钎焊基础知识

钎焊基础知识:钎剂|钎料

钎焊技术是采用比母材熔点低的材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔化的温度（使母材仍保持为固态），利用液态钎料的润湿作用填充接头间隙，与母材相互扩散实现被焊工件连接的一种方法。与熔焊相比，钎焊的优点是加热温度低、工件变形小、接头平整美观、可连接不同的材料、生产效率高等；缺点是钎焊接头强度低、接头装配要求高，应保证严格的装配间隙。

1．钎焊方法的分类

钎焊接头的质量与所选用的钎焊方法、钎焊材料（钎剂、钎料等）和工艺参数等有关。按照不同的特征和标准，钎焊方法有以下几种分类方法。

①按照所采用钎料的熔点可分为软钎焊和硬钎焊，钎料熔点低于450℃时称为软钎焊，高于450℃时称为硬钎焊。

②按照钎焊温度的高低可分为高温钎焊、中温钎焊和低温钎焊，温度的划分是相对于母材熔点而言。例如，对钢件来说，加热温度高于800℃称为高温钎焊，550～800℃之间称为中温钎焊，加热温度低于550℃称为低温钎焊；但对于铝合金来说，加热温度高于450℃称为高温钎焊，300～450℃之间称为中温钎焊，加热温度低于300℃称为低温钎焊。

③按照热源种类和加热方法的不同可以分为火焰钎焊、炉中钎焊、感应钎焊、电阻钎焊、浸渍钎焊、气相钎焊、烙铁钎焊及超声波钎焊等。

④按照去除母材表面氧化膜的方式可以分为钎剂钎焊、无钎剂钎焊、自钎剂钎焊、气体保护钎焊及真空钎焊等。

⑤按照接头形成的特点可分为毛细钎焊和非毛细钎焊。液态钎料依靠毛细作用填入钎缝的情况称为毛细钎焊；毛细作用在钎焊接头形成过程中不起主要作用的称为非毛细钎焊。接触反应钎焊和扩散钎焊是最典型的非毛细钎焊过程。

⑥按照被连接的母材或钎料的不同可分为铝钎焊、不锈钢钎焊、钛合金钎焊、高温合金钎焊、陶瓷钎焊、复合材料钎焊，以及银钎焊、铜钎焊等。

常用的钎焊方法分类、原理及应用见表1。

2．钎剂的分类及特点

钎焊熔剂（钎剂）是钎焊过程中用的熔剂，与钎料配合使用，是保证钎焊过程顺利进行和获得致密接头不可缺少的。钎剂的作用是清除熔融钎料和母材表面的氧化物，保护钎料及母材表面不被继续氧化，改善钎料对母材的润湿性能，促进界面活化，使其能顺利地实现钎焊过程。钎剂与钎料的合理选用对钎焊接头的质量起关键作用。

2.1 对钎剂的基本要求

a、钎剂的熔点和最低活性温度比钎料低，在活性温度范围内有足够的流动性。在钎料熔化之前钎剂就应熔化并开始起作用，去除钎缝间隙和钎料表面的氧化膜，为液态钎料的铺展润湿创造条件。

b、应具有良好的热稳定性，使钎剂在加热过程中保持其成分和作用稳定不变。一般说来钎剂应具有不小于100℃的热稳定温度范围。

c、能很好地溶解或破坏被钎焊金属和钎料表面的氧化膜。钎剂中各组分的汽化（蒸发）温度比钎焊温度高，以避免钎剂挥发而丧失作用。

d、在钎焊温度范围内钎剂应黏度小、流动性好，能很好地润湿钎焊金属、减少液态钎料的界面张力。

e、熔融钎剂及清除氧化膜后的生成物密度应较小，有利于上浮，呈薄膜层均匀覆盖在钎焊金属表面，有效地隔绝空气，促进钎料润湿和铺展，不致滞留在钎缝中形成夹渣。

f、熔融钎剂残渣不应对钎焊金属和钎缝有强烈的腐蚀作用，钎剂挥发物的毒性小。

2.2 钎剂的分类

钎剂的组成物质主要取决于所要清除氧化物的物理化学性质。构成钎剂的组成物质可以是单一组元（如硼砂、氯化锌等），也可以是多组元系统。多组元系统通常由基体组元、去膜组元和活性组元组成。

钎剂的分类与钎料分类相适应，通常分为软钎剂、硬钎剂、铝用钎剂等，分别适用于不同的场合。各种钎焊熔剂和气体钎剂的分类见表2。

（1）软钎剂

软钎剂是指在450℃以下钎焊用的钎剂，由成膜物质、活化物质、助剂、稀释剂和溶剂等组成，可分为无机软钎剂和有机软钎剂两类。

无机软钎剂具有很高的化学活性，去除氧化物的能力很强，热稳定性好，能促进液态钎料对钎焊金属的润湿，保证钎焊质量。这类钎剂适应钎焊温度范围较宽，但其残渣有强烈的腐蚀作用，故又称为腐蚀性软钎料，钎焊后必须清除干净。无机软钎剂可用于不锈钢、耐热钢、镍基合金等。有机软钎剂有水溶性和天然树脂（松香）之分，对母材几乎没有腐蚀性，故称非腐蚀性软钎剂。常用软钎剂的成分和性能见表3。（2）硬钎剂

硬钎剂是指在450℃以上钎焊用的钎剂。黑色金属常用的硬钎剂的主要组分是硼砂、硼酸及其混合物。为了得到合适的熔点和增强去除氧化物的能力，可以添加各种碱金属或碱土金属的氟化物、氟硼酸盐等。

硼砂（Na2B4O7·10H2O）是单斜类白色透明晶体，易溶于水，加热到200℃以上结晶水可全部蒸发。硼砂应在脱水后使用。硼砂中的硼酐与金属氧化物作用形成易熔的硼酸盐，并进一步分解形成偏硼酸钠与硼酸盐形成熔点更低的混合物，而达到去除氧化物的目的，故可用作钎剂。

常用硬钎剂的成分、特点及用途见表4。其中FB102钎剂是应用最广泛的通用钎剂；FB103钎剂的钎焊温度最低，特别适用于银铜锌镉钎料；FB104钎剂不含KBF4，钎剂不易挥发，在加热速度较慢情况下仍可保持较长时间的活性。

硼砂和硼酸的混合物是应用很广泛的钎剂，但它们的活性温度很高，均在800℃以上，因此也只适合于800℃以上的钎焊，一般只能配合铜基钎料使用。去除氧化物的能力不强，不能去除Cr、Si、Al、Ti等的氧化物，故不能用于钎焊含这些元素的合金钢、不锈钢和高温合金等。这类残渣呈玻璃硬壳状，不溶于水，虽腐蚀性不大，但清除困难。

（3）铝用钎剂

铝表面的氧化膜致密、稳定。钎焊铝及铝合金时必须专门的铝用钎剂。铝合金用钎剂按其使用温度分为铝用软钎剂和铝用硬钎剂两类。铝用软钎剂又分为有机钎剂和反应钎剂，其成分、特点及用途见表5。铝用硬钎剂的基本组成是碱金属及碱土金属的氯化物，其成分、特点及用途见表6。

注：1、钎焊时，焊前应将工件钎焊部分洗刷干净，工件还应预热。

2、钎剂不宜沾得过多，一般薄薄一层即可，焊缝宜一次钎焊完。

3、钎焊后接头必须用热水反复冲洗或煮沸，并在50～80℃的质量分数为2%的酪酐（Cr2O3）溶液中保持15min，再用冷水冲洗，以免发生腐蚀。

（4）气体钎剂