火焰钎焊工艺

火焰钎焊工艺
火焰钎焊工艺
一、火焰钎焊的原理及材料
钎焊是指采用比母材金属熔点低的金属材料做钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料熔点的温度，利用液态钎料,润湿母材金属填充接头间隙，并与母材金属相互扩散实现连接的焊接方法,钎焊可以实现异种金属或合金的连接钎焊接头缺点是强度较低、耐热能力较差和对装配的要求较高。

钎焊按其采用的热源及方法可分为火焰钎焊、炉中钎焊、感应轩焊和真空钎焊等几种,其中以火焰钎焊应用最广。

所以本节主要介绍火焰纤焊。

1.火焰钎焊的原理及特点
火焰钎焊具有设备简单、燃气来源广、灵活性大等特点，火焰钎焊所采用的可燃气体有乙炔、丙烷、液化石油气和煤气等；助燃气体有氧气或压缩空气，不同的混合气体所产生的火焰强度也有所不同，如氧一乙炔焰的最高温度为3150℃,氧一丙烷焰的最高温度为2050℃，氧一液化石油气焰的最高温度为2400℃。

氧一乙炔焰是最常用的火焰，由于火焰温度高，而钎焊所用的温度则低得多，一般使用中性焰和轻微碳化焰，以防止母材金属和钎料过分的氧化，用黄铜钎料时，为在钎料表面形成一层氧化锌以防止的蒸发,可采用轻微氧化焰。

当加热温度不要求太高时，可以用压缩空气代替氧气,用丙烷，液化石油气和煤气代替乙炔。

这些火焰温度比较低，而且避免因用乙炔的火焰对钎剂造成的污染，适于轩焊比较小的工件和铝及铝合金。

在进行火焰钎焊时,将钎剂预先涂在接头表面上或先将钎料棒加热沾以焊剂，并沾到加热了的接头表面。

应用钎料时,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。

钎焊是依靠液态钎料在钎缝间隙内流动,填缝和钎料在填缝过程中与母材相互熔解,扩散而实现连接的。

2.火焰钎焊的钎料
1）对钎料的基本要求
为满足钎煤接头性能和钎焊工艺要求，钎焊应有如下要求：
（1）合适的熔化温度范围:一般情况下钎料熔点应比母材低50℃左右，若接头在高温下工作时，钎料的熔点应高于工作温度。

（2）钎料应具有良好的润湿作用:并且与母材相互扩散熔解的能力以利于填满接头间隙。

（3）钎料与母材在钎焊时的物理化学作用:应保证它们之间形成牢固的结合，并应能够满足对轩焊接头的物理、化学和力学性能要求，如导电性，抗拉强度和抗氧化性等。

（4）钎料成分稳定:尽量减少钎焊温度下元素烧损,少含或不含稀有属金属和贵重金属。

（5）钎料的膨胀系数应与母材相近：以免在钎缝中产生裂纹。

2）火焰钎焊用的钎料
钎料是在钎焊时形成钎缝的填充金属，按其熔点分为两类，其中熔点高于450℃的钎料称为硬钎料，硬钎料一般用于工作温度高和强度要求较高得焊件的钎焊，常用于火焰钎焊，这—类硬钎料主要有铝基银基和铜基等钎料,钎料可制成丝棒片泊等形状，也可以根据需要制成特殊形状。

（1）铝基钎料：它主要以铝硅合金为基体，有时加入铜锌锗等元素以满足工艺性能要求，铝基钎料用来钎焊铝和铝合金。

铝基钎料的化学成分、特点和用途如表11-9所列。

（2）银基钎料:它是银、铜或银、铜、锌的合金，有时加入少量的镉、镍、锰、锂等元素以满足不同的钎焊工艺要求。

银基钎料是一种应用最为广泛的硬钎料的一种，能较好地润湿金属，广泛应用于钎焊低碳钢、结构钢、不锈钢、铜及铜合金耐热合金和硬
质合金等。

银基钎料的化学成分和主要性能如表11-10所列。

（3）铜锌钎料：由于其经济性好，在钢合金、铜合金的钎焊方面获得了广泛地应用，铜基钎料常用的有铜、锌、铜磷和铜锗材料，另外还有用于高温工作的铜基钎料。

铜锌钎料这种钎料的机械性能和熔点与锌的含量有关，它具有较好的抗腐蚀性能，配合钎剂可以钎焊钢，含锌最较少的黄铜，钢及铸铁等,铜锌轩料的成分性能及用途。

铜磷钎料是Cu-P和Cu-P-Ag的合金为基体的钎料,主要用于钎焊铜和黄铜，铜磷钎料不能用于钎焊焊钢，镍合金和含镍盘不超过10%的铜镍合金，它不能钎焊黑色金属,不能润湿黑色金属表面，并且在钎缝靠黑色基体的边界处易产生脆性的磷化铁，使钎焊缝为之变脆，在钎焊铜时可以不加焊剂，并接头具有较好的抗腐蚀性和较好导电性,价格也较低。

铜磷钎料的化学成分特性如表11-11所列。

3.火焰钎焊的钎剂
钎剂是指钎焊时所用的熔剂，它的作用是清除轩料母材表面上的氧化物，并且保护焊件和液态钎料在钎焊过程中免于氧化，从而改善液态钎料对焊件的润湿性。

钎剂可分为软钎剂、硬钎剂、铝用钎剂和气体钎剂等几种。

火焰钎焊采用的是硬钎剂，在使用铜锌钎料时常用的材料以硼砂为主,银钎剂与银钎料配合，主要用于钎焊铜及合金，钢及不锈钢等。

由于在钎焊不锈钢和耐热钢时表面有较难去除的钛铬等氧化物薄膜，因而在钎焊中须加入具有去膜能力更强的氟化物和硼化物,而铝的氧化膜致密而稳定,则钎焊铝和铝合金时，须采用专用钎剂,常用的硬钎剂的组成成分和用途如表11-12、表11-13所列。

二、火焰钎焊接头的形式
1.钎焊接头的基本形式
用钎焊作为连接结构时，由于钎焊缝隙钎的强度一般比母材低，若采用对接的钎焊接头，则接头强度比母材的性能差，因而对接接头不能保证接头处具有与母材相等的承载能力，所以钎焊接头大多采用搭接形式，它可以通过改变搭接长度达到钎焊与母材的强度,为了保证搭接接头与母材具有相同的承载能力，搭接长度可按如下公式计算：
式中L——搭接长度（mm）;
σb——母材抗拉强度（MPa）;
Τb——钎焊接头的抗剪强度（MPa）;
δ——母材厚度（mm）;
α——安全系数。

式中L——搭接长度（mm）;
σ——母材抗拉强度（MPa）; .
Τb——钎焊接头的抗剪强度（MPa）;
δ——母材厚度（mm）;
α——安全系数。

在实际生产中，对采用银基、铜基、镍基等强度较高得钎焊接头时，搭焊板长度一般采用薄件厚度的2倍~3倍,但搭接长度不应大于15mm,因为此时钎焊材料很难填满钎焊的间隙，往往形成大量缺陷。

由于焊件的不同，搭接接头可分为平板接头、管件接头、T形和斜角接头、端面接头和管料或棒料与板的接头。

1）平板接头
平板钎焊接头形式如图11-20所示，图（a）、（b）、（c）为平板对接的几种形式，当要求两个被焊件钎焊过程结束后，表面平齐,而又能有一定的负载量时，可采用图（b）、（c）的接头形式，图中的其他接头分别为搭接头和搭接头或对接头的混合形式,随着钎焊面积的增大，接头的负载能力也相应提高；图是锁边接头，它主要适用于薄焊件。

2）管件接头
管件钎焊接头形式如图11-21所示，当要求两被焊件的内孔径相同可采用图中（a）的接头形式，当要求被焊件的外孔径相同时可采用图中（b）的接头形式，当对被焊件的内外孔径没有要求时可采用图中（b）、（c）的接头形式。

3）T形与斜角接头
T形和斜角钎焊接头形式如图11-22所示，对于T形接头为增加搭接面积，可将图（a）、（b）的接头形式改为图中（c）、（d）的接头形式,对于斜角接头可将图（e）、（f）的接头形式改为图中（g）、（h）的接头形式图中（i）、（j）的搭接面积更大，图中（k）的接头形式主要用于钎焊薄板。

4）端面接头
如图11-23所示，可作为承压密封接头，具有较大的钎焊面积，也可减小发生泄漏的可能。

5）管料或棒料与板的接头
管或棒与板的接头形式如图11-24所示，图中（a）的接头形式是管接头，但可用（b）的接头形式所代替，图中（c）的接头形式常用（d）、（d）、（f）接头形式所代替,钎焊厚板时采用（h）、（i）、（j）的接头型式。

2.钎焊接头形式的设计
1）避免产生应力集中
钎焊接头的设计原则是不应使焊接接头的边缘处产生过大的应力集中，而且应将较大的应力转移到母材上去，尤其是接头受重载荷或大应力时，应力集中问题更为明显，如图11-25所示，图中（a）、（b）所示为受撕裂作用的接头，可局部加厚薄件的接头部，使应力集中点发生在板材而不是钎焊缝边缘。

图中（c）所示的接头形式当载荷大时，不应用钎缝圆角来承受应力集中，应在零件的本身的拐角处安排过渡
圆角，使应力通过母材上的圆角形式适当地分布。

图（d）所示的接头形式，为了增强承载能力一方面是增大钎缝的面积，另一方面是尽量使受力方向垂直于钎焊缝面，图中（e）所示是轴和盘的接头，可在盘的连接处做成圆角，以减小应力集中。

2）接头的工艺性设计
它包括接头的装配定位，安置钎焊料，限制钎料流动等。

另外有开设工艺孔的问题，由于在钎焊时容器内的空气受热膨胀的影响,从而阻碍了钎料的填隙过程，甚至有可能使已填满的间隙钎料重新排出，形成不致密的缺陷，这个对密封的容器更为重要，对于其他相似的接头形式也可采用开工艺孔的方法，使热膨胀的空气溢出，如图11-26所示。

3）接头间隙
它的大小是直接影响到钎焊缝隙致密性和焊接的强度,并在一定的范围内减少钎焊间隙，可以提高钎焊缝的致密性,但钎焊接头间隙过小，会因钎料填充困难而使致密性下降，若间隙过大,会因缝隙的毛细作用减
弱而钎料不能填满钎焊缝，使其致密性降低，导致接头强度的下降。

接头间隙的选择与下列因素有关：
（1）用钎剂钎焊时，接头间隙应选择大些,主要因素是接头间隙太小时，熔化的钎料难以将钎剂排出间隙,从而形成夹渣。

（2）若母材与钎料的相互作用时,间隙一般可取小些,如用铜基钎料焊钎或不锈钢时就是这种情况,若母材与钎料相互作用强烈，如铜铝基材料钎焊招时，间隙应稍大些,因为母材的熔化会使钎料熔点提高，流动性降低。

（3）流动性好的钎剂接头间隙应小些，而结晶间隙大的钎剂流动性大,接头间除可以大些。

（4）垂直位置的接头，间隙应小些,以免钎剂流动,水平位置的接头间隙可以大些,搭接长度大，接头间隙应大。

三、火焰钎焊操作工艺
1.工件表面的准备工作
钎焊前必须仔细地清除工作表面的氧化物和油脂等赃物,否则熔化了的钎料不能涂在未经清理的被焊件表面，也无法填焊缝的间隙。

清理方法如下两种：
(1) 清除油污可以用有机熔剂清除油污，常用的有机溶剂有酒精、丙酮和汽油等几种，而对于形状复杂而数量很大的小零件，也可在专门的槽内用超声波清洗。

(2) 清除氧化物,焊件表面的锈斑氧化物通常用锉刀、砂布、砂轮等方法去清除,但应注意的是在使用砂布等物清理时，不要使砂粒残留的接合面上。

铝和铝合金、钛合金的表面不宜用锉刀，砂布等机械清理表面氧化物的方法。

对大于批量生产及必须快速清除氧化膜的场合，可采用电化学浸蚀的方法。

使用化学浸蚀的方法要防止焊件表面腐蚀过度，经化学浸蚀或电化学浸蚀后,还应进行光亮和中和处理。

随后,在冷水或热水中洗净,并加以干燥,接合面处理好后，不得再用手摸清理后接头，还应尽快进行钎焊焊接，以免处理过的焊件接头再次发生氧化。

2.钎料与钎焊剂的选择
火焰钎焊时，应根据钎焊接头的母材金属的种类来选择合适的钎料和钎剂，在对钎料进行选择时，应考虑钎焊接头的使用温度和强度等要求，同时还应考虑焊接接头的耐腐蚀性及导电性。

钎料对母材的润湿性及钎料与母材金属的作用等,在选择钎剂时,不仅应考虑钎焊母材金属的种类，还应考虑其钎料的类型和钎焊方法等，常用的金属火焰钎焊时所选用的钎料和钎剂如表11-14所列。

3.装配和固定被焊件
在进行钎焊前应对工件进行装配和定位，并确保它们之间的相对位置和接头间隙的准确性。

对于尺寸结构均简单、较小的焊件可采用螺丝，铆钉、扩口、施压、收口、点焊和熔焊等方法将其固定，紧配合主要适用于铜钎料和钎焊钢、点焊和熔焊其固定既简单又迅速,但是在定位点上急易发生氧化，其他固定方法比较麻烦，但比较可靠，可视具体情况而定。

4.火焰钎焊的操作技术
（1）选用轻微碳化焰的外焰加热焊件,焊枪的焰芯距焊件表面应有15mm-20mm的距离，以增大加热面积。

（2）当钎焊处于接近钎料的熔化温度时，可立即涂上钎剂，并用外焰加热使其熔化。

（3）当钎剂熔化后，立即使钎料与被加热到钎焊温度的焊件接触，熔化并使其渗入到焊缝中，当液状钎料流入焊缝后,火焰的焰芯与焊件的距离应加大到35mm~40mm的距离，以防止钎料过热。

（4）为了增加母材和钎料之间的熔解和扩散能力，应适当地提高钎焊温度，若温度过高会引起钎焊接头损坏其合金元素，使焊缝接头处的力学性能降低，则钎焊温度通常—般应控制在高于钎料熔点35℃左右为宜,同时还应根据焊件的尺寸大小，适当控制加热维持时间。

（5）钎焊后应迅速将轩剂和熔渣清除干净,以防腐蚀对于钎焊易出裂纹的现象，钎焊后也应立即进行保温缓冷或低温回火处理。