钎焊方法及工艺

2、钎焊材料
• 2.1对钎焊材料的基本要求 a) 合适的熔化温度范围，一般比母材的熔化 温度低； b) 在钎焊温度下具有良好的润湿作用，能充 填充接头间隙； c) 与母材的物理、化学作用应保证它们之问 形成牢固的结合； d) 成份稳定尽可能减少钎焊温度下元素的损 耗：少含或不含稀有金属和贵重金属； e) 能满足钎焊接头物理、化学及力学性能等 要求。
3、各种材料的钎焊
• (1)材料的钎焊性 • 是指材料对钎焊加工的适应性，即材料在一定 的钎焊条件下获得优质接头的难易程度。 • 1）钎焊性的好坏首先与材料表面形成的氧化 物成分及其去除的难易程度有关。 • 例如铜和铁表面氧化物的稳定性低容易去除， 故钎焊性好；铬的氧化物稳定性高，不易去除， 含铬的金属必须采用活性大的钎剂或纯度高的 还原性气体才能将其除去。铝的氧化物更难去 除，相对来说，铝的钎焊性就差。
• (3)热固性塑料 • 这类塑料由于内部结构的原因(细网目交 联链状分子结构)在受热时不会变软，一直 处于硬状态，直到破坏，因此不具备可焊 性。从另一角度看，能够进行焊接的塑料， 其材料熔化指数MFI应在某一范围。 • 德国标准DIN53735对此做了规定。在DIN 16776中给出了MFI的分类组别。德国焊接 学会规程2201TI给出了HDPE熔化指数在 005—010时可以焊接，每一种塑料都相对 应一熔化指数(表1)。
• 2）钎焊性的好坏还表现在钎焊加热温度对工 件材料组织及性能的影响上。 例如，硬铝LYl2的固相线温度相当低，目 前还没有合适的钎料使其在硬钎焊时不发生过 烧，故钎焊性差。 • 3）钎焊性的又一重要标志是钎料对它的润湿 作用。 • 多数钎料对铜、钢的润湿作用都比较好，对钼、 钨的差。前者钎焊性好，后者钎焊性差。 • 4）钎焊性好坏又与工件材料同钎料作用后的 产物性能有关。 • 钛和钛合金同大多数钎料作用会在界面区形成 脆性化合物相，故钛的钎焊性差。
• 由于分子结构不同，其材料的强度性能也 不同。
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图2 热塑性塑料的构造
• 热塑性塑料温度升高时开始变软，温度降低 时恢复原有状态，等温度达到热塑性温度后， 则可以进行焊接。这就是说，纤维状分子在 力的作用下产生运动，使材料发生形变成为 可能。冷却后，热塑性塑料就凝固成新的形 状。然而，如果对他重新进行加热，则具有 重新恢复原来形状的趋势(恢复能力)。 • 溶解物质的作用也可以使接头表而达到热塑 性状态，从而使焊接成为可能。 • (2)弹性塑料 • 该类塑料由于内部结构的原因(粗网目交联链 状分子结构)，而不能熔化，不能达到热塑性 状态，故不具备可焊性。
• 4、钎焊的质量控制
• 与熔化焊的质量控制一样，钎焊的质量控制越来越 被各个国家所重视，在欧洲已经颁布了许多相关的 标准和规程，包括钎焊接头的检验，钎焊的工艺评 定，钎焊操作人员的培训及考试认证等方面，本节 仅将相关标准及规程列举如下。
• • • • • • Enl3133(2000) 硬钎焊硬钎焊工的考试 ENl3134(2000) 硬钎焊硬钎焊工艺评定 ENl2797(2000) 硬钎焊焊钎焊接头的破坏性检验 ENl2799(2000) 硬钎焊硬钎焊接头的非破坏性检验 prENl 8279(2003) 硬钎焊接头中的不规则性(缺陷)评定 DVS Richtlinie-1183(2002) 金属材料钎焊培训课程
1、钎焊方法及工艺
IWE-3/1.22-23
• 1.1 钎焊 • 钎焊与熔化焊不同，它是采用液相线温度 比母材固相线温度低的金属材料作钎料， 将母材和钎料加热到钎料熔化，利用液态 钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材溶 解和扩散而实现连接母材的方法。 • 钎焊是一种用于材料连接或材料涂层的热 连接方法，在连接处是通过钎料的熔化或 接触而的扩散作用实现焊接，母材没有达 到熔化温度。
图3 平板钎焊接头形式
图4 管件钎焊接头形式
图5
T型和斜角钎焊接头
图7 管或棒与板的接头形式
图6 端面密封接头
图8 线接触钎焊接头
• ②接头与载荷关系问题 ． • 接头设计时应避免再载荷作用下接头处发 生应力集中，另外在受撕裂、冲击、振动 等载荷作用时也应特别注意接头设计的合 理性。 • 图9列举了一些实例。
• 有关钎剂方面已纳入国家标准的有：
① GB/T15829.1-1995软钎焊用钎剂分类； 标记与包装 ② GB/T15829.2-1995软钎焊用钎剂 树脂类钎剂 ③ GB/T15829.3-1995软钎焊用钎剂 有机物类钎剂 ④ GB/T15829.4-1995软钎焊川钎剂 无机物类钎剂 ⑤ JB/T6045 -1992硬钎焊用钎剂
• (3)钎剂 • 钎剂的主要用途：去除母材和液态钎料表 而上的氧化物，保护母材和钎料在加热过 程中不致进一步氧化以及改善钎料对母材 表面的润湿能力。 • 钎剂应具备以下条件： • ①具有足够的去除母材及钎料表面氧化物 的能力； • ②熔化温度及最低活性温度略低于钎料的 熔化温度； • ③在钎焊温度下具备足够的润湿能力。
• 2.2钎料的分类 （重点） • 两大类： 软钎料 (易熔钎料，熔点低于450℃)； 硬钎料 (难熔钎料，熔点高于450℃) 。 • 软钎料主要包括： 铋基、铟基、．锡基、镉基、锌基和铅 基等钎料。 • 硬钎料主要包括： 铝基、银基、铜基、锰基、镍基、金基、 钯基、镁基、钼基和钛基等钎料。
• 2.3 钎料型号(牌号)表示方法 • (1)相关标准及规定 • （P8/12）
• 塑料的结构是由链状分子构成，或称纤维 状分子。与棉花的网状纤维相类似，是无 序卷绕状。根据分子链的构造，塑料可分 热塑性塑料、弹性塑料(合成橡胶)和热固性 塑料(图1)。
• 在实际中，人们使用的塑料不是纯塑料，而是添加 了些辅助材料，如稳定剂、强化剂和着色剂等。由 此获得特殊性能和降低成本。 • (1) 热塑性塑料 • 通过链分子的“卷绕’’作用，即分子运动的阻碍 作用，塑料在受热时，不象水那样只处于一种固定 的液态形式，而是处于不同状态的变化之中，即： 硬一弹塑料一热塑性，达到热塑性状态，就可焊接。 • 在一定温度下，热塑性塑料可以达到热塑性状态乃 至熔融流动，冷却后，又变成一定的形状。热塑性 塑料加工成型方便，在固体状态也有一定的可塑性， 能象金属一样进行冷加工。由于热塑性塑料具有这 些性能，故适宜于进行二次或多次加工，也可以进 行焊接
1、塑料的类型
• 塑料是一种以高分子量合成树脂为主要成份的人工 合成材料(合成树脂是高分子化合物，也称聚合 物。) • 生产塑料的原料含有碳，如石油、天然气、木材、 煤、乙烷等，则它属有机化学范畴。在这些物质中 存在不饱合键，如单个分子、单体的乙烯、氯乙烯 等。这些单分子、单体的物质可以通过化学反应形 成多分子(也称大分子)多体物质，如聚乙烯(PE)、 聚氯乙烯(PVC)。由单分子结构的物质(大多为气态 或液态)转变成多分子结构的物质这一过程称为聚 合作用。
(2)钎料与母材的相互作用。 这种作用可归为两种： 一种是固态母材向液态钎料的溶解； 另一种是液态钎料向母材的扩散。 这些相互作用对钎焊接头性能影响很大。 • 1.3钎焊方法分类 • 根据所使用的热源来命名及分类， 见表1。
• 1.4典型钎焊方法介绍 • 图2 常用钎焊方法
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图9 受动载或重载荷接头的合理设计或不合理设计（15
• ③开设工艺孔 • 工艺孔是指为满足工艺上的要求而在接头上 开的孔。钎焊时空气受热膨胀空气有可能阻 碍钎料的填隙，也可能使已填满问隙的钎料 重新排列，见图10。
图l0 开设工艺孔示意图
• ④接头间隙 • 间隙的大小在很大程度上影响钎焊接头强 度和钎缝的致密性。 • 由于钎焊是靠毛细力作用使钎料填满间隙 的。 • 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： • 间隙过大，毛细作用减弱，钎料能填满间 隙，也会使接头的致密性变坏，强度下降。
• 在生产实践中， • 银基、铜基、镍基等强度较高的钎焊的接 头，搭接长度通常取为薄件厚度的2~ 3倍； • 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是 15mm。因为此时钎料很难填满问隙，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。
• 又如，低碳钢在炉中钎焊时对保护气氛的 纯度要求较低，而含铝、钛等元素的高温 合金只有在真空钎焊时才能获得良好的钎 焊接头。 • 总之，钎焊性不但取决于材料本身，而且 与钎料、钎剂和钎焊方法有关，故必须根 据具体情况进行评定。 • (2)钎料的选择原则 使用要求； 钎料与母材的互匹配； 经济角度等方面进行全面考虑。 • 表4给出了各种材料组合适用的钎料。
1.6钎焊接头设计 (1)设计原则： ①首先考虑接头强度 ②其次还要考虑组合件的尺寸精度 零件的装配定位； 钎料的安置； 接头问隙等。
• (2)接头设计时应注意的几点 ①搭接长度，它是保证接头与母材具有相 等承载能力的关键。 σb 搭接长度 L= a δ στ 式中：δb——母材的拉接强度(MP a) δ——钎焊接头的拉剪强度(MPa) δ——母材厚度 a——安全参数
• 每种钎料应具有与母材相关的两个特性： 1)钎料的熔点应低于母材的熔点， 2)钎料在母材上必须浸润，也就是说，钎料 和母材之问的分界面间隙通过扩散实现合 金化。 • 工作温度是指在钎焊位置钎料浸润时的条 件下最低的表面温度。 <450℃ >450℃ >900℃ 软钎焊 硬钎焊 高温钎焊
• 焊接与硬钎焊温度分布的比较：
• (3)钎焊接头质量检验 • ①钎焊接头缺陷 a、 填隙不良、部分间隙未被填满； b、 钎缝气孔 ； c、 钎缝夹渣； d、 钎缝开裂 ； e、 母材开裂； f、 钎料流失； g、 母材被溶蚀。 • ②接头检验方法 a、 外观检查； b、 表面缺陷检查； c、 内部缺陷检查：包括X射线和，γ射 线、超声波和致密性检验。
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2.4典型钎料简介 (1)软钎料(熔点低于450*(2的钎料) ① 锡铅钎料 软钎料中应用最广的一种。 高锡铅合金含Sn6 1.9％时，即形成熔点为183℃的 共晶。 • 纯锡加入铅后强度提高，在共品成份附近时强度和 硬度最高，但导电率则随铅量增大而降低。 • 锡铅合金中有时加入锑，用以减轻钎料在液态时的 氧化程度，并提高接头的热稳定性。含锑一般控制 在3％以下，以免钎料发脆。若加入银可使晶粒细 化并提高耐腐蚀性。 • 锡铅钎料工作温度不能太高，当温度高于100％时； 强度急剧下降，含锡高的锡铅料在低温下有冷脆性。 锡铅焊料已纳入国家(GB3131-88)。
• (2)硬钎料 • 硬钎料由于强度高，可用于钎焊受力构件， 应用愈来愈广， • 钎焊钢和铜用的银基钎料和铜基钎料， • 钎焊铝用的铝基钎料等 • 高温场合镍基钎料愈来愈受到人们的重视。
• ①铜基钎料 • 铜基钎料由于其经济性好，在钢、合金钢、 铜和铜合金的钎焊方面获得了广泛的应用。 标准GB64l8-93中将铜基钎粉分为铜，铜锌 和铜磷钎料。 • ②银基钎料 • 银基钎料是应用最广泛的一类硬钎料，由于 熔化温度不很高，能润湿很多金属，并且有 良好的强度、延性、导热性、导电性和抗腐 蚀性。广泛应用于钎焊低碳钢、结构钢、不 锈钢、铜及铜合金、可伐合金、难熔金属等。
• 1.2 钎焊基本原理 • 钎焊的生产过程: 如钎焊前准备、零件装配和 固定、钎焊、钎焊后清理及质量检验等。 • 其中钎焊过程应包括熔态钎料的填充过程及钎 料与母材的相互作用。 (1)熔态钎料的填充过程： 能实现这一过程的必要条件： 钎料的润湿和毛细作用。 影响钎料润湿作用的主要因素： 钎料和母材组成； 钎焊湿度： 母材表面氧化物；母材表面粗糙度； 钎剂。
• 钎料的选择具体从以下几个方面考虑： • ①从使用要求出发，对钎焊接头强度要求不 高和工作温度不高的可用软钎焊， 对要求导电性好的电气零件，应选用含锡量 高的锡铅钎料或含银量高的银基钎料： • ②选择钎料时，应考虑钎料与母材的相互作 用。 • ③选择钎料时还应考虑钎焊加热温度的影响。 • ④钎焊加热方法对钎料选择也有一定的影响。 • ⑤从经济观点出发，