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电阻钎焊_百度文库

发布日期:2020-07-28 22:55 作者:南通棋牌 点击:

  电阻钎焊_机械/仪表_工程科技_专业资料。电阻钎焊 电阻对焊:将焊件装配成对接接头,使其端面紧密接触,利用电阻热加热至塑性状态,然后迅速施加 顶锻力完成焊接的方法,叫电阻对焊。 电阻钎焊电阻钎焊-基本概况 电阻对焊(uresistaneebu

  电阻钎焊 电阻对焊:将焊件装配成对接接头,使其端面紧密接触,利用电阻热加热至塑性状态,然后迅速施加 顶锻力完成焊接的方法,叫电阻对焊。 电阻钎焊电阻钎焊-基本概况 电阻对焊(uresistaneebuttwelding)被焊件装配成对接接头,使其端面紧密接触,利用电阻热加热至 热塑性状态后迅速施加顶锻力完成焊接的电阻焊方法。电阻对焊是在固态时完成的,接头处的金属被电阻 加热到接合面很容易发生再结晶的温度。向接头施加压力使接合面紧密接触,然后顶锻接头金属。顶锻促 进了界面处的再结晶,一部分金属被挤出界面,这样可使接头处的氧化金属清除掉。对接接头可以达到与 母材金属相同的性能。电阻对焊用于金属丝轧制厂以及金属丝制品的制造。轧丝厂用这种焊接将盘条彼此 连接以便于进行连续加工。也可用于制造棒材、板条和管材制成的各种产品。碳钢、不锈钢、铜合金以及 铝合金都能采用此法。 电阻钎焊电阻钎焊-工艺过程 1、预压由于电阻对焊的加热时间较长,接头变形较大,所以预压时间较短,甚至可以为零。 2、加热接通电流接触点被加热,温度升高。通常电阻对焊要求加热温度为 T 焊=(0.8~0.9)T 熔 式中 T 焊——焊件端面加热温度(℃); T 熔——焊件材料熔化温度(℃)。 电阻对焊的加热具有明显的不均匀性, 特别是大截面焊件, 这是电阻对焊不能焊接大截面焊件的原因之一。 3、顶锻顶锻的作用是使接头产生塑性变形,使焊件焊合在一起。电阻对焊有两种顶锻方式:一种是等压 力式,即顶锻力等于焊接压力;一种是变压力式,即顶锻力大于焊接压力,主要用于焊接合金钢、有色金 属。 钎焊方法及工艺 1 焊接服务平台 发表于 2007-12-18 9:54:02 一、概述 钎焊属于固相连接,他与熔焊方法不同,钎焊时母材不熔化,采用比母材熔化温度低的钎料,加热 温度采取低于母材固相线而高于钎料液粗线的一种连接方法。当被连接的零件和钎料加热到钎料熔化, 利用液态钎料在母材表面润湿、铺展与母材相互溶解和扩散和在母材间隙中润湿、毛细流动、填缝与母 材相互溶解和扩散而实现零件间的连接。 同熔焊方法相比,钎焊具有以下优点: 1)钎焊加热温度低,对母材组织和性能的影响较小; 2)钎焊接头平整光滑,外形美观; 3)焊件变形较小,尤其是采用均匀加热(如炉中钎焊)的钎焊方法,焊件的变形可减小到最低程 度,容易保证焊件的尺寸精度; 4)某些钎焊方法一次可焊成几十条或成百条钎缝,生产率高; 5)可以实现异种金属或合金、金属与非金属的连接。 但是,钎焊也有他本身的缺点,钎焊接头强度比较低、耐热能力比较差,由于母材与钎料成分相差 较大而引起的电化学腐蚀致使耐蚀力较差及装配要求比较高等。 根据使用钎料的不同,钎焊一般分为: 1)软钎焊——钎料液相线)硬钎焊——钎料液相线℃。 此外,某些国家将钎焊温度超过 900℃而又不使用钎剂的钎焊方法(如真空钎焊、气体保护钎焊) 称作高温钎焊。 二、钎焊方法 钎焊方法通常是以所应用的热源来命名的,其主要作用是依靠热源将工件加热到必要的温度,随着 新热源的发展和使用,近年来出现了不少新的钎焊方法。 1、火焰钎焊 火焰钎焊是利用可燃气体(包括液体燃料的范汽)吹以空气或纯氧点燃后的火焰进行加热。火焰钎 焊由于设备简单、燃气来源广、灵活性大,因而应用很广。 火焰钎焊所用焊炬可以是通用的气焊炬,也可以是专用的钎焊炬。专用钎焊炬的特点是火焰比较分 散,加热集中程度较低,因而加热比较均匀。钎焊比较大的工件或机械化火焰钎焊时可采用装有多焰喷 嘴的专门钎焊炬。 火锅钎焊所用的可燃气体可以是乙炔、丙烷、石油气、雾化汽油、煤气等。助燃气体为氧和压缩气 体。加热范围十分广阔,从酒精喷灯的数百度到氧乙炔火焰的超过 3000℃。火焰有两层结构,外层淡蓝 色的冠状焰是氧化焰、燃烧完全,温度最高,富氧,过度加热容易使工件金属表面氧化:内层深蓝色的 焰心是还原焰,温度较低,缺氧,富一氧化碳,能保护金属免于氧化。可燃气体燃烧产物都是 CO2 和高 温水蒸汽(氢氧焰只有水蒸气),无论是钎剂还是钎料,忌讳高温水蒸汽都应考虑这一因素。 氧乙炔焰是最常用的火焰,由于火焰温度高,而钎焊温度则低得多。因此常用火焰的外焰来加热, 因为该区火焰的温度低而体积大,加热比较均匀。一般使用中性火焰或轻微过乙炔焰。 当加热温度不要求太高时,可以用压缩空气代替氧,用丙烷、石油气,雾化汽油代替乙炔。这些火 焰的温度较低,而且不用乙炔的火焰又不会污染钎剂,适用于钎焊比较小的工件以及铝和铝合金。 火焰钎焊时,将钎剂溶液预先涂在接头表面上或者先将钎料棒加热,沾以钎剂,再带到加热了的接 头表面。钎料可预先安装或手工送进。钎焊时应先将工件均匀地加热到钎焊温度,然后再加钎料,否则 钎料不能均匀地填充间隙。对于预置钎料的接头,也应先加热工件,避免因火焰与钎料直接接触,使其 过早熔化,以软钎料进行钎焊时,还可采用喷灯来加热。 火焰钎焊时,除可用单焰钎焊处,还可用多焰焊炬。钎焊方式除手工操作外,还有专门的自动火焰 钎焊机。 2、浸渍钎焊 浸渍钎焊是将工件局部或整体投入熔态的盐混合物(称盐浴)或钎料(称金属浴)中而实现加热和 钎焊的方法。他的优点是加热迅速,生产率高,液态介质保护零件不受氧化,有时还能同时完成淬火等 热处理过程,特别适用于大量生产。 浸渍钎焊可分为盐浴钎焊和金属浴钎焊。 (1)盐浴钎焊 盐浴钎焊主要用于硬钎焊。盐液由于是加热和保护的介质,故必须予以正确选择。 盐液成分应满足,具有合适的熔化温度;成分和性能稳定;对工件起保护作用。盐液的组分通常分以下 几类:①中性氧盐,他可以防止工件表面氧化。除了用铜钎焊低碳铜外,用铜基钎料和银基钎料钎焊时, 应在工件上施加钎剂。钎剂可以在组装前,组装过程中或组装后通过刷、浸沾或喷洒等方式加到工件上。 ②在中性氯盐中加入少量钎剂,台硼砂,以提高盐浴的去氧化能力。这时,在工件上不必再施加钎剂。 为了保持盐液的去氧化能力,需要周期性地加入补充钎剂;③渗碳和氯化盐,这些盐本身具有钎剂。此 外,在钎焊钢时,尚可对钢表面起渗碳和渗氮作用。④钎焊铝和铝合合金用的盐液既是导热的介质,又 是钎焊过程中的钎剂。为了保证钎焊质量,必须定期检查盐液的组分及杂质含量并加以调整。 盐浴浸渍钎焊的主要设备是盐浴槽。加热方式有两种。一种是外热式的,盐浴槽实质是一个坩埚, 坩埚可用碳钢,不锈钢制造;用于铝钎焊时,坩埚底部还应砌上石墨砖,外部用电阻丝加热。另一种是 内热式的,盐浴槽的内壁由能耐盐液腐蚀的材料制成,通常为不锈钢或高铝砖;而铝钎焊盐浴槽材料系 碳钢或纯铜;而钎焊铝用的盐浴槽的电极材料则采用石墨或不锈钢。为了操作安全,均用低电压(10~ 15V) 大电流加热。 当电流通过盐液时, 由于电磁场的搅拌作用。 整个盐液温度比较均匀, 可控制在±3℃ 范围内。但盐液的电磁循环作用可能使零件或钎料发生错位,因此必须对组件进行可靠的固定。 放入盐浴前,为了去除水分及均匀加热,装配好的工件要进行预热。如为了去除工作及钎剂的水分, 以防止盐液飞溅, 则预热热到 120~150℃即可。 如为了减小工件进入时盐浴温度的下降, 缩短钎焊时间, 并保持均匀加热,预热温度可提高。 钎焊时,工件通常以某一角度倾斜浸入盐浴,以免空气被堵塞而阻碍盐液流入,造成漏钎。钎焊结 束后,工件也应以一定角度取出,以便盐液流出,但倾角不能过大,以免前未凝固的钎料流积或流失。 盐浴浸渍钎焊的优点是生产率高,容易实现机械化,适宜于批量生产。不足之处是这种方法不适宜 于间歇操作,工件的形状必须便于盐液能完全充满和流出。而且盐浴钎焊成本高,污染严重,现已不太 采用这种钎焊方式。 (2)金属浴钎焊 这种钎焊方法是将装配好的工件浸入熔态钎料中,依靠熔态钎料的热量使工件加 热到规定温度。与此同时,钎料渗入接头间隙,完成钎焊过程。 施加钎剂的方式有两种,一种是先将工件浸入钎剂溶液中,取出干燥后再浸入熔态钎料;另一种是 在熔态钎料表面加一层熔态钎剂,工件通过熔态钎剂时就沾上了钎剂。为了防止熔态钎剂的失效,必须 不断更换或补充新熔态钎料的氧化。 这种方法的优点是装配比较容易(不必安放钎料),生产率高。特别适合于钎缝多而复杂的工件, 如散热器等,其缺点是工件表面沾潢钎料,增加了钎料的消耗量,必要时还须清除表面不应沾留的钎料。 又由于钎料表面的氧化和母材的溶解,熔态钎料成分容易发生变化,需要不断的精炼和进行必要的更 新。 金属浴钎焊由于熔态钎料表面容易氧化,主要用于软钎焊。 (3)波峰钎焊 波峰钎焊是金属浴钎焊的一种变种,主要用于印刷电路板的钎焊。在熔化钎料的底 部安放一泵,依靠泵的作用使钎料不断地向上涌动,印刷电路板在与钎料的波峰接触的同时随传送带向 前移动,从而实现元器件引线与焊盘的连接。 波峰钎焊又可分为单波峰钎焊、双波峰钎焊以及喷射空心波钎焊等等。图 3 所示的是双波峰焊的示 意图。 波峰钎焊的特点是钎料波峰上没有氧化膜, 能使钎料与电路板保持良好地接触, 可大大加快钎焊速 度,提高生产率。因钎料在液态不断流动,容易氧化,为此在表面常施加覆盖剂,或采用抗氧化锡铅钎 料。 3、电阻钎焊 电阻钎焊又称为接触钎焊。他是依靠电流通过钎焊处电阻产生的热量来加热工件和熔化钎料的。电阻 钎焊分直接加热和间接加热两种方式, 直接加热电阻钎焊,钎焊处由通过的电流直接加热,加热很快,但要求钎焊面紧密贴合、加热程度视 电流大小和压力而定,加热电流在 6000~15000A、压力在 100~2000N 之间。电板材料可选用铜、铬铜、 钼、钨、石墨和铜钨烧结合金。 直接加热的电阻钎焊由于只有工件的钎焊区域被加热,因此加热迅速,但对工件形状及接触配合的要 求高。图 6、图 7 为电阻钎焊时的部分加工示意图,包括在电子工艺中的应用。 间接加热电阻钎焊,电流可只通过一个工件,而另一个工件的加热和钎料的熔化是依靠被通电加热的 工件的热传导来实现的。也可以将电流通过一个较大的石墨板,工件放在此板上,依靠由电流加热的石墨 板的传热实行加热。直接加热电阻钎焊的加热电流介于 100~3000A 之间,电极压力为 50~500N。间接加 热电阻钎焊灵活性较大,对工件接触面配合的要求较低,但因不是依靠电流直接通过加热的,整个工件被 加热,加热速度慢。适宜于钎焊热物理性能差别大和厚度相差悬殊的工件,而且对钎焊面的配合要求可适 当降低。 电阻钎焊广泛使用铜基和银基钎料。钎料常以片状放在接头处。在某些情况下,工件表面可电镀或包 覆一层金属做钎料用。为使钎焊处导电,钎料以水溶液或酒精溶液除于钎焊处。 电阻钎焊可在通常的电阴焊机上进行,也可采用专门的电阻钎焊设备和手焊钳。 电阻钎焊的优点是加热极快,生产率高,但适于钎焊接头尺寸不大、形状不太复杂的工件,如刀具、 带据、导线端头、电触点、电动机的定子线圈以及集成电路块元器件的连接等。 4、感应钎焊 感应钎焊是依靠工件在交流电的交变磁场中产生感应电流的电阻热来加热的钎焊方法。由于热量由工 件本身产生,因此加热迅速,工件表面的氧化比炉中钎焊少,并可防止母材的晶粒长大和再结晶的发展。 此外,还可实现对工件的局部加热。 感应钎焊时,工件放在感应器内(或附近),当交变电流通过感应器时,在其周围产生了交变磁场, 由于电磁感应作用,使工件内产生感应电流,将工件迅速加热。 感应电流和其他交流电一样,电流通过导体时,沿导体表面电流密度最大,愈往中心,电流密度愈小, 这就是所谓的“集肤效应”。 显然,感应加热的厚度取决于电流的参透深度,频度愈高,加热厚度愈小,表面加热愈迅速;相对磁 导率愈小,加热厚度愈大,加热厚度也愈大。 必须指出,对含有铁磁材料的零件(如可伐),在低温时其相对磁导率很大,而加热至磁性转变温度 (居里点)以上时,其相对磁导率(ur)降低为 I。由于相对磁导率的显著变化,使加热厚度也相应改变, 故钎焊时可采用较高的频率,一般使用不低于 10KHZ 的高频感应电流。而非磁性材料(如铜)的磁导率较 小,与温度无关,集肤效应较小,因而电流分布较均匀,加热也较均匀,故感应钎焊时应采用较低的频率 和较大的功率。感应钎焊的设备主要由感应电流发生器和感应器组成。 感应圈(如图 8)是传递感应电流的部件,感应圈设计的好坏对加热影响极大。单匝感应圈的加热宽 度小,多匝感应圈的加热宽度大。对多匝感应圈来说,改变节距可使加热形态发生变化。节距小时,加热 宽度小,加热深度大;节距小时,加热宽度小,加热尝试大;节距大时,正好相反,但节距不能过大。感 应圈与工件的耦合对加热的影响也比较明显。原则上说,感应圈与工件的耦合,愈紧愈好,这时加热效率 最高,加热均匀程度也比较好;当感应圈与工件距离较大,即属于松耦合时,加热均匀程度进一步下降。 当感应圈与工件的距离较大时,改变感应圈的形状与节距,也能改善加热形态,如增加感应圈中间圈的直 径或采用不等的节距。对于多匝内热式感应圈,为改善加热形态,也可用直径变化的感应圈。对于单匝外 热式感应圈,可采用改变感应圈面积的方法来达到较均匀加热的目的。 感应圈大部分由铜管制成, 工作时内部通以冷却水。 为了提高热效率, 又防止感应圈与工件发生短路, 感应圈与工件的距离为 3~6mm。感应圈的匝距一般为 1.5~2.2mm。必要时可根据工件的加热状态来进行 适当的调整。 感应钎焊可使用各种钎料。由于钎焊加热速度很快,钎料和钎剂都在装配时预先放好。感应钎焊除可 在空气中进行外(这时一定要加钎剂),也可在真空或保护气体中进行。在这种情况下,可同时将工件和 感应圈放入容器内,也可将装有工件的容器放在感应圈内,而容器抽以真空或通保护气体。 感应钎焊广泛地用于钎焊钢、不锈钢、铜和铜合金等,即可用于软钎焊,也可用于硬钎焊,主要用来 钎焊比较小的工件,特别适用于对称形状的工件,如管状接头、管与法兰、轴和盘的连接等。 5、炉中钎焊 炉中钎焊可广泛地用于可以预先将钎料放于接头附近或内部的工件。该法特别适用于高生产率的钎 焊。预放置的钎料有丝、箔片、屑块、棒、粉末、软膏和带等形状。 炉中钎焊可分为空气炉中钎焊、保护气氛炉中钎焊和真空炉中钎焊。炉中钎焊的特点是工件系整体加 热,加热均匀,工件变形小,但加热慢。一炉可以同时钎焊多件,以弥补加热慢的不足,对批量生产尤为 合适。 (1)空气炉中钎焊 将装有钎料和钎剂的工件放入一般的工业炉中加热到规定的钎焊温度,钎剂熔化 后先去除钎焊处的氧化膜,熔化的钎料然后流入接头间隙,冷凝后即形成接头。 炉中钎焊因加热速度低,在空气中加热时工件容易氧化,尤其在钎焊温度高时更为显著,不利于钎剂 去除氧化物,故应用受到限制,已逐渐为保护气氛钎焊和真空钎焊所取代。空气炉中钎焊目前较多地用于 钎焊铝和铝合金。这时要求炉膛温度均匀,近代温精度不低于±5℃。 (2)保护气氛炉中钎焊 保护气氛炉中钎焊根据所用气氛的不同,可分为还原性气氛炉中钎焊和惰性 气体炉中钎焊。还原性气体的主要组分是氢和一氧化碳,他不仅能防止空气侵入,还能还原工件表面的氧 化物,有助于钎料润湿母材。 还原性气体的还原能力不但同氢所和一氧化碳的含量有关,而且取决气体的含水量和二氧化碳的含 量。气体的含水量以露点来表示。含水量越小,露点越低。钎焊钢和铜等金属时,由于这些金属的氧化物 容易还原,允许气体的二氧化碳含量和露点高些;钎焊含铬、锰量较多的合金,如不锈钢时,由于这些元 素的氧化物难以还原,应选用露点低和氧化碳含量小的气体。还原性气氛炉中钎焊示意图如图 9 所示。在 高温下,氢气是许多金属氧化物的一种最好的活性还原剂。在干燥氢气中,硬钎焊时特别需要注意露点的 控制,并且在整个钎焊过程中都必须仔细地控制。由于氢气会使铜、钛、锆、铌、钽等金属脆化,因此在 考虑采用氢气作为一种钎焊保护气氛时应慎重。此外,空气中 Φ(H)高于 4%时,会成为一种易爆气体。 应将废气烧掉或排到户外。 推荐用于硬钎焊的气氛范围很广泛,其中一些列于表 1 中,这些数据不是全部气氛与金属的组合表, 而只能作为比较广泛采用的一些组合的一般性概述。稀有金属或比较复杂的异种金属必须进行硬钎焊时, 由于气氛和热处理会对金属力学性能和治金特性产生各种各样的影响,所以必须寻求适宜的治金措施。 注:美国焊接学会分类号 6、7 和 9 包括压力降到 266Pa。 ①当采用含有挥发性元素的合金时,气氛中应加入钎剂。 ②铜必须完全脱氧或无氧。 ③加热时间要保持最短,以防止有害的脱碳。 ④如果铝、钛、硅或铍含量显著,气氛中应加入钎剂。 (3)真空炉中钎焊 在抽出空气的炉中或焊接室中硬钎焊,是连接许多同种或异种金属接头的一种经 济方法,过程中不使用钎剂。真空条件特别适合于钎焊面积很大而而连续的接头,这种接头;①在钎焊时 难以彻底清除钎焊界面的固态或液态钎剂;②保护气体不完全有效,因为气氛不能排尽藏在紧贴钎焊界面 中的气体。真空硬钎焊也适用于连接许多同种和异种金属,包括钛、锆、铌、钼和钽。这些金属的特点是, 甚至很少量的大气中的气体也会使其脆化,有时在钎焊温度下就会碎裂。如果惰性气体有足够高的纯度, 能防止金属的污染及性能的降低, 那么这些金属及其合金也可以采用惰性气体做保护气氛进行钎焊。 但是, 值得注意的是,线%的残余气体(体积分数),真空钎焊 炉示意图如图 10 所示。与其他高纯度钎焊气氛相比,真空钎焊有如下优点和缺点: 1)抽真空从根本上清除了钎焊区所有的气体,因此不再需要去提纯所供给的气氛。工业上真空钎焊采 用的压力一般为 0.065Pa 或更高些。实际采用的压力取决于所要钎焊的材料、所用的钎料、钎焊界面的面 积和钎焊循环中从母材中排除气体的程度。 2)母材的某些氧化物在真空钎焊温度下会分解。采用特殊技术,可将真空广泛地用于钎焊不锈钢、超 级合金、铝合金以及难熔金属。 3)钎焊界面由于母材排气而有时受到污染的困难问题,可以认为不再存在。母材一旦排气,就会直接 从界面将裹入气体排除出来。 4)高温下,在母材和钎料周围存在低的压力,可使金属中的挥发性杂质和气体排除出去。 这种特性也是一个缺点,由于周围压力低,钎料、母材以及其中的元素在钎焊温度下要发生蒸发,但是, 采用合适的真空钎焊技术可以防止这种倾向。 真空硬钎焊有高真空钎焊和局部真空钎焊两种。 高真空钎焊特别适合于那些氧化物难以分解的母材。在硬钎焊温度下,母材或钎料在高真空条件下易 于挥发时,则常采用局部真空。在硬钎焊温度下,金属能保持固相或液相的最低压力是由计算或经验确定 的。钎焊室抽气达到高真空状态。在高真空中钎焊加热循环始终要使温度刚好低于汽化开始的温度。逐渐 地送进足量的高纯度氩气、氦气,或有时送进氢气,以便平衡在硬钎焊温度不挥发金属的范汽压力。采用 这种技术,可以大大地扩大真空硬钎焊可焊的材料范围。 常常在进行高纯度干燥氢气硬钎焊前进行抽真空除气,这是应特别注意的,要除去即使是少量外来的 或污染的气体,以确保气氛的高纯度。同样地,在抽真空前通以干燥氢气或惰性气体来驱气,对于在高真 空气氛中获得更好的硬钎焊结果有时是有好处的。 有时,有计划在将锆、钛和其他氧气及其他气体亲和力高的元素接近要进行高真空硬钎焊的部件,但 并不接触,这些元素称为“吸气剂”,他们能够迅速地吸收存在的很少量的氧气,氮气和其他硬钎焊时从 母材中放出来的气体,从而改善了钎焊气氛质量。 由于某些元素在真空中易挥发,因此,真空炉钎焊不适用于含锌、镉、锰、磷等元素含量高的钎料, 也不适用于含大量这些元素的母材。 6、特种方法 (1)气相钎焊 气相钎焊是利用非活性有机溶剂(氟化物)被加热沸腾产生的饱和范汽与工件表面接 触时凝结放出的潜热而进行加热的。 用加热器将工件液体加热, 挥发, 使饱和范汽充满容器。 工作液体主要是 (C3F11) 其沸点为 215℃, 3N, 可满足锡铅共晶钎料钎焊温度的要求。当工件进入工作液体饱和范汽时,由于工件温度低,范汽在其表面 沉积后冷凝,释放出潜热,进行钎焊加热。为了防止其范汽逸出大气,可使用辅助范汽(三氯二氟乙烷, 沸点为 47.5℃) 辅助范汽的密度介于工作阻挡层。 。 容器上方装有凝聚用的冷却螺旋管, 以防止进入大气。 这种钎焊方法的优点是加热均匀,能精确控制温度,生产率高,钎焊质量高。缺点是氟液价格昂贵。 这种钎焊方法可用于钎焊印刷电路板的上的接线柱,在陶瓷基片上钎焊陶瓷片或钎焊芯片基座外部的引线)放热反应钎焊 放热反应钎焊是另一种特殊硬钎焊方法。使钎料熔化和流动所需的热量是由放热 化学反应产生的。放热化学反应是两个或多个反应物之间的任何反应,并且反应中热量是由于系统的自由 能变化而释放的。虽然自然界为我们提供了无数的这类反应,但只有固态或接近于固态的金属与金属氧化 物之间的反应才适应于放热反应钎焊装置。 放热反应钎焊, 利用很简易的工具和设备。 该法利用反应热使邻近或靠近的金属连接而达到一定温度, 以致预先放在接头中的钎料熔化并润湿金属交接面的表面。放热反应的特点是不需要专门的绝热装置。故 适用于难以加热的部位,或在野外钎焊的场合。目前已存在宇宙空间条件下实现钢管放热反应钎焊的实 例。 (3)机械热脉冲劈刀钎焊法 这种方法依靠劈刀来传递热量,加热焊接点。预成型的钎料旋转在两个 被焊物(母材)之间,劈刀以一定的压力压在其中一被焊物上,停留片刻使钎料熔化。他能够十分精确地 控制由劈刀传给被焊物的热量和焊区的加热时间。劈刀的形状根据被焊物的形状而定,可以是契形、圆柱 形或凹槽形。所用的钎料多半是低熔点的软钎料。如果配置适当的自动化设备,可以进行半自动或全自动 的焊接。目前这种方法应用在梁式引线晶体管焊接和混合电路中的元件引线焊接及集成电路封盖。 (4)超声波钎焊法 超声波钎焊法是利用超声波振动传入熔化钎料,利用钎料内发生的空化现象破坏 和去除母材表面的氧化物,使熔化钎料润湿纯净的母材表面而实现钎焊。其特点是钎焊时不需使用钎剂。 超声波钎焊法常应用于低温软钎焊工艺。随着温度升高,空化破坏加剧。当零件受热超过 400℃,则 超声波振动不仅使钎料的氧化膜微料脱落,而且钎料本身也会小块小块地脱落。因此,通常先将零件搪上 钎料,再利用超声波烙铁进行钎焊。 (5)光学及激光钎焊法 光学钎焊是利用光的能量使焊点处发热,将钎料熔化、浸润被焊零件,填充 连接的空隙。目前常用的光学钎焊法有两种。一种是红外灯直接照射,使钎料熔化,他一般用于集成电路 封盖。另一种是利用透镜和反射镜等光学系统,将点光源的射线经聚光透镜成平行光束。光束的大小也由 一组透镜聚焦调节,光线与被焊物的作用时间长短靠一个特殊的快门来控制。根据不同的设备可以应用在 微电子器件内引线焊接和管壳的封装。他所用的钎剂一般是预成型的环形、圆形、矩形、球形的钎料。 激光钎焊法与光学钎焊法的基本原理相同,不同点是光源运用了光量子振荡器。 (6)扩散钎焊法 扩散钎焊法是把互相接触的固态异质金属或合金加热到他们的熔点以下,利用相互 的扩散作用,在接触处产生一定深度的熔化而实现连接。当加热金属能形成共晶或一系列具有低熔点的固 溶体时,就能实现这样的扩散钎焊。接触处所形成的液态合金在冷却时是连接两种材料的钎料,这种钎焊 方法也称“接触一反应钎焊”或“自身钎焊”。当两种金属或合金不能形成共晶时,可在工件间放置垫圈 状的其他金属或合金,以同时与两种金属形成共晶,实现扩散钎焊。 扩散钎焊过程可分成三个阶段。首先是接触处在固态下进行扩散。合金接触处附近的合金元素饱和, 但未达到共晶的浓度。接着,接触处达到共晶成分的地方形成液相,促进合金元素的继续扩散,共晶的合 金层将随时间增加。最后停止加热,接触处合金凝固。 7、各种焊接方法的比较 钎焊方法种类很多,合理选择钎焊方法的依据是工件的材料和尺寸、钎料和钎剂、生产批量、成本、 各种钎焊方法的特点等。表 2 综合了各种钎焊方法的优缺点及适用范围。 三、钎焊工艺 钎焊生产工艺包括钎焊前工件前表面准备、装配、安置钎料、钎焊、钎后处理等各工序,每一工序均 会影响产品的最终质量。 1、工件表面准备 钎焊前必须仔细地清除工件表面的氧化物、油脂、脏物及油漆等,因为熔化了的钎料不能润湿未经清 理的零件表面,也无法填充接头间隙。有时,为了改善母材的钎焊性以及提高钎焊接头的抗腐蚀性,钎焊 前还必须将零件预先镀覆某种金属层。 (1)清除油污 油污可用有机溶剂去除。常用的有机溶剂有酒精、四氯化碳、汽油、三氯化烯、二氯 乙烷及三氯乙烷等。 小批生产时可将零件浸在有机溶剂中清洗干净。大批生产中应用最广泛的是在有机溶剂的范汽中脱 脂。此外,在热的碱溶液中清洗也可得到满意的效果。例如钢制零件可浸入 70~80℃的 10%苛性钠溶液中 脱脂,铜和铜合金零件可在 50g 磷酸三钠,50g 碳酸氢钠加 1L 水的溶液内清洗,溶液温度为 60~80℃。 零件的脱脂也可在洗涤剂中进行。脱脂后用水仔细清洗。当零件表面能完全被水润湿时,表明表面油脂已 去除干净。 对于形状复杂而数量很大的小零件,也可在专门的槽子中用超声波清洗。超声波去油效率高。 (2)清除氧化物 钎焊前,零件表面的氧化物可用机械方法、化学浸蚀法和电化学浸蚀方法进行。 机械方法清理时可采用锉刀、金属刷、砂纸、砂轮、喷砂等去除零件表面的氧化膜。其中锉刀和砂纸 清理用于单件生产,清理时形成的沟槽还有利于钎料的润湿和铺展。批量生产时用砂轮、金属刷、喷砂等 方法。铝和铝合金、钛合金的表面不宜用机械清理法。 化学浸蚀法广泛用于清除零件表面的氧化物,特别是批量生产中,因为他的生产率比较高,但要防止 表面的过浸蚀。适用于不同金属的化学浸蚀液成分列于表 3。对于大批量生产及必须快速清除氧化膜的场 合,可采用电化学浸蚀法(表 4)。 化学浸蚀和电化学浸蚀后, 还应进行光泽处理或中和处理, 随后在冷水或热水中洗净, 并加以干燥。 (3)母材表面镀覆金属 在母材表面镀覆金属,其主要目的是改善一些材料的钎焊性,增加钎料对母 材的润湿能力;防止母材与钎料相互作用对接头质量产生不良的影响,如防止产生裂纹,减少界面产生脆 性金属间化合物; 作为钎料层, 以简化装配过程和提高生产率。 某些母材的镀覆金属使用的情况列于表 5。 表 5 预镀覆的使用情况 在母材表面镀覆金属可用不同的方法进行,常用的有电镀、化学镀、熔化钎料中热浸、轧制包覆等。 2、装配和固定 模锻钎焊零件应装配定位,以确保他们之间的相互位置。固定零件的方法很多。对于尺寸小,结构简 单的零件,可采用较简单的固定方法,诸如依靠自重、紧配合、流花、翻过、扩口、旋压、镦粗、收口、 咬口、弹簧夹、定位销、螺钉、铆钉、点焊、熔焊等。图 12 列出了典型的零件定位方法。其中紧配合主 要用于以铜钎料钎焊钢,其他场合甚少用。滚花、翻过、扩口、旋压、收口、咬口等方法简单,但间隙难 以保证均匀;螺钉、铆钉、定位销定位比较可靠,但比较麻烦;点焊和熔焊固定既简单又迅速,但定位点 周围往往发生氧化。故应根据具体情况进行选择。对于结构复杂的零件一般采用专用的夹具来定位。对钎 焊夹具的要求是夹具材料应具有良好的耐高温和抗氧化性;夹具与零件材料应具有相近的热膨胀系数;夹 具应具有足够的刚度,但结构要尽可能简单,尺寸尽可能小,使夹具既工作可靠,又能保证较高的生产效 率。 a)重力定位 b)紧配合 c)滚花 d)翻边 e)扩口 f)旋压 g)模煅 h)收口 i )咬边 j)开槽和弯边 k)夹紧 l)定位销 m)螺钉 n)铆接 o)点焊 3、钎料的放置 在各种钎焊方法中,除火焰钎焊和烙铁钎焊外,大多数是将钎料即告安置在接头上的。安置钎料时应 尽可能利用钎料的重力作用和间隙的毛细作用来促进钎剂料填潢间隙。图 13a、b 所示环状钎料的安置方 式是合理的。为避免钎料沿平面流失,应将钎料放在稍高于间隙的部位。为了完全防止钎料沿法兰平面流 失,可采用图 13c、d 形式的接头。在图 13e、f 中工件是水平放置的,必须使钎料紧贴接头,方能依靠毛 细作用吸入缝隙。对于紧密配合和搭接长度大的接头可采用图 13g、b 形式,即在接头上开出钎料安置槽。 膏状钎料应直接涂在钎焊处;粉末状钎料可用粘结剂调合后粘附在接头上。 4、涂阻流剂 为了完全防止钎料流失,有时需要涂阻流剂。阻流剂主要是由氧化物,如氧化铝、氧化钛或氧化镁等 稳定氧化物与适当的粘接剂组成。钎焊前将糊状阻流剂涂在邻近接头的零件表面上。由于钎料不能润湿这 些物质,故被阻止流动。钎焊后再将他去除。阻流剂在保护气氛炉中钎焊和真空炉中钎焊中用得很广。 5、钎焊工艺参数 钎焊过程的主要工艺参数是钎焊温度和保温时间。钎焊温度通常选为高于钎料液相线℃, 以保证钎料能填潢间隙,但有时也发生例外。例如对某些结晶温度间隙宽的钎料,由于在液相线温度以下 已有相当量的液相存在,具有一定的流动性。这时,钎焊温度可以等于或稍低于钎料液相线温度对于某些 钎料,如镍基钎料,希望钎料与母材发生充分地反应,钎焊温度可能高于钎料液相线℃以上。 钎焊保温时间视工件大小,钎料与母材相互作用的剧烈程度而定。大件的保温时间应长些,以保证加 热均匀。钎料与母材作用强烈的,保温时间要短。一般说来,一定的保温时间是促使钎料与母材相互扩散, 形成牢固结合所必需的,但垞的保温时间将导致溶蚀等缺陷的发生。 6、钎焊后清洗 钎剂线渣大多数对钎焊接头起腐蚀作用,也妨碍对钎缝的检查,常需清除干净。 软钎剂松香不会起腐蚀作用,不必清除。含松香的活性钎剂残渣不溶于水,可用异丙醇、酒精、汽油、三 氯乙烯等有机溶剂除去。 由有机酸及盐组成的钎剂,一般都溶于水,可采用热水洗涤。若为由凡士林调制的膏状钎剂,则可用 有机溶剂去除。 由无机酸组成的软钎剂溶于水, 因此可用热水洗涤。 含碱金属及碱土金属氯化物的钎剂 (例如氯化锌) , 可用 2%盐酸溶液洗涤,其目的是溶解不溶于水的金属氧化物与氯化锌相互作用的产物。为了中和盐酸,再 用含少量 NaOH 的热水洗涤。若为由凡士林调成的含氯化锌的钎剂,则可先用有机溶剂清除残留的油脂, 再用上述方法洗涤。 硬钎焊用的硼砂和硼酸钎剂残渣基本上不溶于水,很难清除,一般用喷砂去除。比较好的方法是将已 钎焊的工件在热态下放入水中,使钎剂残渣开裂而易于去除,但这种方法不适用于所有的工件;也可将工 件放在 70~90℃的 2%~3%重铬酸钾溶液中较长时间清洗。 含氟硼酸钾或氟化镓的硬钎剂(如剂 102)残渣可用水煮或在 10%柠檬酸热水中清除。 铝用软钎剂残渣可用有机溶剂(例如甲醇)清除。铝用硬钎剂残渣对铝具有很大的腐蚀性,钎焊后必须清 除干净。下面列出了一些清洗方法,可以得到较好的效果。如有可能,可将热态工件放入冷水中,使钎剂 残渣崩裂。 1)60~80℃热水中浸泡 10min,用毛刷仔细清洗钎缝上的残渣,冷水冲洗,HNO315%水溶液中浸泡约 30min,再用冷水冲洗。 2)60~80℃流动热水冲洗 10~15min。放在 65~75℃,CrO32%,H3PO45%水溶液中浸泡 5min,再用冷 水冲洗,热水煮,冷水浸泡 8h。 3)60~80℃流动热水冲洗 10~15min,流动冷水冲洗 30min。放在草酸 2%~4%、NaF1%~7%、海鸥牌 洗涤剂 0.05%溶液中浸泡 5~10min, 再用流动冷水冲洗 20min, 然后放在 HNO310%~15%硝酸溶液中浸泡 5~ 10min,取出后再用冷水冲洗。 对于有氟化物组成的无腐蚀性铝钎剂,可将工件放在 7%草酸,7%硝酸组成的水溶液中,先用刷子刷洗 耳恭听钎缝,再浸泡 1.5h,取出后用冷水冲洗。 四、钎焊接头设计 设计钎焊接头时,首先应考虑接头的强度,其次还要考虑如何保证组合件的尺寸精度,零件的装配定 位、钎料的安置、钎焊接头的间隙等工艺问题。 1、钎焊接头的基本形式 用钎焊连接时, 由于钎料及钎缝的强度一般比母材低, 若采用对接的钎焊接头, 则接头强度比母材差, 因而对接接头不能保证接头具有与母材相等的承载能力,钎焊接头大多采用搭接形式,他可以通过改变搭 接长度达到钎焊接头与母材等强度。搭接接头的装配同对接接头相比也比较简单。 在生产实践中,对采用银基、铜基、镍基等强度较高的钎料钎焊接头,搭接长度通常取为薄件厚度的 2~3 倍;对用锡铅等软钎料钎焊的接头,可取为薄件厚度的 4~5 倍,但不希望搭接长度大于 15mm。因为 此时钎料很难填满间隙,往往形成大量缺陷。由于工件的形状不同,搭接接头的具体形式各不相同。 1)平板钎焊接头如图 14 所示,其中图 14a、b、c 是对接形式。当要求两个零件连接后表面平齐,而 又能承受一定负载时,可采用图 14b、c 的形式。这时对零件的加工要求较高。其他接头有形式的是搭接 接头,有的是搭接和对接的混合接头。随着钎焊面积的增大,接头承载能力也可提高。图 14j 是锁边接头, 适用于薄件。 2)管件钎焊接头形式如图 15 所示。当零件在连接后的内孔径要求相同时,采用图 15a 形式当两个零 件在连接后的外径要求相同时,采用 15b 形式;当接头的内外径都允许有差别时,可采用图 15c 形式。 3)T 形和斜角钎焊接头如图 16 所示。对 T 形接头来说,为增加搭接面积,可将图 16a、b 改为 c、d 的形式;对楔角接头可采用图 16g、h 形式来代替图 16e、f 形式;图 16i、j 形式的搭接面积更大;图 16k 主要用于薄件的钎焊。 4)端面接头,特别是承压密封接头采用图 17 形式。这种接头具有较大的钎焊面积,发生漏泄的可能 性可减小。 5)管或棒与板的接头形式如图 18 所示。图 18a 管板接头形式较少用,常以 18b、c、d 形接头替代。 图 18e 形接头可用图 18f、g、h 形接头替代。当板较厚时,可采用图 18i、j、k 形接头。 6)线 所示。这种接头的间隙有时是可变的,毛细力只在有限的范围内起作用, 接头强度不是太高。这种接头主要用于钎缝受压,或受力不大的结构。 2、接头的工艺性设计 接头的工艺性设计包括接头的装配定位,安置钎料,限制钎料流动等。工艺孔是为满足工艺上的要求 而在接头上开的孔。这对于密闭容器尤为重要。因为钎焊时容器内的空气受热膨胀,阻碍钎料的填隙,也 可能使已填满间隙的钎料重新排出,形成不致密性缺陷。故密闭容器必须开工艺孔(图 20a)。对于其他 接头,为使受热膨胀的空气逸出,也应开设类似的工艺孔(图 20b、c)。 3、接头间隙 钎焊时是依靠毛细力作用使钎料填满间隙的,因此必须正确地选择接头间隙。间隙的大小在很大程度 上影响钎缝的致密性和接头强度。表 6 列出了在钎焊温度下常用的接头间隙范围。间隙过小,钎料流入困 难,在钎缝内形成夹渣或未钎透,导致接头强度下降;接头间隙过大,毛细作用减弱,钎料不能填满间隙, 也会使接头的致密性变坏,强度下降。 五、钎焊接头的质量检验 1、钎焊接头的缺陷 钎焊后的工件必须检验,以判定钎焊接头是否符合质量要求。钎焊接头的缺陷与熔焊接头相比,无论 在缺陷的类型、产生原因或消除方法等方面都有很大的差别。钎焊接头内常见的缺陷及其成因如下: (1)填隙不良,部分间隙未被填满 产生原因: 1)接头设计不合理,装配间隙过大或过小,装配时零件歪斜。 2)钎剂不合适,如活性差,钎剂与钎料熔化温度相差过大,钎剂填缝能力差等;或者是气体保护钎焊 时,气体纯度低,真空钎焊时,线)钎料选用不当,如钎料的润湿作用差,钎料量不足。 4)钎料安置不当。 5)钎焊前准备工作不佳,如清洗不净等。 6)钎焊温度过低或分布不均匀。 (2)钎缝气孔 产生原因: 1)接头间隙选择不当。 2)钎焊前零件清理不净。 3)钎剂去膜作用和保护气体去氧化物作用弱。 4)钎料在钎焊时析出气体或钎料过热。 (3)钎缝夹渣 产生原因: 1)钎剂使用量过多或过少。 2)接头间隙选择不当。 3)钎料从接头两面填缝。 4)钎料与钎剂的熔化温度不匹配。 5)钎剂比重过大。 6)加热不均匀。 (4)钎缝开裂 产生原因 1)由于异种母材的热膨胀系数不同,冷却过程中形成的内应力过大。 2)同种材料钎焊加热不均匀,造成冷却过程中收缩不一致。 3)钎料凝固时,零件相互错动。 4)钎料结晶温度间隔过大。 5)钎缝脆性过大。 (5)母材开裂 产生原因 1)母材过烧或过热。 2)钎料向母材晶间渗入,形成脆性相。 3)加热不均匀或由于刚性夹持工件而引起过大的内应力。 4)工件本身的内应力而引起的应力。 5)异种母材的热膨胀系数相差过大,而其延性又低。 6)钎料流失 (6)钎料流失 产生原因: 1)钎焊温度过高,保温时间过长。 2)母材与钎料之间的作用太剧烈。 3)钎料量过大。 2、钎焊接头缺陷的检验方法 钎焊接头缺陷的检验方法可分为无损检测和破坏性试验。日常生产中广泛采用无损检测。破坏性检测 只用于重要结构的钎焊接头的抽样检验。 (1)外观检查 外观检查是用肉眼或低倍放大镜检查钎焊接头的表面质量,如钎料是否填满间隙,钎 缝外露的一端是否形成圆角,圆角是否均匀,表面是否光滑,是否有裂纹,气孔及其他外部缺陷。外观检 查是一种初步的检查,根据技术条件规定,再进行其他的无损检测。 (2)表面缺陷检验 表面缺陷检验法包括荧光检验、着色检验和磁粉检验。他们用来检查发现不了的 钎缝表面缺陷,如裂纹、气孔等。荧光检验一般用于小型工件的检查,大工件则用着色探伤法。 磁粉检验法只用于磁性我属。 (3)内部缺陷检验 采用一般的 X 射线和 ? 射线是检验重要工件内部缺陷的常用方法,他可以显示纤 缝中的气孔、夹渣、未纤透以及钎缝和母材的开裂等。对于钎焊接头,由于钎缝很薄,在工件较厚的情况 下常用设备灵敏度不够而不能发现缺陷,使其应用受到一定的限制。 超声波检验所能发现的缺陷范围与射线检验相同。 钎焊结构的致密性检验常用方法有一般的水压试验、气密试验、气渗透试验、煤油渗透试验和质谱实 验等方法。其中水压试验用于高压容器;气密试验及渗透试验用于低压容器;煤油渗透试验用于不受压容 器;质谱实验用于真空密封接头。 钎焊接头检验方法一般都在产品技术条件中加以规定。另外,一些破坏性的检验方法包括金相检验、 剥离试验、拉伸与剪切试验、扭转试验等。 钎焊材料 1 焊接服务平台 发表于 2007-12-21 8:51:11 一、概述 为了满足接头性能和钎焊工艺的要求,钎料一般应满足以下几项基本要求: 1)合适的熔化温度范围,通常情况下它的熔化温度范围要比母材低; 2)在钎焊温度下具有良好的润湿性能和辅展性能,能充分填充接头间隙; 3)与母材的物理、化学作用应保证它们之间形成牢固的结合; 4)成分稳定,尽量减少钎焊温度下元素的烧损或挥发,少含或不含稀有金属和贵重金属; 5)能满足钎焊接头物理、化学及力学性能等要求。 钎料按供货要求可制成带、丝、铸条、非晶态箔材、普通箔材、粉末状、膏状、含钎剂芯管材(丝 材)、药皮钎料、胶带状纤料等。 钎剂的作用是去除母材和液态钎料表面上的氧化物,保护母材和钎料在加热过程中不被进一步氧化 以及改善钎料在母材表面的润湿性能。因此,钎剂必须具有足够的去除母材及钎料表面氧化物的能力; 熔化温度及最低活性温度应稍低于钎料的熔化温度;在钎焊温度下具有足够的润湿能力。 钎剂分为软钎剂与硬钎剂两大类、按特殊用途又可再分为铝用钎剂、粉末状钎剂、液体钎剂、气体 钎剂、膏状钎剂,免清洗钎剂等。 二、软钎料 钎焊材料 2 焊接服务平台 发表于 2007-12-21 8:59:05 三、硬钎料 钎焊温度高于 450℃以上的钎料称为硬钎料。硬钎料由于强度相对较高,可用于钎焊变力构件,如 钎焊钢和 Cu 及其合金的 Ag 基钎料和 Cu 基钎料,钎焊 Al 用的 Al 基钎料等,已在生产中得到广泛地应 用。在高温工作场合,Ni 基、Mn 基钎料越来越受到重视。在某些重要场合,Au 基、Pb 基等贵金属钎料 仍是必不可少的连接材料。 1、Ag 钎料 Ag 钎料主要指 Ag-Cu-Zn-Cd、Ag-Cu-Zn 及 Ag-Cu 系钎料 w(Ag)一般在 10%~90%范围内。Ag 钎料是 应用很广的硬钎料,具有良好的钎焊接头强度、塑性、导热性、导电性和抗腐蚀性,广泛地应用于钎焊 铜及其合金、钢及不锈钢、镍及其合金等材料。 Ag 钎料中有时加入 Sn、Mn、Ni、Li 及 Al 等元素以满足不同的钎焊工艺要求。近年来,研究开发子 网掩码含 ln-Ag 钎料,由于其具有优良的润湿性、铺展性和填缝性,在铜与钢的钎焊中得到了很好的应 用。 2、Cu 钎料 Cu 基钎料常用的是铜锌系和铜磷系钎料,此外还有铜锗钎料和其他铜基钎料。 1)铜锌系钎料 GB/T6418-1993《铜基钎料》中所列的铜和铜锌钎料化学成分及熔化温度。 2)铜磷钎料 铜磷钎料是以 Cu-P 系和 Cu-P-Ag 系为主的钎料。在钎焊纯铜时可以不用钎剂,在电 气、电机制造业和制冷行业得到了广泛的应用。 由于铜磷钎料中含有较高的磷,因此不能钎焊钢、镍合金以及 w(Ni)超过的镍铜合金。 GB/T6418-1993《铜基钎料》中所列的铜磷钎料化学成分及熔化温度。 3)铜锗钎焊 铜锗钎料的特点是蒸气压低,可用来钎焊铜和可伐合金等,主要用于电线)高温铜基钎料 普通银钎料和铜基钎料的强度随温度的升高而下降,不能满足在较高温度下工作 的要求,在铜中加入 Ni 和 Cu 可提高钎料的耐热性能,钽钎料的熔化温度也相应的有所提高。 3、Al 基钎料 Al 基钎料用来钎焊铝和铝合金。它主要以铝硅合金为基,有时加入 Cu、Zn、Ge 等元素以满足工艺性 能的要求。在铝硅合金中加入 w(Mg)为 1%~1.5%,可用于铝合金的真空钎焊。 Al 基钎料还可制成双金属复合板,即在基体金属一侧或两侧复合板厚为 5%~10%的钎料,以简化装配 过程。双金属复合板适用于钎焊大面积或接头密集的部件,如各种散热器、冷却器等。 4、Mn 基钎料 Mn 基钎料的延性好,对不锈钢,耐热钢具有良好的润湿能力,钎缝有较高的室温和高温强度,中等的 抗氧化性的耐腐蚀性,钎料对母材无明显的熔蚀作用。在 Mn 基钎料中加入 Cr、Co、Cu、Fe、B 等元素可 降低钎料的熔化温度,改善工艺性能和提高抗腐蚀性等。Mn 在国内资源丰富,价格较低,但 Mn 基钎料的 蒸气压高,抗腐蚀性不够高,它适用于在低真空及保护气氛下钎焊在 500℃左右长期工作的不锈钢和耐热 钢部件。 5、Ni 基钎料 Ni 基钎料具有优良的抗腐蚀性和耐热性,用它钎焊的接头可以承受的工作温度高达 1000℃。Ni 基钎 料常用于钎焊奥氏体不锈钢、双相不锈钢、马氏体不锈钢、Ni 基合金和钴基合金等。也可用于碳钢和低合 金钢的钎焊。Ni 基钎料的钎焊接头在液氧、液氮等低温介质内也有满意的性能。 Ni 基钎料内常加的元素有 Cr、Si、B、Fe、P 和 C 等。Cr 的主要作用是增大抗氧化、抗腐蚀能力及提 高钎料的高温强度;Si 可降低熔点,增加流动性。 B 和 P 是降低猿粒熔点的主要元素,并能改善润湿能 力和铺展能力。 可以降低钎料的熔化温度而对高温强度没有多大的影响。 C 少量的 Fe 可以提高钎料的强度。 Ni 基钎料中含有较多的 Si、B、P 等非金属元素,比较脆,常以粉末状使用,但近年来已研制成非晶态箔 状钎料。 Ni 基钎料特别适用于真空系统和真空管的钎焊,因为钎料的蒸气压很低。Ni 基钎料中不得含有 Ag、 Cd、Zn 或其他高蒸气压元素。应该指出,当 P 与某些元素化后,这些化合物具有极低的蒸气压,因而可允 许在 1065℃和线Pa 下进行线CrSiB 钎料广泛地用于高强度合金和耐热合金的钎焊,可用于钎接涡轮叶片、喷气发动机零件、 高应力的平板金属结构以及其他高应力部件。 Bni85CrSiB 钎料是一种低碳的镍铬硼硅钎料,除其最大 w(C)0.06%外,其化学成分与 Bni74CrSiB 一 致。这种钎料也可用于高温喷气发动机零件。 Bni82CrSiB 钎料的性能和用途与 Bni74CrSiB 相似,但能在较低的温度下进行钎焊,且有较好的流动 性的扩散性能。 Bni92CrSiB 钎料是一种耐热性能良好的钎料,适用于较低温度下钎焊高应力零件。它的使用与 Bni74CrSiB 相似,在保护气体中,或在间隙很小或大面积的接头上都有良好的铺展性。 Bni98CrSiB 钎料与 Bni92CrSiB 相似,用这种钎料可以形成较大和塑性较好的角接钎缝,也能用来钎 焊具有相当大间隙的接头。 Bni71CrSi 钎料用于钎焊在高温下工作的高强度和抗氧化合金接头,其应用范围与 Bni74CrSiB 相似。 此外,Bni71CrSi 还可用于钎焊某些不允许含硼的核部件。 Bni89P 钎料流动性很好,与大多数 Ni 基或铁基金属只产生较小的溶蚀。这种钎料在保护气体中使用 以及在放热性气体中钎焊低铬钢,结果都很好。 Bni76CrP 钎料用于钎焊峰窝结构、薄壁管组件以及其他在高温下使用的结构。由于 Bni76CrP 与 Fe 基 和 Ni 集合金的溶解性小。因而能控制溶蚀。在相当低的钎焊温度下,钎焊耐热母材可以得到牢固的防漏 的接头。 推荐用于钎焊不允许含硼的各种核部件, 炉中钎焊可以获得良好的结果。 增加钎焊温度下的时间, 可以提高塑性。 Bni66MnSiCu 钎料最初是由于它与 Ni 的相互作用很小,并且具有良好的钎焊性能而发展起来的。后来 发现也适合于钎料航空工业的蜂窝结构和其他不锈钢材料与耐腐蚀材料,由于这种钎料含有相当多的 Mn, 故应遵守特别的钎焊工艺。因为 Mn 比 Cr 更容易氧化,因而氢气、氩气和氦气等钎焊气体必须纯净而十分 干燥。在真空环境下,真空压力必须很低,漏气速率必须很小,以确保很低的氧分压。应当指出,当 Mn 在保护气体中氧化或当 Mn 在真空中蒸发或氧化时, Bni66MnSiCu 钎料的化学成分和熔化特性都会发生变化。 但是,保护气体中,Mn 的影响不致构成问题。 各钎料的具体用途如下: AMDRY DF3 具有良好的抗氧化性和抗硫化性,特别适用于在氧化和燃烧的环境下工作的工件。钎料具 有良好的流动性和铺展性,适用于钎焊小间隙和钎补裂纹。用于各种 Ni 基和铁 Ni 基合金。 AMDRY DF4B 因含大量的 Ta 和 Al, 特别适用于钎焊沉淀强化 Ni 基合金, 也可以与等离子喷涂粉 NiCrAlY 掺和作为表面修复用。 AMDRY DF5 由等离子喷涂粉 NiCrAlY 加 B 而形成的钎料,具有极好的抗氧化性和抗腐蚀性,用于钎补 小裂纹和修复表面。 AMDRY DF6 钎料用来钎焊 Ni 基合金 MA754 和 956,氧化物称为散强化合金(ODS)。 AMDRY DF915B2 钎料在钎焊时由于 B 的迁移,可使钎缝在重熔温度大大提高。适用于钎焊马氏体时效 钢和沉淀强化 Ni 基合金。接头的工件温度可高达 1149℃。 上述钎料按表所述工艺参数钎焊后,再经过约 1066℃扩散处理,使 B 充分地从钎缝向母材适移,从而 获得与母材性能一致的钎焊接头。 6、Au 基钎料 高温 Au 基钎料主要由 Au\Cu 和 Ni 等元素组成。这类钎料耐热性和抗氧化性优良,对 Fe、Ni、Co 基 耐热合金润湿性好,溶蚀倾向小。钎料强度高,塑性好,广泛地用于 Fe、Ni、Co 基合金薄壁构件的钎焊。 由于钎料中不含挥发元素,导电性高,热稳定性高,在电真空器件上、高温工程以及工作温度高的直空电 子管上获得应用。这类钎料可在低于 650℃情况下可靠工作。 7、含 Pd 钎料 钎料合金中含有合金元素 Pd 的钎料通称为含 Pd 钎料。 银铜钎料中添加 Pd,大大提高了钎料的润湿性、充满接头间隙能力和接头的工作温度.含 Pd 的银铜钎 料可在 427℃下可靠工作,接头的耐蚀性能较银铜钎料显著增加。在银锰或镍锰钎料中加入 Pd,钎焊接头 的强度、耐热性可接近 Ni 基钎料,而接头的塑性及抗冲击性能比 Ni 基钎料优越得多。 含 Pd 钎料的优点是有良好的润湿性和流动性,蒸气压低,接头强度高、塑性好,对基体金属的溶蚀 倾向小。适用于 Ni 基、Co 基、Ti 基等耐热合金、硬质合金、不锈钢等材料的钎焊,主要用于高温工艺装 置、电线、真空级钎料 真空级钎料主要用于电子器件等要求有极佳运行特性和较长的工作寿命部件的钎焊。真空级钎料对除 主元素之外的杂质元素要求比普通钎料要严格的多,且对钎焊时钎料的溅散性和钎焊部位的清洁性亦有严 格要求。我国目前正式列入国家标准的有 5 种钎料。 9、其他钎料 近年来,新材料、新工艺大量涌现,对新的钎焊材料的需求越来越高,现有的常规品种已无法满足需 要,因此不断研究开发出许多新型钎料来并投放市场试用。 (1)Ti 基钎料是 Ti 和 Ni、Cu、Be、Zr 等元素制成的许多不同熔化温度的钎料。这类钎料可润湿多种 难熔金属、石墨、陶瓷、宝石等材料。钎料抗氧化性能强。钎缝可承受高于 800℃的温度。某些钎料和无 水肼还有极好的相容性。 Ti 基钎料可用于 Ti、W、Mo、Ba、Nb、石墨、陶瓷、蓝宝石等材料的钎料。钎料极脆,多以粉末状态 供应。BTi70CuNi 钎料具有较低的钎焊温度,可在氩气或真空中钎焊,特别适宜高频感应钎焊钛及钛合金, 接头具有较高的高温强度, 430℃时, 在 接头抗剪温度可达 300MPa, Bag91Al 钎料的抗剪强度只有 89MPa。 而 (2)Fe 基钎料含有 Cr、Ni、Mn、Ti、B 等元素,可用来钎焊硬质合金与高速钢刀具,钎缝具有一定的 耐热性能与热稳定性,但钎缝塑性较差。 Fe 基钎料价格便宜, 一般以粉末状供应。W(P)10%的铁基钎料,具有十分好的自钎性能。W(Ti)40% 的 Fe 基钎料,耐热性极佳,可钎焊在高温条件下不受力的构件。 (3)Co 基钎料是以 Co 为基体并加入 Rh、Cr、W、B、Si 等金属制成的钎料,Bco70CrWBSi 钎料接头强 度高,抗蚀性好,可在炉中钎焊高温下工作的耐热合金零部件。 (4)Pt 基钎料是 Pt 与 Au、Ir、Cu、Ni、Pd 等金属制成的钎料,可以很好地润湿 W、Mo 等金属。钎料 具有良好的抗氧化性能和高温性能。Pt 基钎料可以钎焊钨丝与钼丝,在电子工业中很有使用价值。 (5)膏状钎料 膏状钎料是将钎料制成粉末状(一般为 75~150um 或更细)加入钎剂、润湿剂和其他 化学试剂制成的膏状体。从理论上讲,可将 Cu-P-(Ag)、AISi、Ag-Cu-Zn、Ni 基、Mn 基等任何一种或一类 硬钎料制成膏状钎料。随着自动化钎焊技术的不断提高,对膏状钎料的需求量也日益增长,国内有许多单 位已经能批量生产各种膏状钎料。 10、钎料的选择 钎料的选用应从使用要求、钎料与母材的相互匹配以及经济角度等方面进行全面考虑。 从使用要求出发,对钎焊接头强度要求不高和工作温度要求不高的,可用软钎焊。对在低温下工作的 接头,应使用含 Sn 量低的钎料。要求高温强度和抗氧化性好的接头宜用 Ni 基钎料,但含 B 的钎料不适用 于核反应棒。 对要求抗腐蚀性好的铝钎焊接头,应采用铝硅钎料钎焊,Al 的软钎焊接头应采用保护措施。用 Sn92AgSbCu 和 Sn84.5AgSb 钎料钎焊的铜接头的抗腐蚀性比用 AgPb97 钎料钎焊的好, 前者可用于在较高温 度和高温强度条件下工作的工件。 对要求导电性好的电气零件,应选用含 Sn 量高的 SnPb 钎料或含 Ag 量高的 Ag 基钎料,真空密封接头 应采用真空级钎料。 选择钎料时,应考虑钎料与母材的相互作用。铜磷钎料不能钎焊钢和镍,因为会在界面生成极脆的磷 化物相。镉基钎料钎焊铜时,很容易在界面形成脆性的铜镉化合物而使接头变脆。用 Bni-1 镍基钎料钎焊 不锈钢薄件时,因有溶穿倾向而不予推荐。 选择钎料时还应考虑钎焊加热温度的影响。如对于已调质处理的 2Crl3 工件,可选用 B40AgCuZnCd 钎 料,使基钎焊温度低于 700℃,以免工件发生退火。对于冷作硬化铜材,为了防止母材钎焊后软化,应选 用钎焊温度不超过 300℃的钎料。 钎焊加热方法对钎料选择也有一定的影响。炉中钎焊时,不宜选用含易挥发元素,如含 Zn、Cd 的钎 料。真空钎焊要求钎料不含高蒸气压元素。 此外,从经济观点出发,应选用价格便宜的钎料。如制冷机中铜管的钎焊,使用 Ag 基钎料固然质量 很好,但是用铜磷银或铜磷锡钎料钎焊的接头也不错,后者的价格要比前者便宜很多。 各种材料组合时所适用的钎料可参阅表 6 各种材料的钎焊 1 焊接服务平台 发表于 2007-12-21 12:00:58 一、碳钢和低合金钢的钎焊 1、钎焊材料 (1)钎料 碳钢和低合金钢的钎焊包括软钎焊和硬钎焊。软钎焊中应用量广的钎料是锡铅儿料,这 种钎料对钢的润湿性随含锡量的增加而提高,因而对密封接头宜采用含锡量高的钎料。锡铅钎料中的锡 与钢在界面上可能形成 FeSn2 金属间化合物层,为避免该层化合物的形成,应适当控制钎焊温度和保温 时间。几种典型的锡铅钎料钎焊的碳钢接头的抗剪强度如表 1 所示,其中以 w(Sn)为 50%的钎料钎焊的 接头强度最高,不含锑的钎料所焊的接头强度比含锑的高。 碳钢和低合金钢硬钎焊时,主要采用纯铜、铜锌和银铜锌钎料。纯铜熔点高,钎焊时易使母材氧化, 主要用于气体保护钎焊和真空钎焊。但应注意的是钎焊接头间隙宜小于 0.05mm,以免产生因铜的流动性 好而使接头间隙不能填潢的问题。用纯铜钎焊的碳钢和低合金钢接头具有较高的强度,一般抗剪强度在 150~215MPa,而抗拉强度分布在 170~340MPa 之间。 与纯铜相比,铜锌钎料因 Zn 的加入而使钎料熔点降低。为防止钎焊时 Zn 的蒸发,一方面可在铜锌 钎料中加入少量的 Si;另一方面必须采用快速加热的方法,如火焰钎焊、感应钎焊和浸沾钎焊等。采用 铜锌钎料钎焊的碳钢和低合金钢接头都具有较好 的强度和塑性。例如用 B-Cu62Zn 钎料钎焊的碳钢接头 抗拉强度达 420MPa,抗剪强度达 290MPa,银铜站钎料的熔点比铜锌钎料的熔点还低,便于针焊的操作。 这种钎料适用于碳钢和低合金钢的火焰钎焊、感应钎焊和炉中钎焊,但在炉中钎焊时应尽量降低 Zn 的 含量,同时应提高加热速度。采用银铜锌钎料钎焊碳钢和低合金钢,可获得强度和塑性均较好的接头, 具体数据列于表 2 中。 (2)钎剂 钎焊碳钢和低合金钢时均需使用钎剂或保护气体。钎剂常按所选的钎料和钎焊方法而定。 当采用锡铅钎料时,可选用氯化锌与氯化铵的混合液作钎剂或其他专用钎剂。这种钎剂的残渣一般都具 有很强的腐蚀性,钎焊后应对接头进行严格清洗。 采用铜锌钎料进行硬钎焊时,应选用 FB301 或 FB302 钎剂,即硼砂或硼砂与硼酸的混合物;在火焰 钎焊中,还可采用硼酸甲酯与甲酸的混合液作钎剂,其中起去膜作用的是 B2O3 蒸气。 当采用银铜锌钎料时,可选择 FB102、FB103 和 FB104 钎剂,即硼砂、硼酸和某些氟化物的混合物。 这种钎剂的残渣具有一定的腐蚀性,钎焊后应清除干净。 2、钎焊技术 采用机械或化学方法清理待焊表面、确保氧化膜和有机物彻底清除。清理后的表面不宜过于粗糙, 不得粘附金属屑粒或其他污物。 采用各种常见的钎焊方法均可进行碳钢和低合金钢的钎焊。火焰钎焊时,宜用中性或稍带还原性的 火焰,操作时应尽量避免火焰直接加热钎料和钎剂,感应钎焊和浸沾钎焊等快速加热方法非常适合于调 质钢的钎焊,同时宜选择淬火或低于回火的温度进行钎焊,以防母材发生软化。保护气氛中钎焊低合金 高强钢时,不但要求气体的纯度高,而且必须配用气体钎剂才能保证钎料在母材表面上的润湿和铺展。 钎剂的残渣可以采取化学或机械的方法来清除。有机钎剂的残渣可用汽油、酒精、丙酮等有机溶剂 擦拭或清洗;氯化锌和氯化铵等强腐蚀性钎剂的残渣,应先在 NaOH 水溶液中中和,然后再用热水和冷 水清洗;硼酸和硼酸钎剂的残渣不易清除,只能用机械方法或在涨水中长时间浸煮解决。 二、工具钢和硬质合金的钎焊 1、钎焊材料 (1)钎料 钎焊工具钢和硬质合金通常采用纯铜、铜锌和银铜钎料。纯铜对各种硬质合金均有良好 的润湿性,但需在氢的还原性气氛中钎焊才能得到最佳效果。同时,由于钎焊温度高,接头中的应力较 大,导致裂纹倾向增大。采用纯铜钎焊的接头抗剪强度约为 150MPa,接头塑性也较高,但不适用于高温 工作。 铜锌钎料是钎焊工具钢和硬质合金最常用的钎料。为提高钎料的润湿性和接头的强度,在钎料中常 添加 Mn、Ni、Fe 等合金元素。例如 B-Cu58ZnMn 中就加有 w(Mn)4%,使硬质合金钎焊接头的抗剪强度在室 温达到 300~320MPa;在 320℃时仍能维持 220~240MPa。在 B-Cu58ZnMn 的基础上加入少量的 Co,可使 钎焊接头的抗剪强度达到 350MPa,并且具有较高的冲击韧度和疲劳强度,显著提高了刀具和凿岩工具的 使用寿命。 银铜钎料的熔点较低,钎焊接头产生的热应力较小,有利于降低硬质合金钎焊时的开裂倾向。为改 善钎料的润湿性并提高接头的强度和工作温度, 钎料中还常添加 Mn、 等合金元素。 Ni 例如 B-Ag50CuZnCdNi 钎料对硬质合金的润湿性极好,钎焊接头具有良好的综合性能。 除上述 3 种类型的钎料外,对于工作在 500℃以上且接头强度要求较高的硬质合金,可以选用 Mn 基 和 Ni 基钎料,如 B-Mn50NiCuCrCo 和 B-Ni75CrSiB 等。对于高速钢的钎焊,应选择钎焊温度与淬火温度 相匹配的专用钎料,这种钎料分为两类,一类为锰铁型钎料,主要由锰铁及硼砂组成,所钎焊的接头抗 剪强度一般为 100MPa 左右,但接头易出现裂纹;另一类含 Ni、Fe、Mn 和 Si 的特殊铜合金,用它钎焊 的接头不易产生裂纹,其抗剪强度能提高到 300MPa。 (2)钎剂和保护气体 钎剂的选择应与所焊的母材和所选的钎料相配合。工具钢和硬质合金钎焊时, 所用的钎剂主要以硼砂和硼酸为主,并加入一些氟化物(KF、NaF、CaF2 等)。铜锌钎料配用 FB301、 FB302 和 FB105 钎剂,银铜钎料配用 FB101~FB104 钎剂。采用专用钎料钎焊高速钢时,主要配用硼砂钎 剂。 为了防止工具钢在钎焊加热过程中的氧化和免除钎焊后的清理,可以采用气体保护钎焊。保护气体 可以是惰性气体,也可以是还原性气体,要求气体的露点应低于-40℃.硬质合金可在氢所保护下进行钎 焊,所需氢气的露点应低于-59℃。 2、钎焊技术 工具钢在钎焊前必须进行清理,机械加工的表面不必太光滑以便于材料和钎剂的润湿和铺展。硬质 合金的表面在钎焊前应经喷砂处理,或用碳化硅或金刚石砂轮打磨,清除表面过多的碳,以便于钎焊时 被钎料所润湿。含碳化钛的硬质合金比较难润湿,通过在其表面上新途径敷氧化铜或氧化镍膏状物,并 在还原性气氛中烘烤使铜或镍过渡到表面上去,从而增加强钎料的润湿性。 碳素工具钢的钎焊最好在淬工序前进行或者同时进行。如果在淬火工序前进行钎焊,所用钎料的固 相线温度应高于淬火温度范围,以使焊件在重新加热到淬火温度时仍然具有足够高的强度而不致失效。 当钎焊和淬火合并进行时,选用固相线温度接近淬火温度的钎料。 合金工具钢的成分范围很宽,应根据具体钢种确定适宜的钎料、热处理工序以及将钎焊和热处理工 序合并的技术,从而获得良好的接头性能。 高速钢的淬火温度一般高于银铜和铜锌钎料的熔化温度,因此需在钎焊前进行淬火,并在二次回火 期间或之后进行钎焊。如果必须在钎焊后进行淬火,只能选用前述的专用钎料进行钎焊。钎焊高速钢刀 具时采用焦炭炉比较合适,当钎料熔化后,取出刃具并立即加压,挤出多余的钎料,再进行油淬,然后 在 550~570℃回火。 硬质合金刀片与钢制刀杆钎焊时,宜采取加大钎缝间隙和在钎缝中施加塑性补偿垫片的方法,并在 焊后进行缓冷,以减小钎焊应力,防止裂纹产生,延长硬质合金刀具组件的使用寿命。 纤焊后,焊件上的钎剂残渣先用热水冲洗或用一般的除渣混合液清洗,随后用合适的酸洗液酸洗, 以清除基体刀杆上的氧化膜。但注意不要使用硝酸溶液,以防腐蚀钎缝金属。 三、铸铁的钎焊 1、钎焊材料 (1)钎料 铸铁钎焊主要采用铜锌钎料和银铜钎料,常用的铜锌钎料牌号为 B-Cu62ZnNiMuSiR、 B-Cu60ZuSnR 和 B-Cu58ZnFeR 等,所钎焊的铸铁接头抗拉强度一般达到 120~150MPa,在铜锌钎料的基 础上,添加 Mn、Ni、Sn 和 Ai 等元素,可使钎焊接头与母材等强度。 银铜钎料的熔化温度低,钎焊铸铁时可避免产生有害的组织,钎焊接头的性能好,尤其是含 Ni 的 钎料,如 B-Ag50CuZnCdNi 和 B-Ag40CuZnSnNi 等,增强了钎料与铸铁的结合力,特别适合于球墨铸铁的 钎焊,可使接头与母材等强度。 (2)钎剂 采用铜锌钎焊铸铁时,主要配用 FB301 和 FB302 钎剂,即硼砂或硼砂与硼酸的混合物。 此外,采用 H3BO340%、Li2CO316%、Na2CO324%、NaF7.4%和 NaC112.6%组成的钎剂效果更好。 采用银铜钎料钎焊铸铁时,可选择 FB101 和 FB102 等钎剂,即硼砂、硼酸、氟化钾和氟硼酸钾的混 合物。 2、钎焊技术 钎焊铸铁前,应仔细清除铸件表面上的石墨、氧化物、砂子及油污等杂物。清除油污可采用有机溶 剂擦洗的方法,而石墨、氧化物的清除可采用喷砂或喷丸等机械方法,也可采用电化学方法。此外,还 可用氧化火焰灼烧石墨而将其去除。 钎焊铸铁可采用火焰、炉中或感应等加热方法、由于铸铁表面上易形成 SiO2,使保护气氛中的钎焊 效果不好,帮一般都使用钎剂进行钎焊。用铜锌钎料钎焊较大的工件时,应先在清理好的表面上撒一层 钎剂,然后把工件放进炉中加热或用焊炬加热。当工件加热到 800℃左右时,再加入补充钎剂,并把它 加热到钎焊温度, 再用针料在接头边缘刮擦, 使钎料熔化填入间隙。 为了提高钎缝强度, 钎焊后要在 700~ 750℃进行 20min 的退火处理,然后进行缓慢冷却。 钎焊后过剩的钎剂及残渣采用温水冲洗即可清除。 如果难以去除, 则可先用 10%的硫酸水溶液或 5%~ 10%的磷酸水溶液清洗,然后再用清水洗净。 四、不锈钢的钎焊 1、钎焊性 不锈钢钎焊中的首要问题是表面存在的氧化膜严重影响钎料的润湿和铺展。各种不锈钢中都含有相 当数量的 Cr,有的还含有 Ni、Ti、Mn、Mo、Nb 等元素,它们在表面上能形成多种氧化物甚至复合氧化 物。其中,Cr 和 Ti 的氧化物 Cr2O3 和 TiO2 相当稳定,较难去除。在空气中钎焊时,必须采用活性强的 钎剂才能去除它们;在保护气氛中钎焊时,只有在低露点的高纯气氛和足够高的温度下,才能将氧化膜 还原;真空钎焊时,必须有足够高的真空度和足够高的温度才能取得良好的钎焊效果。 不锈钢钎焊的另一个问题是加热温度对母材的组织有严重影响。奥氏体不锈钢的钎焊加热温度不应 高于 1150℃,否则晶粒将严重长大;若奥氏体不锈钢不含稳定元素 Ti 或 Nb 而含碳量又较高,还应避免 在敏化温度(500~850℃)内钎焊。以防止因碳化铬的析出而降低耐蚀性能。马氏体不锈钢的钎焊温度 选择要求更严,一种是要求钎焊温度与淬火温度相匹配,使钎焊工序与热处理工序结合在一起;另一种 是要求钎焊温度低于回火温度,以防止母材在钎焊过程中发生软化。沉淀硬化不锈钢的钎焊温度选择原 则与马氏体不锈钢相同,即钎焊温度必须与热处理制度相匹配,以获得最佳的力学性能。 除上述两个主要问题外,奥氏体不锈钢钎焊时还有应力开裂倾向,尤其是采用铜锌钎料钎焊更为明 显。 为避免应力开裂发生, 工件在钎焊前应进行消除应力退火, 且在钎焊过程中应尽量使工件均匀受热。 2、钎焊材料 (1)钎料 根据不锈钢焊件的使用要求,不锈钢焊件常用的钎料有锡铅钎料、银基钎料、铜基钎料、 锰基钎料、镍基钎料及贵金属钎料等。 不锈钢软钎焊主要采用锡铅钎料,并以含锡量高为宜。因钎料的含锡量越高,其在不锈钢上的润湿 性越好。几种常用锡铅钎料钎焊的 1Cr18Ni9Ti 不锈钢接头的抗剪强度列于表 3 中,由于接头强度低, 只用于钎焊承载不大的零件。 银基钎料是钎焊不锈钢最常用的钎料,其中银铜锌及银铜锌镉钎料由于钎焊温度的母材性能影响不 大而应用最为广泛。几种常用银基钎料钎焊的 iCr18Ni9Ti 不锈钢接头的强度列于表 4 中,银基钎料钎 焊的不锈钢接头很少用于强腐蚀性介质中,接头的工作温度一般也不超过 300℃。钎焊不含镍的不锈钢 时,为防止钎焊接头在潮湿环境中发生腐蚀,应采用含镍多的钎料,如 B-Ag50CuZnCdNi。钎焊马氏体不 锈钢时,为防止母材发生软化现象,应采用钎焊温度不超过 650℃的钎料,如 B-Ag40CuZnCd。保护气氛 中钎焊不锈钢时,为去除表面上的氧化膜,可采用含锂的自钎剂钎料,如 B-Ag92CuLi 和 B-Ag72CuLi。 真空中钎焊不锈钢时,为使钎料在不含易蒸发的 Zn、Cd 等元素时仍具有较好的润湿性,可选用含 Mn、 Ni、Rd 等元素的银钎料。 用于不同钢钎焊的铜基钎料主要的纯铜、铜镍和铜锰钴钎料。纯铜钎料主要用在气体保护或真空条 件下进行钎焊,不锈钢接头工作温度不超过 400℃,但接头抗氧化性不好。铜镍钎料主要用于火焰钎焊 和感应钎焊,所钎焊的 1Cr18Ni9Ti 不锈钢接头的强度如表 5 所示。可见接头能与母材等强度,且工作 温度较高。铜锰钴钎料主要用于保护气氛中钎焊马氏体不锈钢,接头强度和工作温度可与用金基钎料钎 焊的接头相匹敌。如采用 B-Cu58MnCo 钎料钎焊的 1Cr13 不锈钢接头与用 B-Au82Ni 钎料钎焊的同种不锈 钢接头,二者性能相当(见表 6),但生产成本大大降低。 六、铜及铜合金的钎焊 1、钎焊材料 (1)几种常用软钎料用于铜及黄铜软钎焊的接着强度如表 10 所示。 用锡铅钎料钎焊铜时,可选松香酒精溶液或活性松香和 ZnCl2+Nh4Cl 水溶液等无腐蚀性钎剂,后者还 可用于黄铜、青铜和铍青铜的钎焊。钎焊铝黄铜、铝青铜和硅黄铜时,钎剂可为氯化锌盐酸溶液。钎焊锰 白铜时,针剂可选磷酸溶液。用铅基钎料钎焊时可用氯化锌水溶液作为钎剂,用镉基钎料钎焊时可采用 FS205 钎剂。 (2)硬钎焊用钎料及钎剂 硬钎焊铜时,可以采用银基钎料和铜磷钎料。银基钎料的熔点适中,工艺 性好,并具有良好的力学性能和导电导热性能,是应用最广的硬钎料。对于要求导电性能高的工件,应选 含银量高的 B-Ag70CuZn 钎料。 真空钎焊或保护气氛炉中钎焊, 应选用不含挥发元素的 B-Ag50Cu、 B-Ag60CuSn 等钎料。含银量较低的钎料,价格便宜,钎焊温度高,钎焊接头的韧性较差,主要用于钎焊要求较低的铜 及铜合金。铜磷和铜磷银钎料只能用于铜及其铜合金的硬钎焊,其中 B-Cu93P 具有良好的流动性,用于机 电、仪表和制造工业中不受冲击载荷零件的钎焊,最适宜的间隙为 0.003~0.005mm,铜磷银钎料(如 B-Cu70Pag)的韧性和导电性能都比铜磷钎料好,主要用于高导电要求的电气接头。几种常用硬钎料用于 铜及黄铜硬钎焊的接头性能如表 11 所示。 七、活性金属的钎焊 1、钎焊材料 (1)钛及基合金很少用软钎料钎焊,硬钎焊所用的钎料主要有银基、铝基、钛基或钛锆基 3 大类。 银基钎料主要用于工作温度小于 540℃的构件。使用纯银钎料的接头强度低,容易产生裂纹,接头的 抗腐蚀性及抗氧化性较差。Ag-Cu 钎料的钎焊温度比银低,但润湿性随 Cu 含量的增加而下降。含有少量 Li 的 Ag-Cu 钎料,可以改善润湿性和提高钎料与母材的合金化程度。Ag-Li 钎料具有熔点低、还原性强等 特点,适用于保护气氛中钎焊钛及钛合金,但真空钎焊会因 Li 的蒸发而对炉子造成污染。Ag-5Al-(0.5~ 1.0)Mn 钎料是钛合金薄壁构件的优选钎料,钎焊接头的抗氧化和抗腐蚀性能好。采用银基钎料钎焊的钛及 钛合金接头的抗剪强度如表 12 所示。 铝基钎料的钎焊温度低,不会引起钛合金发生 β 相转变,降低了对钎焊类夹具材料和结构的选择要 求。这种钎料与母材的相互作用程度低,溶解和扩散也不明显,但钎料的塑性好,容易将钎料和母材轧制 在一起,故非常适宜钎焊钛合金散热器、蜂窝结构和层板结构。 钛基或钛锆基钎剂一般都含有 Cu、Ni 等元素,它们在钎焊时能快速扩散到基体中而与钛反应,造成 基体的溶蚀和形成脆性层,因此钎焊时应严格控制钎焊温度和保温时间,尽可能不用于薄壁结构的钎焊。 B-Ti48Zr48Be 是典型的钛锆钎料。它对钛有良好的润湿性,钎焊时母材无晶粒长大倾向。 (2)锆及基合金钎焊用钎料 锆及基合金用钎焊主要有 B-Zr50Ag50、B-Zr76Sn24、B-Zr95Be5 等,广 泛地应用于核动力反应堆的锆合金管道的钎焊。 (3)钎剂和保护气氛 钛、锆及基合金在真空和惰性气氛(氦、氩)中可获得满意的结果。氩气保护 钎焊应使用高纯氩,露点必须是-54℃或更低。火焰钎焊时必须采用含有金属 Na、K、Li 的氟化物和氯化 物的特殊钎剂。 2、钎焊技术 钎焊前必须彻底清理表面,进行脱脂和去除氧化膜。厚氧化膜应当采用机械法、喷砂法或熔融盐浴法 去除。薄氧化膜可在含 20%~40%硝酸和 2%氢氟酸溶液中消除。 Ti、Zr 及其合金在钎焊加热时不允许接头表面同空气接触,可在真空或惰性气体保护下进行钎焊,可 以采用高频感应加热或保护中加热等方法。 小型对称零件最好采用感应加热的方法, 而对于大型复杂组件, 则采用炉中钎焊比较有利。 用于 Ti、Zr 及其合金钎焊的加热元件最好选择 Ni-Cr、W、Mo、Ta 等材料,不能使用以祼露石墨为加 热元件的设备,以免造成碳污染。钎焊夹具应选用高温强度好、热膨胀系数与 Ti 或 Zr 相近、并与基体金 属反应性小的材料。 八、难熔金属的钎焊 1、钎料 凡温度低于 3000℃的各种钎料均可用于 W 的钎焊, 其中 400℃以下使用的构件可选用铜基或银基钎料; 在 400~900℃之间使用的构件通常选用金基、锰基、猛基、钯基或钻基钎料;高于 1000℃使用的构件, 多采用纯金属 Nb、Ta、Ni、Pt、Pd、Mo 等钎料。铂基钎料钎焊后的构件,基工作温度已经达到 2150℃。 如果在钎焊后进行 1080℃的扩散处理,则最高工作温度可达 3038℃。 钎焊 W 的钎料大多数都可以用于 Mo 的钎焊,其中 400℃以下工作的 Mo 构件可选用铜基或银基钎料; 400~650℃之间工作的电子器件及非结构件,可以使用 Cu-Ag、Au-Ni、Pd-Ni 或 Cu-Ni 等钎料;更高温度 下工作的构件可采用钛基或其他高熔点的纯金属钎料,应注意的是,一般不推荐使用锰基、钴基和镍基钎 料,以避免在钎缝中形成脆性金属间化合物。 Ta 或 Nb 构件在 1000℃以下使用时,可以选用铜基、锰基、钴基、钛基、镍基、金基及钯基针剂,其 中 Cu-Au、Au-Ni、Pd-Ni、Pt-Au_Ni、Cu-Sn 钎料对 Ta 和 Nb 的润湿性及钎缝成型好,接头强度也比较高。 由于银基钎料有使钎焊金属变脆的倾向,应尽可能避免使用。在 1000~1300℃之间使用的构件,钎料应选 用与它们形成无限固液体的纯金属 Ti、V、Zr 或以这些金属为基的合金。使用温度更高时,可选用含 Hf 的钎料。 W、Mo、Ta、Nb 高温钎焊用钎料见表 13。 2、钎焊技术 钎焊前要求特别仔细地消除难熔金属表面的氧化物,可以采用机械打磨、喷砂、超声波清洗,也可以 进行化学清洗。完成清理工序之后要立即进行钎焊。 由于 W 的固有脆性,在构件组装操作中应小心处理 W 零件以免碰断。为了防止形成脆性的碳化钨,应 避免 W 与石墨直接接触。由于焊前加工或焊接而产生的预应力,应在焊前予以消除。W 在温度升高时极易 氧化, 钎焊时要求线℃的温度范围内进行钎焊时, 在 线Pa。 为了提高接头的再熔化温度和使用温度可把钎焊过程和焊后的扩散处理结合起来,例如用 B-Ni68Cr20Si10Fel 钎料在 1180℃下钎焊 。

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