接触反应钎焊和熔钎焊解读

原理：若金属A与B能形成共晶或形成低熔固
熔体，则在A与B接触良好的情况下加热到高 于共晶温度或低熔固熔体熔化温度以上，依 靠A和B的相互扩散，在界面处形成共晶体或 低熔固熔体，从而把A与B连接起来。 特点（1）接触反应钎焊在焊接过程当中无需 钎剂，这样就避免了钎剂对环境的污染，焊 后产品不需清洗，钎缝无化学腐蚀。 （2）接触反应钎焊对环境及焊件表面要 求低、压力小，它避免了常规钎焊工艺中液 态钎料宏观填缝过程引起的“大、小包围” 现象，因此钎缝致密性很高，适合予大面积、 高致密性连接场合。
影响因素
对于铝合金接触反应钎焊而言，加热温度、 保温时间以及压力是三个比较重要的因素。 加热温度：加热温度对于钎焊来讲是一个比 较重要的参数，温度过高或过低都不合适。 温度过低，达不到钎焊的过程，起不了连接 金属的目的；当温度过高时，由于工件加热 过程经历的时间长，会显著增加中间层在加 热过程中向基体中的扩散“损失”量，从而 减少参与反应的总量，最终影响到反应液相 的产生量。如果温度过高，会增大对母材软 化的程度，减小基体的强度。

铝/钢二元合金相图
由于共晶温度不同，铁在铝中的溶解度有很大差异， 共晶温度越低，铁在铝中的溶解度越低。在焊缝中 含微量的铁和铝，冷却过程中会出现金属间化合物 （FeAl3）的晶粒。铁的质量分数达 1.8%时，在 645℃能形成 Al+ FeAl3的共晶体。随着铝中含铁量 的增加，还会出现其他AL和Fe的化合物。其中只有 Fe2AL5在一定温度下能熔化，不溶化的化合物给焊 接带来很大困难。由于铁与铝处于化合物状态，使 焊缝的强度和硬度提高，塑性下降。因此，铝及铝 合金与钢的焊接性较差。 由于铝及铝合金与钢的焊接性较差，故焊接时存在 以下问题
一 ，接触反应钎焊
定义：接触反应钎焊是利用某些异种金属能形成共 晶的特点，在界面接触反应良好且加热至高于共晶 温度的条件下，依靠金属原子间的互扩散在界面处 形成共晶反应液态金属层，随后冷凝结晶，从而把 金属连接起来的方法。 归结而言：接触反应钎焊是一种依靠材料间的 共晶反应所产生的液相合金来实现连接的“自钎料 ”钎焊技术
2）改进加热工艺 高频感应加热的特点是加热速度快, 而快速加热容易 造成刀体内部和外部冷热不均, 很容易造成较大的内 应力, 甚至造成开裂。我们在大量的实践基础上对高 频感应加热工艺进行了改进, 即在加热过程中采取 1～2 次预热, 具体操作是: 将焊接加热时间等分,加热 时, 每到一个等分时间就切断电源停留数秒后重新通 电。这样可以使焊接件内外受热均匀, 减小内应力, 提高焊接质量。 3）钎焊后的处理工艺改进 硬质合金刀具钎焊后之所 以产生裂纹, 主要取决于焊件表面的应力大小及状态。 焊后应力与焊接面积成正比, 当焊接面积较大时, 焊 后保温可以有效减小钎焊刀具的应力状态。


工艺参数：
焊接在真空钎焊炉中进行, 真空度不低于 1×10-3Pa。 试样采用搭接形式, 入炉前经过金相砂纸打磨并用超 声波丙酮清洗。接触反应钎焊工艺参数: 温度 580℃, 保温时间分别为 1、5 和 20Min。为了防止焊接过 程中试样移动, 施加 0.1MPa 的压力。钎焊加热速度 为 45℃/min, 焊接后试样随炉冷却。 针对以上在焊接过程中可能出现的问题，提出以下 改进措施。 1）在不锈钢表面镀镍和银等中间层金属。在温度 580℃的温度下保温1分钟和5分钟，这样镀镍层就 能良好的阻挡AL和Fe原子的相互扩散为AL-Fe化合 物，在短时快速的钎焊条件下完成连接过程。从而 避免脆性金属间化合物的生成, 可以有效提高焊接接 头的性能。
三，以铝合金和不锈钢材料的连接为例，分析采用 接触反应钎焊和熔-钎焊连接的焊接性，并就存在的 主要问题提出具体措施。 1 以铝合金与不锈钢的接触反应钎焊焊接性研究 铝合金以其比强度大、比刚度高、重量轻、耐腐蚀 等一系列特性,又铁与铝既能形成固溶体，金属间化 合物，又能形成共晶体，如下相图示知：

保温时间：对于保温时间，适当延长保温时间 可以增加反应进行的程度，从而增加液相量及 其铺展面积，随着保温时间的延长，钎缝内液 相的厚度逐渐增大，并且温度越高，增长的趋 势就越大。但是随着反应源的消耗，保温时间 的影响会越来越小，直至最后消失，液相铺展 面积将趋于稳定。因此，一味的延长保温时间 并不能促进液相铺展面积的增加。 压重：接触反应钎焊时，对被连接金属加以一 定的压重往往是很重要的。加压的目的是使母 材与钎料形成紧密的接触，以利于பைடு நூலகம்触反应熔 化的进行。压的紧，母材之间的接触点越多， 液相形成的速度越快，接触面上形成的液相越 完全。

(1)Al和Fe相互作用时，易形成一系列金属间化合物， 如FeAl3,Fe2Al7.Fe2AL5等这些化合物使接头变脆。 (2)物理性能相差较大, 常用铝合金的线膨胀系数为 (23～27)10-6/℃, 不锈钢为(12～18) ×10-6/℃, 铝 合金的线膨胀系数比不锈钢大 1 倍左右, 易引发较大 的焊接应力。 (3)Al 具有较强的化学活性, 材料表面极易形成稳定而 致密的氧化膜, 同时焊接过程中因氧化而产生夹杂物, 破坏了接头的连续性。 (4) 焊缝成分不均匀。由于钢和铝的熔点差异与密度差 异均很大，当钢时，液态铝浮在钢液上面，冷却结 晶后焊缝成分不均匀。 由此可见, 采用熔焊等焊接方法直接连接铝合金与不锈 钢是极其困难的。为此选择 以Ni、Ag 为复合镀层, 通过接触反应钎焊连接 6063 铝合金和不锈钢 (1Cr18Ni9Ti)。


工艺特点：与普通电弧熔化焊相比，熔 钎焊电弧热量集中，对簿板及薄壁容器 进行钎焊时变形量很小，焊接热影响区 小，操作方便，节能高效又易于实现自 动化。同时又因其电弧特有的去除氧化 膜作用，带电离子、电子的冲击活化作 用，因此可以克服钎剂对母材的腐蚀副 作用，焊后不用清洗，在生产中得到了 广泛应用。
二，熔钎焊
定义：熔钎焊是利用二种合金熔点相差很大 的特点，在焊接的过程中使低熔点的合金处 于熔化状态，形成熔焊形式的接头；而使高 熔点合金始终保持在固态，形成钎焊形式的 接头，所以熔钎焊接头兼顾熔焊与钎焊两 种 特征，能够实现异种合金有效地高质量地连 接。 熔钎焊是熔点相差较大的异种材料连接的理 想的焊接方法