor flux ontnemen) en de mogelijkheid om elke fase van de verwarms- en afkoelcycli nauwkeurig te controleren. Verwarming geschiedt ofwel door elementen of door gasstook.

2. Dip Harden

Dit omvat de immersie van de gehele constructie in een bad van gesmolten hardenlegering of gesmolten flux. In beide gevallen is de badtemperatuur onder het verstollingspunt van het basismetaal, maar boven het smeltpunt van het vultmetaal.

Harden vs. Lassen

Harden wordt door de AWS ook geclassificeerd als een vloeistof-vaste-fase bindingproces. Vloeistof betekent dat het vultmetaal 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 ruwweg 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 verbonden worden
• Ongelijke materialen kunnen verbonden worden
• Snelheid van verbinden
• Minder kans op beschadiging van onderdelen
• Langzame verhittings- en afkoelsnelheid
• Onderdelen met variërende diktes kunnen verbonden worden
• Eenvoudig heruitlijnen

Harden en solderen zijn processen met veel grote voordelen, maar worden vaak over het hoofd gezien wanneer een verbindingsproces geselecteerd wordt. De mogelijkheid om veel verschillende materialen te verbinden met een beperkte varieté aan fluxes en vultmetalen vermindert de noodzaak voor een grote voorraad aan materialen, wat kan leiden tot grote kostenbesparingen voor een klein bedrijf, thuisshop of boerderij.