钎焊技术详细

铝钎焊技术简介

钎焊定义：用比母材熔点低的金属材料作为钎料，用液态钎料润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散的焊接方法。

钎焊时只有钎料熔化而母材保持固态，这就要求钎料的熔点低于母材的熔点，其成分亦有差别。熔化的钎料依靠润湿和毛细作用吸入并保持在母材间隙内，液态钎料与固态母材间的相互扩散形成冶金结合。

一般来说，钎焊作业要使用焊料和焊剂，使用的焊料熔点在450℃以下的称为焊锡（锡和铅的合金），温度在其以上者称为钎焊（BRAZING），另外，利用高分子的媒介的接合称为熔接（BONDING）,和钎焊加以区别。

铝钎焊介绍：

铝的钎焊始于二十世纪三十年代初。如今已有许多种不同的钎焊技术被采用。在钎焊装置中，气氛炉钎焊，真空钎焊和浸渍钎焊占了很大部分。

铝钎焊特点：为了使钎焊成功,钎焊焊接处表面必须干净且在钎焊温度时,该表面不能有任何氧化。铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。（如超过250℃，铝表面会形成高温氧化物，这些氧化物很难被Noclok钎剂去除）氧化膜阻碍钎料的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。焊接时应清除其表面氧化膜。（焊剂与氧化物反应并同时取代氧化物，从而避免焊件与炉子内的空气接触，这样钎料熔化并通过毛细管作用被拉至焊缝中。）

正如在油垢的表面上浇水由于表面张力的作用会形成水滴一样，在氧化膜上面进行钎焊，钎焊材料也无法均匀地和基础金属材料（母材）结合，所以会形成不良的钎焊面。

铝材的钎焊只能采用以下的化学方法和物理方法。

铝钎焊的方法主从次序依次是FB→VB→NB，物理性还原方法VB法和VAW法无需进行焊剂的涂布。但是VB法的缺点是还原不够彻底，残留一部分氧化物，再有就是为了强化铝材添加的镁在真空状态下随还原反应分解使之不耐腐蚀。另外，VAW法的介质气体需使用D.P(露点)-70℃,含氧量为6-8ppm的氮气，较难做到。而且日后涂装以前必须进行金属表面处理。

另一种是化学性还原方法，FB法和 NB法最大的不同之处在于焊剂的种类不同，FB法使用的是氯化物的焊剂（ZnCl2,LiCl2）盐基不仅腐蚀基础材料（基材）而且还会引发环境污染等公害问题。所以，后续的清洗作业是不可缺少的。而且在涂装以前一定要进行表面处理。与此相比较NB法使用的是氟化物的焊剂（KAlF4）,无需进行钎焊后的清洗，而且耐腐蚀性很强，涂装时也无需进行表面处理，虽然和FB法同样焊剂会污染设备，设备自身的腐蚀比氯化物要小一些（炉的寿命FB=1/2年，NB=5-6年）。只不过焊剂中的氟（F）和基础金属材料（母材）中的镁(Mg)反应生成的MgF2会影响钎焊的质量，所以Mg在基础金属材料中的含量需在1%以下。另外的缺欠就是焊剂的残留问题。然而这种方法有许多优点，所以在热交换器的钎焊中NB炉仍然是主流。

注：[所谓NB法] NB是“NOCOLOK (NON COLOSION[非吸湿性]BRAZING[钎焊]”的省略语，“NOKOLOK”的名称是美国ALCA公司的专利名称（专利只限于焊剂）。

铝钎焊材料由包在芯体合金（AA3003）的一面或两面的铝硅合金薄层组成。低熔点的铝硅合金则在钎焊过程中熔化流动，在冷却后在要连接的组件之间形成冶金结合。

芯体合金：NOCOLOK钎焊要求母材固相线温度不低于615℃，同时由于钎剂对合金表面的MgO的溶解有一定的限度，且Mg和MgO与钎剂反应生成MgF2，使得钎剂熔点升高失去活性，故要求Mg含量不超过1％（最好不超过0.5％）。因此适合NOCOLOK钎焊的铝合金有工业纯铝和Mg含量较低的Al－Mn合金（如

AA3003、AA3102、AA3005、AA3105等）和Al－Mg－Si合金（如AA6063、AA6951等）。AA3003是传统的对汽车热交换器均可考虑的合金，它可用于所有的钎焊方法。

注：大多数的铝合金均能钎焊但不能利用所有的钎焊技术，主要分保护性气氛钎焊（CAB），即通常所说的NB钎焊，和真空钎焊（VB）的合金如何选择。对空气炉钎焊，合金的选用可以和CAB的一样。

AA3003是传统的对汽车热交换器均可考虑的合金，它可用于所有的钎焊方法。为了获得更高的强度，真空钎焊用AA3005合金，时效强化合金AA6060、AA6063、AA6951也可用于真空钎焊。为使6000系列的合金有可能时效强化，钎焊后的冷却速度必须很快。为使时效后强度最高，在400℃到200℃温度区间内，冷却速率必须为＞1℃／sce。

5000系列合金亦可用于VB钎焊，采用焊剂钎焊处理这系列合金比较困难，当合金含Mg量高时焊剂不能除去氧化物。对NB（CAB）钎焊，客观上Mg含量限制在0.4％左右。对其他含Mg合金如6000系列事实也是如此。

1000、2000和7000系列合金比较少用于钎焊。1000系列以及低合金成份的其它两系列的焊后强度比较低。当合金成份高时其钎焊熔点就偏低而不能提供良好的钎焊。

主要铝硅合金（铝钎焊中的钎料）：4000系列

填料合金是4000系列，该系列合金的熔化温度接近600℃，含7－13％的Si。对于真空钎焊（VB），加入1.2％Mg。为了在VB钎焊时填料有比较好的湿润性和流动性可多加0.1％的铋。

作为参考，NB钎焊的材料中如果不含镁的材料：焊剂的涂布量为2g/m2左右（氧气浓度在50ppm左右）如果镁含量为0.2－0.25g/m2的材料：焊剂的涂布量为6－8g/m2左右（氧气浓度在50ppm左右）

如果镁（Mg）的含量在2g/m2以上时则不能进行NB钎焊。

采用保护性气氛钎焊（CAB）钎焊方法时，厚壁部件的升温比薄壁部件的升温明显要慢，故用于热交换器的不同部件的合金要有不同的Si含量。由于Si含量增加时，合金熔点降低，故对不同部件，应选用不同的Si含量，以使填料、金属几乎在同一时间熔化。填料大约在熔化区间的最低与最高温度的中点温度时开