第九章__钎焊(结题版)ppt课件

.,钎焊,定义：采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、但低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散而实现连接焊件的方法。（9）,钎焊是一种古老的焊接方法。,.,学习建议：钎焊作为一类焊接方法，其应用的范围相对于熔化焊和电阻焊来说比较窄，因此不作为焊接方法学习的重点。因其为独立的一类焊接方法，故此单独成章。对于钎焊，由于热源不同，具体的钎焊方法有很多。本章仅介绍常见典型钎焊的原理、特点和应用场合。由于具体的钎焊方法很多，过程各不相同，所以对钎焊工艺，仅介绍其基本、共通的内容以及钎料、钎剂的大致情况。详细的了解可参考焊接手册“焊接方法与设备”卷。,.,第一节钎焊原理及特点,一、钎焊原理钎焊是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以及在母材间隙中润湿、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的。,点击：参看钎焊过程,.,1、液态金属的填隙原理液体金属能填充接头间隙，必须具备一定的条件，此条件就是润湿作用和毛细作用。,润湿作用润湿液态物体与固态物体接触后相互沾附的现象。可分为浸渍润湿、附着润湿和铺展润湿。,当液体处于自由状态，其将力图保持球形！当液体与固体接触，如果内聚力附着力，液体就不能沾附在固体表面不润湿！,.,当液体的附着力大于其内聚力时，液体就能粘附在固体表面发生润湿作用。,衡量液体对母材润湿能力的大小，可用液相与固相接触时的接触夹角的大小来表示。,.,当cos为正值时，即090，这时液体能润湿固体；当cos为负值时，即90180，这时可认为液体不能润湿固体。,=0表示液体完全润湿固体；=180表示完全不润湿。钎焊时，钎料的润湿角应小于20。,上述液体与固体相互润湿的前提是他们之间无化学反应发生。液体钎料对固态金属的润湿程度可由润湿角、铺展面积S及润湿系数W来表示：W=Scos。,.,液体在两平行板间隙中，其液面高度会相对于板外液面自动上升或下降的现象。,毛细作用,润湿角h液面上升的高度,.,当90、h0，液体沿间隙上升润湿（酒精温度计）。当90、h0，液体沿间隙下降不润湿（水银温度计）。,钎焊时，只有在液态钎料能充分润湿母材的条件下（液面“上升”），钎料才能填满钎缝。,液体沿间隙“上升”的高度与间隙大小2r成反比钎焊接头设计、装配时应使间隙小！液体沿间隙“上升”的速度与成反比应保证足够的钎焊温度和保温时间。,.,在实际生产中，绝大部分钎焊过程是毛细钎焊过程，即钎焊时液态钎料不是单纯地沿固态母材表面铺展，而是流入并填充接头间隙。间隙通常很小，类似毛细管。钎料就是依靠毛细作用而在间隙内流动的。以上结果也是指在液体与固体没有互相作用条件下得到的。,.,影响钎料润湿作用的因素：钎料和母材成分如二者在液态和固态下均无物理化学作用，则润湿作用差。如液态钎料与母材相互溶解或形成化合物，则润湿较好。可通过第三者的作用来改善润湿作用。钎焊温度利于润湿。太高，易使钎料流散、溶蚀或晶粒粗大。表面氧化物妨碍润湿。母材表面状态粗些好。钎剂适当的钎剂有良好作用。,.,在实际填缝过程中，液态钎料与固态金属母材间存在着溶解、扩散作用，致使液态钎料的成分、密度、粘度和熔点都发生变化。液态钎料填缝速度是不均匀的，钎料填缝前沿不整齐、流动路线紊乱将会直接影响钎焊接头质量，形成钎缝不致密，产生夹气、夹渣等缺陷。这些变化都将影响钎料的润湿和填缝作用。,影响钎料毛细填缝的因素:钎料和母材成分、钎焊温度、母材表面氧化物、母材表面粗糙度、钎剂、间隙、钎料与母材的相互作用,.,2、钎料与母材的相互作,钎料与母材的相互作用可以形成下列组织：固溶体化合物共晶体,钎焊时，熔化的钎料在毛细填缝过程中往往还会与母材发生相互物理化学作用。这些作用可以归结为两个方面：母材向钎料的溶解溶解作用对钎焊的影响：利“清理”作用、合金化弊化合物（脆）、填缝性变差、熔蚀钎料组分向母材的扩散,.,钎焊过程的分解,.,二、钎焊方法的分类1、按温度分：软钎焊（soldering）钎料液相线温度低于450；硬钎焊（brazing）钎料液相线温度高于450。某些国家将钎焊温度超过900而又不使用钎剂的钎焊方法（如真空钎焊、气体保护钎焊）称作高温钎焊。,3、按热源分：钎焊方法通常是以所应用的热源来命名的。按热源分类的钎焊方法见P211表9-3或GB/T5185-1985。,2、按反应特点分：毛细钎焊大间隙钎焊反应钎焊,.,钎焊加热温度较低，对母材组织和性能的影响较小；钎焊接头平整光滑，外形美观；焊件变形较小，尤其是采用均匀加热（如炉中钎焊）的钎焊方法，焊件的变形可减小到最低程度，容易保证焊件的尺寸精度；某些钎焊方法一次可焊成几十条或成百条钎缝，生产率高；可以实现异种金属或合金、金属与非金属的连接。,同熔焊方法相比，钎焊具有以下优点：,三、钎焊的特点,.,钎焊接头强度比较低、耐热能力比较差，由于母材与钎料成分相差较大而引起的电化学腐蚀致使耐蚀力较差及对装配要求比较高等。,但是，钎焊也有它本身的缺点：,.,第二节钎焊材料,钎焊材料是钎料和钎剂的总称。,一、钎料1、对钎料的基本要求合适的熔点（比母材的低几十度）；具有良好的润湿性；与母材充分发生溶解、扩散；成分稳定均匀；所得接头满足技术要求；具有经济性（少用稀有金属）；具有安全性（少用有毒及重金属）。,.,2、钎料的分类与编号钎料可按下列三种方法进行分类。按熔点：熔点在450以下的称为软钎料，高于450的称为硬钎料（难熔钎料），高于950的称高温钎料。按化学成：不论软硬，根据组成钎料的主要金属元素，相应称为基钎料，如Ni基钎料等。按钎焊工艺性能：自钎性钎料、真空钎料、复合钎料。钎料按供货要求可制成带、丝、铸条、非晶态箔材、普通箔材、粉末、环状、膏状、含钎剂芯管材（丝材）、药皮钎料、胶带状钎料等。,.,二、钎料型号表示方法,由于历史原因，钎料的编号方法很多，主要有：国家标准GBT6028-1995用型号表示，S表示软钎料，B表示硬钎料如：S-Sn60Pb40Sb、BAg72Cu原机械工业部焊接材料产品样本（1997）用牌号表示如HL1（焊料1）（表9-1）第一位数字表示钎料的化学组成类型，二、三位数字表示同一类型的不同牌号。如：HLAgCu26-4此外，还有电子工业部、化学工业部的老标准，选用时应注意。,.,1、软钎料,Sn基及Pb基软钎料：对铜等多种金属均具有良好的润湿和铺展能力，在电子工业中应用最广泛。Cd基钎料：主要为镉银合金，耐热性、抗腐蚀性能好。Zn基钎料Au基软钎料其他低熔点软钎料。包括：In（铟）基钎料Bi（铋）基钎料Ga（镓）基钎料无铅软钎料,.,硬钎料由于强度相对较高，可用于钎焊受力构件。硬钎料包括：,Ag钎料Cu基钎料AI基钎料Mn基钎料Ni基钎料Au基钎料含Pd钎料真空级钎料,其他钎料。包括：Ti基钎料Fe基钎料Co基钎料Pt基钎料膏状钎料,2、硬钎料,四川省有色冶金研究院之无铅钎料,.,AI基钎料：用于钎焊铝及铝合金Ag基钎料：综合性能优良，可以钎焊各种金属，是应用最广的一类硬钎料。Cu基钎料：铜钎料：钎焊碳钢、低合金钢。铜锌钎料：多种钎焊方法焊多种金属。铜磷钎料：主要用于钎焊铜和铜合金，在电机制造和制冷设备上应用广泛。Ni基钎料：性能优良，可焊多种金属。,扬中市金星焊料有限公司之铜磷钎料,钎焊带,.,三、钎剂钎剂的作用是去除母材和液态钎料表面上的氧化物，保护母材和钎料在加热过程中不被进一步氧化以及改善钎料在母材表面的润湿性能。1、对钎剂的基本要求足够之溶解或破坏表面氧化膜能力；钎焊温度范围内表面张力小、粘度低、流动性好、密度低；熔点低于钎料合适温度；成分及作用稳定（稳定温度100）；产物密度低、易排除；无强烈腐蚀作用、无毒性。,.,2、钎剂的分类钎剂分为软钎剂与硬钎剂两大类、按特殊用途又可再分为铝用钎剂、粉末状钎剂、液体钎剂、气体钎剂、膏状钎剂、免清洗钎剂等。见P214图9-4。,.,水溶性类松香（天然树脂）类非(弱)腐蚀性软钎剂的化学活性比较弱、热稳定性尚好，对母材几乎没有腐蚀性作用，但只有纯松香或加入少量的机脂类的软钎剂属于非腐蚀性，而加入胺类、有机卤化物类的软钎剂，称其为弱腐蚀性软钎更为准确。焊后一般不清洗。松香是最常用的非腐蚀性软钎剂。见P215表9-3。,有机软钎剂（非腐蚀性软钎剂）,3、软钎剂主要分为非腐蚀性钎剂和腐蚀性钎剂两大类。,.,腐蚀性软钎剂由无机酸或（和）无机盐组成。这类钎剂化学活性强、热稳定性好，能有效地去除母材表面的氧化物，促进钎料对母材的润湿，可用于黑色金属和有色金属的钎焊。但残留钎剂对钎焊接头具有强烈的腐蚀性，钎焊后的残留物必须彻底洗净。,无机软钎剂（腐蚀性软钎剂）,氯化锌水溶液是最常用的腐蚀性软钎剂。见P215表9-2。,.,4、硬钎剂硬钎剂指的是在450以上进行钎焊用的钎剂。黑色金属常用的硬钎剂的主要组分是硼砂、硼酸及其混合物为基体，以某些碱（土）金属的氟化物、氟硼酸盐等为添加剂。具有合适的活性温度范围和去除氧化物能力。可钎焊多种金属，焊后残渣应去除。硼砂、硼酸及其混合物的粘度大、活性温度相当高。必须在800以上使用，并且不能去除Cr、Si、Al、Ti等氧化物；残渣难于去除。故只能适用于熔化温度较高的一些钎料，如铜锌钎料来钎焊铜和铜合金、碳钢。,.,铝及铝合金用钎剂近年来，国内外对铝钎焊用钎剂的研究，成果较多，并在生产中得到越来越多的应用。,免清洗软钎剂免清洗钎剂的最大特点是省去了清洗工序，因而减少了与清洗工序相关联的设备、材料、能源和废物处理等方面的费用，有利于降低成本。,各种软硬钎料钎焊熔剂焊材,.,郑州机械研究所钎焊技术材料公司：Http:/,陕西汇融科技有限公司之F系列铜、银钎料用钎剂,深圳威特仕：,.,第三节钎焊方法及工艺,一、钎焊方法,、烙铁钎焊(ironsoldering),特点：温度低应用范围：1、适用于钎焊温度低于300的软钎焊（用锡铅或铅基钎料）2、钎焊薄件、小件需钎剂,.,、火焰钎焊(torchbrazing;torchsoldering)特点：简单灵活、应用广泛应用范围：一般应用中性焰或轻微炭化焰/通用气焊炬或专用钎焊炬（软钎焊也可用喷灯）先加热工件：,1、适用于钎焊某些受焊件形状、尺寸及设备等限制而不能用其它方法钎焊的焊件2、可采用火焰自动钎焊3、可焊接钢、不锈钢、硬质合金、铸铁、铜、银、铝等及其合金4、常用钎料有铜锌、铜磷、银基、铝基及锌铝钎料,.,3、浸渍钎焊(dipbrazing;dipsoldering)（盐浴及金属浴，适合于大批量生产）,.,4、波峰钎焊(flowsoldering;wavesoldering;spraysoldering)（金属浴钎焊的一种变种，主要用于钎焊印刷电路板）,单面波峰钎焊,5、电阻钎焊(resistancebrazing)（加热极快，生产率高）,.,6、感应钎焊(inductionbrazing)（加热迅速，氧化少，主要钎焊比较小的工件）,.,7、炉中钎焊(furnacebrazing;furnacesoldering)（整体加热，变形小，适合于批量生产）,真空钎焊系统,铝钎焊炉,.,8、其它钎焊形式：气相钎焊、接触反应钎焊（contact-reactionbrazing）、超声波钎焊（ultrasonicsoldering）、扩散钎焊（diffusionbrazing）、光学钎焊（lightsoldering；lightbrazing）、（infra-redbrazing；infra-redsoldering）、电弧钎焊等。各种钎焊方法的优缺点及适用范围可参见P219表9-5。,光学钎焊,.,管道高温感应钎焊,.,二、钎焊工艺钎焊生产工艺包括钎焊前工件表面准备、装配、安置钎料、钎焊、钎后处理等各工序。1、钎焊接头设计设计钎焊接头时，首先应考虑接头的强度，其次还要考虑如何保证组合件的尺寸精度、零件的装配定位、钎料的安置、钎焊接头的间隙等工艺问题。钎焊接头大多采用搭接形式。搭接长度可按下式计算：L=b/。在生产实践中，对采用银基、铜基、镍基等强度较高的钎料钎焊接头，搭接长度通常取为薄件厚度的23倍；对用锡铅等软钎料钎焊接头，可取为薄件厚度的45倍，但不希望搭接长度大于15mm。,.,钎焊的各种接头形式,a)平板钎焊的接头形式,1、2、3对接形式4盖板形式5、6搭接形式7双盖板形式8搭接加盖板形式9、10弯边和锁边形式,.,b)T形和斜角钎焊的接头形式,11、22、13、14、T形接头15、16、17、18、19、20、21斜角形式,.,c)管或棒与板的接头形式,26、30较少用27、28、29常用31、32、33多用34、35、36板厚接头,.,d)线接触钎焊的接头形式,37一些典型接头38管状散热器接头39夹层结构接头40蜂窝结构接头,.,e)管件钎焊的接头形式,22内孔径相同23外径相同24外径允许有差别25不能有差别的外径,.,设计钎焊接头时应考虑应力集中问题。接头的工艺性设计包括接头的装配定位、安置钎料、限制钎料流动等。工艺孔是为满足工艺上的要求而在接头上开的孔，这对于密闭窗口尤为重要。密闭窗口必须开工艺孔（2024a）。对于其他接头，为使受热膨胀的空气逸出，也应开设类似的工艺孔。接头间隙间隙的大小在很大的程度上影响钎缝的致密性和接头强度。钎焊温度下常用的接头间隙范围见P220表9-6。用钎剂钎焊时，接头的间隙应选得大一些。,.,钎焊接头的定位方法,a)重力定位b)紧配合c)滚花d)翻边,e)扩口f)旋压g)模锻h)收口,.,i)咬边j)开槽和弯边k)夹紧l)定位销,m)螺钉n)铆接o)点焊,.,2、焊件表面准备钎焊前必须仔细地清除工件表面的氧化物、油脂、脏物及油漆等。有时，钎焊前还必须将零件预先镀覆某种金属层。(1)清除油污油污可用机溶剂去除。常用的有机溶剂有酒精、四氯化碳、汽油、三氯乙烯、二氯乙烷及三氯乙烷等。(2)清除氧化物钎焊前，零件表面的氧化物可用机械方法、化学浸蚀法和电化学浸蚀方法进行。,.,3、装配和固定钎料的放置在各种钎焊方法中，除火焰钎焊和烙铁钎焊外，大多数是将钎料预先安置在接头上的。安置钎料时应尽可能利用钎料的重力作用和间隙的毛细作用来促进钎料填满间隙。膏状钎料应直接涂在钎焊处；粉末状钎料可用粘结剂调合后粘附在接头上。,.,钎料的放置方法,a)环状钎料的放置,1、2环状钎料的合理放置3、4防止沿法兰平面流失的放置5、6钎料紧贴接头的放置7、8接头上开出钎料放置槽,.,b)箔状钎料的放置,P代表施加压力,.,4、涂阻流剂为了防止钎料流失，有时需要涂阻流剂。阻流剂主要是由氧化物与适当的粘接剂组成。钎焊前将糊状阻流剂涂在邻近接头的零件表面上。阻流剂在保护气氛炉中钎焊和真空炉中钎焊中用得很广。,.,5、钎焊工艺参数及确定钎焊过程的主要工艺是钎焊温度和保温时间。钎焊温度通常选为高于钎料液相线温度2560。钎焊保温时间视工件大小、钎料与母材相互作用的剧烈程度而定。过长的保温时间将导致溶蚀等缺陷的发生。加热速度冷却速度,.,6、焊后清洗钎剂残渣大多数对钎焊接头起腐蚀作用，也妨碍对钎缝的检查，常需清除干净。软钎剂松香不会起腐蚀作用，不必清洗。由有机酸及盐组成的钎剂，一般都溶于水，可采用热水洗涤。由无机酸组成的软钎剂溶于水，因此可用热水洗涤。,.,硬钎焊用的硼砂钎剂残渣基本上不溶于水，很难清除，一般用喷砂去除。含氟硼酸钾或氟化镓的硬钎剂（如剂102）残渣可用水煮或在柠檬酸热水中清除。铝用软钎剂残渣可用有机溶剂（例如甲醇）清除。铝用硬钎剂残渣对铝具有很大的腐蚀性，钎焊后必须清除干净。对于有氟化物组成的无腐蚀性铝钎剂。,.,三、常用金属材料的钎焊,1、碳钢和低合金钢的钎焊钎焊特点：氧化物易去除，钎焊性好；钎焊材料：软钎焊多用锡铅钎料，硬钎焊用铜基或银基钎料；钎焊技术：可用火焰钎焊、浸渍钎焊、炉中钎焊、电阻钎焊、保护气氛钎焊和真空钎焊等方法；火焰钎焊时，通常用中性焰或轻度还原性火焰，同时注意避免母材过热，如不要直接加热母材。对于调质钢等，为避免退火，钎焊温度不能过高且应采用加热快的钎焊方法，如感应钎焊、浸渍钎焊等。,.,2、铝及铝合金的钎焊钎焊特点：钎焊性不好，主要表现为氧化物难去除钎料、母材熔点接近热处理强化铝合金接头容易软化颜色无变化。钎焊材料：用铝基钎料、氯化物钎剂、中性或惰性气氛；钎焊技术：直接软钎焊应用很少，多用硬钎焊；可用火焰钎焊、浸渍钎焊、炉中钎焊、保护气氛钎焊和真空钎焊等方法；火焰钎焊时，用汽油压缩空气为宜。,.,3、铜及铜合金的钎焊钎焊特点：铜合金种类很多，钎焊性取决于表面形成的氧化物和加热、冷却过程中材料性能的变化。钎焊材料：软钎焊多用锡铅钎料，硬钎焊按材料不同，选用不同的钎焊材料。钎焊技术：可用火焰钎焊、浸渍钎焊、炉中钎焊、电阻钎焊、感应钎焊等方法；,.,4、工具钢和硬质合金的钎焊钎焊特点：要求接头强度高、质量可靠，接头母材性能不受影响，同时要注意降低焊接应力，防止裂纹。钎焊材料：铜基钎料和银基钎料钎焊技术：可用火焰钎焊、浸渍钎焊、炉中钎焊、电阻钎焊、感应钎焊等方法；可采取如下工艺措施：在钎缝中加入补偿片、加大钎缝间隙等。,.,5、不锈钢的钎焊钎焊特点：表面氧化膜难去除，晶粒容易长大和耐蚀性降低，且所有铬镍不锈钢与液态钎料接触均有应力腐蚀倾向。钎焊材料：软钎焊主要用锡铅钎料+氯化锌盐酸溶液或磷酸溶液；硬钎焊主要用铜基、银基、锰基和镍基钎料。钎焊技术：软钎焊时加热要快，加热温度不能过高；硬钎焊时，用不同的钎料，焊接工艺各不相同。,.,四、钎焊缺陷及防止,1、钎缝的不致密性缺陷气孔夹渣为钎透间隙未填满产生原因（P225表9-7）应对措施：适当增大钎缝间隙采用不等间隙（36不平行间隙）（钎料会定向流动，排除缺陷）,.,、母材的自裂及钎焊