钎焊-教案

第十章钎焊
一、钎焊原理
（一）钎焊的定义
钎焊属于固相连接。

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相线的一种连接方法。

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。

（二）钎焊的分类
按照使用钎料分
软钎焊使用软钎焊(熔点低于450o C的钎料)进行钎焊。

硬钎焊使用硬钎料(熔点高于450o C的钎料)进行钎焊。

高温钎焊钎料熔点>900o C、并且不使用钎剂的钎焊。

按照钎焊的加热方法分
热传导方式加热的钎焊普通烙铁钎焊、火焰钎焊、浸渍钎焊、炉中钎焊等。

电加热方式的钎焊电阻钎焊、感应钎焊、电弧钎焊和电烙铁钎焊。

二、钎焊的特点
(1)钎焊的加热温度比较低。

因此钎焊以后的变形小，容易保证焊件的尺寸精度。

同时，对于焊件母材的组织及性能的影响也比较小。

(2)钎焊接头平整光滑、外形美观。

(3)钎焊工艺可适用于各种金属材料、异种金属、金属、非金属的连接。

(4)可以一次完成多个零件或多条钎缝的钎焊，生产率较高。

(5)可以钎焊极薄或极细的零件，以及粗细、厚薄相差很大的零件。

(6)根据需要可以将某些材料的钎焊接头拆开，经过修整后可以重新钎焊。

(7)钎焊的缺点是：钎焊接头的耐热能力比较差，接头强度比较低，钎焊时表面清理及焊件装配质量要求比较高。

三、钎焊方法简介
（一）火焰钎焊
火焰钎焊是使用可燃气体与氧气(或压缩空气)混合燃烧的火焰进行加热的钎焊，其所用的设备简单、操作方便。

但是这种方法的生产率低、操作技术要求高，适于碳素钢、
铸铁以及铜及其合金等材料的钎焊。

火焰钎焊所用的可燃气体有：乙炔；丙烷、石油气等。

助燃气体有氧气和压缩空气。

（二）电阻钎焊
将焊件直接通以电流或将焊件放在通电的加热板上，利用电阻热进行钎焊的方法。

（三）感应钎焊
感应钎焊是将钎焊件放在感应线圈所产生的交变磁场中，依靠感应电流加热焊件。

感应钎焊设备主要由感应电流发生器和感应圈组成。

感应钎焊时电流频率使用范围较宽，一般可在10～460kHz间选用，可控硅整流高频电源和真空管式高频电源都可用于感应钎焊，感应钎焊的特点是加热快、效率高、可进行局部加热，且容易实现自动化。

（四）浸沾钎焊
浸沾钎焊是将工件局部或整体浸入熔态的高温介质中加热，进行钎焊。

其特点是加热迅速、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工艺。

这种钎焊方法特别适用于大量生产。

浸沾钎焊的缺点是耗电多、熔盐蒸气污染严重、劳动条件差。

分为盐浴钎焊、金属浴钎焊和波峰钎焊。

（五）炉中钎焊
炉中钎焊是将装配好钎料的焊件放在炉中加热并进行钎焊的方法。

其特点是焊件整体加热、焊件变形小、加热速度慢。

且一炉可同时钎焊多个焊件，适于批量生产。

分为空气炉中钎焊、保护气氛炉中钎焊和真空炉中钎焊。

四、钎焊时使用的焊接材料
（一）钎料
对钎料的要求
(1)钎料应具备合适的熔化温度范围，至少应比母材的熔化温度范围低几十度。

(2)在钎焊的温度下，应具有良好的湿润性，以保证充分填满钎缝间隙。

(3)钎料与母材应具有扩散作用，以使其形成牢固的结合。

(4)钎料应具有稳定和均匀的成分，尽量减少钎焊过程中合金元素的损失。

(5)所获得的钎焊接头应符合产品的技术要求，满足力学性能、物理化学性能、使用性能方面的要求。

(6)钎料的经济性好，应尽量少含或不含稀有金属和贵重金属，还应保证钎焊的生产率高。

钎料的分类
按照钎料的熔化温度范围分：软钎料（熔点低于450o C的钎料，如镓基、铋基、铟基、锡基、铅基、镉基、锌基等合金）和硬钎料（熔点高于450o C的钎料，如铝基、镁基、铜基、银基、锰基、金基、钯基、钛基等合金）。

按照钎料的主要合金元素分：锡基、铅基、铝基等。

按照钎焊的钎焊工艺性能分：自钎性钎料、电真空钎料、复合钎料等。

按照钎料的制成形状分：丝、棒、片、箔、粉状或特殊形状等。

（二）钎剂
钎剂的作用清除母材及钎料表面的氧化膜，抑制母材及钎料在钎焊过程中的再氧化，从而改善钎料对被焊材料的润湿作用。

钎剂要起到上述作用，应具有足够的去除母材及钎料表面氧化膜的能力，其熔点及最低活性温度应低于钎料的熔点，并在钎焊温度范围内具有足够的热稳定性及足够的润湿性。

分类
软钎剂松香、胺、有机卤化物、氯化物等
硬钎剂硼砂、硼酸、碱金属和碱土金属的氟化物
五、钎焊操作中的安全与防护
（一）浸沾钎焊
盐浴钎焊时所用的盐类，多含有氯化物、氟化物和氰化物，它们在钎焊加热过程中会严重地挥发出有毒气体。

另外在钎料中又含有挥发性金属，如锌、镉、铍等，这些金属蒸气对人体十分有害，如铍蒸气甚至有剧毒。

在软钎焊中所含的有机溶液蒸发出来的气体对人体也十分有害。

因此，对上述这些有害气体和金属蒸气，必须采取有效的通风措施进行排除。

另外，在浸沾钎焊过程中，特别重要的是必须把浸入盐浴槽中的焊件彻底烘干，不得在焊件上留有水分，否则当浸入盐浴槽时，瞬间即可产生大量蒸气，使溶液飞溅，发生剧烈爆炸，造成严重的火灾和烧伤人体，在向盐浴槽中添加钎剂时，也必须事先把钎剂充分烘干，否则也会引发爆炸。

（二）感应钎焊
高频感应加热电源在工作过程中高频电磁场泄漏严重，对其周围环境构成严重电磁波污染，主要表现为无线电波干扰和对人体健康的危害两个方面，同时污染的强度又和高频电源的功率成正比，所以在进行感应钎焊时，必须对高频电磁场泄漏采取严格的防护措施，以降低对环境和人体的污染，使其达到无害的程度。

1．防高频
生产实践经验表明，对高频加热电源最有效的防护是对其泄漏出来的电磁场进行有效地屏蔽。

通常是采用整体屏蔽，即将高频设备和馈线、感应线圈等都放置在屏蔽室内，操作人员在屏蔽室外进行操作。

屏蔽室的墙壁一般用铝板、铜板或钢板制成，板厚一般为1．2～1.5mm。

操作时对需要观察的部位可装活动门或开窗口，一般用40目(孔径0.45mm)的铜丝屏蔽活动门或窗口。

2．防触电
为了高频加热设备工作安全，要求安装专用地线，接地电阻要小于4欧。

而在设备周围，特别是工人操作位置要铺耐压35kV绝缘橡胶板。

设备检修一般不允许带电操作。

停电检修时，必须切断总电源开关，并用放电棒将各个电容器组放电后，才允许进行检修工作。

3．设备启动操作前检查冷却水系统
只有当水冷系统工作正常时，才允许通电预热振荡管。

（三）炉中钎焊
炉中钎焊包括气体保护炉中钎焊和真空炉中钎焊两种。

常用的保护气体为氢、氩和氮气。

氩、氮气不燃烧，使用时比较安全；氢为易燃易爆气体，使用时要严加注意。

(1)防止氢气爆炸的主要措施有加强通风，除氢气炉操作间整体通风外，设备上方要安装局部排风设施，设备启动前必须先通风，定期检查设备和供气管道是否漏气，若发现漏气必须修复后才能使用。

氢炉启动前，应先向炉内充氮气以排除炉内空气，然后通氢气排氮气，绝对禁止直接通氢气排除炉内空气。

熄炉时也要先通氮气排氢气，然后才可停炉。

密闭氢炉必须安装防爆装置，氢炉旁边应常备氮气瓶，当氢气突然中断供气时应立即通氮气保护炉腔和焊件。

(2)氢气炉操作间内禁止使用明火，电源开关最好用防爆开关，氢炉接地要良好等。

(3)钎焊完毕时，炉内温度降到400℃以下时，才可关闭扩散泵电源，待扩散泵冷却低于70℃时才可关闭机械泵电源，保证钎焊件和炉腔内部不被氧化。

(4)禁止在真空炉中钎焊含有Zn、Mg、Pb、Cd等易蒸发元素的金属或合金，以保持炉内清洁不受污染。

（四）火焰钎焊
火焰钎焊的操作安全与防护参见气焊与气割的有关内容。

（五）通风和对毒物的防护
钎焊时产生的毒物对人体的危害
铍地壳中的质量分数约为6×10-4％，大部分呈分散状态存在。

铍的主要矿物是绿柱石，其次为硅铍石、金绿宝石和日光榴石。

铍是浅灰色有毒金属．密度为 1．588g/cm3，沸点2471℃，熔点1280℃，质轻，性坚硬，耐磨，耐腐蚀，耐高温。

在冶金工业中用于制造耐磨和抗腐蚀的合金，作为飞机、火箭和机械的材料。

在原子能反应堆中作为减速剂和反射剂。

大气中铍的含量很少，在大气平流层中，铍经宇亩线作用可变成放射性同位素。

天然河水中铍的质量分数约为0.09一0.38µg/L。

环境中铍的污染源主要是有色金属采矿场、选矿厂、特种加工厂、机器制造厂、核动力工程等排出的废水。

铍的化合物都有很大的毒性。

铍侵入人体主要途径是呼吸道，也可以从消化道和破损皮肤侵入人体。

主要贮存于肺、肝、肾、骨及淋巴结等处，其排出缓慢，易在体内蓄积。

吸入铍的粉尘或铍的酸烟后可引起咳嗽、气喘、胸痛、呼吸困难等症；直接接触铍尘埃或蒸气可使皮肤产生各种皮炎或鸡眼状溃疡，有剧痛，难愈合，长期接触可引起贫血、白血球减少，吸入氧化铍的粉尘可引起“铍肺”，可使恶性肿瘤发病率升高。

据报道，大鼠经口服硫酸铍，其半致死剂量为82mg/kg，家免口服0.0001mg／kg，可引起骨髓造血机能障碍，淡水中铍质量浓度为0.15mg/L时．可致鱼类死亡；当铍质量浓度为0.5一1.0mg/L时，可使水体中生化作用和微生物繁殖产生强烈的抑制作用。

镉自然界中，镉大多以硫化镉、碳酸镉的形式存在于锌矿中。

镉是一种灰白色金属，不溶于水，密度8．64g/cm3，熔点331．03℃，沸点767℃。

其化合物中，碳酸镉、氢氧化镉、硫化镉等均不溶于水，但硫酸镉、氯化镉和硝酸镉等都溶于水。

镉在加热后易挥发，在空气中迅速氧化变为氧化镉。

环境中镉的主要污染来源是：铅锌矿的开采、选矿和冶炼过程中产生的废水和废气；合金钢的生产和加工过程；电镀镉的生产废水，染料、农药、油漆、玻璃、陶瓷、照像材料等生产和加工过程。

植物吸收富集于土壤中的镉，可使农作物中镉含量增高。

水生动物吸收富集于水中的镉，可使动物体中镉含量升高。

金属镉毒性很低．但其化合物毒性很大。

人体的镉中毒主要是通过消化道与呼吸道摄取被镉污染的水、食物、空气而引起的。

镉在人体积蓄作用，潜伏朗可长达10一30年。

据报道，当水中镉超过0.2mg/L时，居民长期饮水和从食物中摄取含镉物质，可引起“骨痛病”。

动物实验表明，小白鼠最少致死量为50mg／kg，进入人体和温血动物的镉，主要累积在肝、肾、胰腺、甲状腺和骨骼中．使肾脏器官等发生病变，并影响人的正常活动．造成贫血、高血压、神经痛、骨质松软、肾炎和分泌失调等病症。

日本著名的“骨痛病”受害者，开始时是腰、手等关节痛，几年后，转为全身骨痛，不能行动．最后骨骼软化萎缩，自然骨折，在全身疼痛中极为凄惨而死亡。

镉对鱼类和其他水生物也有强烈的毒性作用。

其毒性最大的为可溶性氯化镉，当质量浓度为0.001mg/L时．对鱼类和水生物就能产生致死作用。

氯化镉对农作物生长危害也很大，其临界质量浓度为1.0mg/L，灌溉水中含镉0.04mg/L时可出现明显污染，水中镉质量浓度为
0.1mg/L时，就可抑制水体自净作用。

故对灌溉水质、渔业水质以及地面水水质标准对镉的浓度都有严格规定。

铅铅为灰白色金属，密度为11．3g/cm3，熔点327℃，沸点1470℃，加热至400一500℃时已有大量蒸气逸出，并随温度升高而增多。

铅和氧化铅不溶于水，多数铅盐溶于水。

铅在工业、农业和国防上广泛应用。

环境中铅的主要污染源有铅矿的开采和冶炼；铅的化合物的生产和使用；含铅农药的制造和使用；汽车排出的废气等。

铅及其化合物均有毒性，它是累积性毒物，很容易被胃肠道吸收。

进入血液中的铅，形成可溶性磷酸氢铅或甘油磷酸铅，能迅速被人体组织吸收而分布于肝、肾、肺、脑、胰中，其中以肝、肾浓度较高。

除部分铅可经尿和大便排出外，大部分铅很快离开软组织，以不溶的磷酸铅在骨骼中沉积下来。

因此长期饮用含铅水与呼吸含铅烟尘，可引起慢性铅中毒。

通常表现为贫血、肝炎和腹绞痛与便秘；神经系统上表现为头痛、软弱无力、记忆衰退、四肢疼痛等，严重者可发生铅性脑病。

铅质量浓度为0．1mg/L时，可抑制水体中生物自净作用，对鱼类致死质量浓度为0．1mg/L，对农作物生长亦有抑制作用，农田灌溉最高容许质量浓度为0．1mg/L。

锌以化合物形式广泛分布于自然界，99％以上为闪锌矿。

锌是白色柔软而有光泽的金屑，密度为7.14g／cm3，熔点419.4℃，沸点907℃。

锌及其氧化物不溶于水，氯化锌、硫酸锌、硝酸锌则溶于水。

锌及其盐类在橡胶工业中作为填充剂、活性剂，也用于合金、电池、电镀、漂白等工业。

锌是人体不可缺少的元素，成人每日需l2—16mg，儿童每日需4—6mg。

锌的毒性较低．口服1000mg的硫酸锌才会使人急性中毒，但吸入氧化锌烟尘会引起中毒。

据介绍，氧化锌质量浓度超过5mg/m3(最高达60mg／m3)时，接触2年有68．4％工人发生过“金属热”。

其症状为全身疲乏，肌肉疼痛，呼吸困难、呕吐、腹泻、严重时心脏衰弱、虚脱、痉挛后死亡。

硫酸锌、氯化锌侵入皮肤粘膜时，可产生皮炎和溃疡。

锌对鱼类和水生生物的毒性比对人的毒性大，故渔业水质要求为0.1mg/L。

水中锌质量浓度为l0mg/L时可使水浑浊，4mg/L时产生异味，并明显抑制水体生物氧化作用。

氟化物氟化物常以氟或氟化氢的形式计量。

除地方氟污染区域外，在钢铁厂、磷肥厂、电解铝厂、玻璃陶瓷厂及氟塑料生产厂的空气和排水中均含有氟化物。

氟化物对动、植物及人体均能形成危害。

对植物的影响比二氧化硫大10-100倍，氟在植物中能积蓄，当氟的浓度达到50-100ppm时，植物叶的组织就会坏死。

牲畜饮用含氟高的水和饲料，会引起牙齿、骨骼等病变。

氟化物对人体的危害程度比二氧化硫大20倍，主要是骨骼受害，表现为四肢长骨疼痛，重者骨质疏松，骨质增生或型变，易发生自发性骨折；其次损害皮肤，使皮肤发痒、疼痛、湿疹及各种皮炎。

因此氟化物（换成氟化氢）在居民区大气中最高容许浓度一次测定植为
0.02毫克/米3，日平均浓度值为0.007毫克/米3；车间空气中氟化氢最高容许浓度为1毫克/米3；地面水中最高容许氟浓度为1毫克/升；饮用水中氟浓度不得超过1.0毫克/升，适宜浓度为0.5-1.0毫克/升。

解决以上问题的主要措施就是加强焊接区的通风换气。