钎焊工艺手册

PAGE1PAGE22NOCOLOK钎剂钎焊技术手册苏威氟及衍生物有限公司保密协议本手册包括内部所收录的资料，属于苏威氟及衍生物有限公司专有并对外保密。在没有得到苏威氟及衍生物有限公司的明确书面许可，本手册的使用者不得复制，复印或转述（转载）全部或部分的内容，也不能以任何的形式提供给任何的第三方。在苏威氟及衍生物有限公司的要求下，使用者必须马上归还本手册。 P．4第1节介绍P．7第3节重要的生产控制步骤及特性P．541-1目的P．7i.）装配间隙P．541-2历史回顾P．8ii.）夹具P．56iii.）钎料金属的控制P．62第2节钎焊工艺P．9iv.）钎焊修复P．712-1导言P．9v.）钎焊后钎剂残余物特性P．722-2工艺回顾P．10a.）残余物厚度P．722-3钎剂的任务P．12b.）硬度P．722-4钎剂的种类P．13c.）附着性P．722-5铝合金P．14d.）湿润性P．72i.）概述P．14e.）抗腐蚀性P．73ii.）合金添加成分的影响P．18f.）可溶性P．73a.）镁P．18g.）钎焊后气味P．73b.）锌P．19h.）钎焊后处理P．73c.）硅P．19vi..）钎剂残余物对冷却器的影响P．75d.）其它添加的合金成分P．19vii.）钎剂残余物对制冷剂的影响P．752-6清洗部件（湿润性）P．20viii.）钎剂残余物对压缩机油稳定性的影响P．76i.）碱性溶液清洗P．21第4节腐蚀P．77ii.）化学清洗P．22i.）加速腐蚀试验P．77iii.）加热清洗P．23ii.）腐蚀保护P．77iv.）钎剂悬浮液中表面活性剂的添加P．24第5节环保细则P．822-7钎剂的添加P．25i.）概述P．25第6节金相学技术P．83ii.）钎剂悬浮液的准备P．256-1样品镶嵌P．83iii.）钎剂附着量P．286-2打磨和抛光P．84iv.）钎剂悬浮液使用概述P．296-3铝合金的浸蚀P．85v.）其它钎剂添加技术P．30i.）显微结构的常规浸蚀P．852-8干燥/脱水P．32ii.）决定晶粒尺寸的浸蚀P．852-9钎焊P．34a.）放大检验P．85i.）炉中钎焊P．34b.）显微检验P．86a.）可控气氛（CAB）隧道炉P．36b.）强制对流炉P．41第7节保健与安全P．87c.）间歇炉P．427-1概述P．87ii.）火焰焊接P．437-2NOCOLOK钎剂警示标志P．88a.）手工火焰焊接P．447-3苏威NOCOLOK钎剂安全数据表P．88b.）使用转盘和传送带进行火焰焊接P．52iii.）感应焊接P．53第8节参考文献P．89P．7第1节：介绍1-1：目的该手册就NOCOLOK钎剂钎焊工艺提供了实践指引以及基本信息。在1978年末发展起来的工艺的基础上，该种简单的无腐蚀焊剂，NOCOLOK钎剂钎焊，已被世界各地的许多公司商品化地使用。汽车热交换器，空调，电气电阻加热元件，散热片以及冰箱元件装置等的生产，也仅仅是其应用产品领域的一部分。德国苏威氟及衍生物有限公司向其用户提供该本手册的专有使用权，并根据客户的要求向客户提供帮助，以便能使客户有效地应用本手册中提及的专业技能。咨询地址如下：德国苏威氟及衍生物有限公司德国汉诺威D-30173汉斯-波克大街20号电话：0049-511-857-0传真：0049-511-857-2146NOCOLOK是加拿大铝业有限公司的注册商标。该手册的使用者都将被假定为熟知铝钎焊的基本工艺，若非如此，应先仔细阅读第8-1节，8-2节及8-3节。P．81-2历史回顾最早期的铝部件钎焊采用氯化物钎焊。钎焊采用火焰焊接并只能形成简单的接头。该种工艺在焊接后所形成的一层吸水的腐蚀性氯化钠残余物，必须立即被温水清除。稍后，更为复杂的钎焊部件引入了盐浴焊接工艺，即将部件浸入约为600C的熔融氯化盐槽罐中进行焊接。该种工艺的优点在于加热速率快，可钎焊高强度铝镁合金。然而，这使对较复杂的部件钎焊后残留的氯化盐残余物更难于去除，并更经常要求额外的步骤如化学中和和浸洗。由于加热速率及冷却较快，使得一些部件出现变形以及出现队列问题。该种工艺采用分批方法生产，因而并不是非常适合大批量的生产。为提高生产效率，采用了添加氯化物焊剂的连续隧道炉以及通进气氛的工艺进行生产。氯化物钎剂的用量约需150-300克/米2。钎焊后残余物仍需去除，而且由于氯化物的缘故，炉子所经受的腐蚀非常严重。采用氮气替代空气可减少对氯化物焊剂的用量。但是钎焊后残余物必须清除以及炉子受到腐蚀成为其广泛的障碍。在20世纪70年代，出现真空钎焊工艺。该种工艺利用了镁的扩散现象以及易于从铝镁合金中挥发并刺穿其表面的氧化膜，使钎料金属流动的特性。该种工艺消除了氯化物钎焊后残余物清除的必要性，但对钎焊部件的表面洁净度及炉内气氛要求更为严格。因此，钎焊工艺研究的注意力又重新回到了钎剂钎焊工艺上。在20世纪70年代末，适合于小批量或大批量生产钎焊部件的氟铝酸钾钎剂被研制开发出来了。该种钎剂以NOCOLOK商标进行市场推广。由于该钎剂是氟化物，而非氯化物，因而对钎焊前或钎焊后的腐蚀问题的担忧得以消除。此外，当需要较高的生产效率时，可采用一个相对简单的连续隧道炉，通入氮气进行钎焊生产。若本文中推荐的条件或准则得以贯彻，与使用氯化物焊剂钎焊相比，炉体的腐蚀应能减少到最低。P．9第2节钎焊工艺2-1导言本手册所阐述的内容将有助于苏威NOCOLOK钎剂的用户理解能成功实现和运行NOCOLOK钎剂钎焊生产配置的所必须的多种依据。手册内的信息并不被认为包含所有的信息，并再次阐明某些钎焊工艺上的缺憾并不包括在本手册内。覆盖的范围如下：章节主题第2节钎焊工艺2-1导言2-2工艺回顾2-3钎剂的任务2-4钎剂的种类2-5铝合金2-6清洗部件（湿润性）2-7钎剂的添加2-8干燥/脱水2-9钎焊i.）炉中钎焊ii.）火焰焊接iii.）感应焊接第3节重要的产品控制步骤及特性i.）部件的间隙ii.）夹具iii.）钎料金属的控制iv.）钎焊修复v.）钎焊后钎剂残余物特性P．102-2工艺回顾NOCOLOK钎剂钎焊工艺采用了一种无腐蚀的钎剂。这种NOCOLOK钎剂是一种氟铝酸钾的混合物（如图2-1）。钎剂的成分经过连续的控制以便能达到一个接近共晶点（565C）的熔点。钎剂的熔点范围约为565-572C。一旦液态钎剂熔融，溶解部件表面的氧化膜，随后钎料金属熔融（577C）。钎料金属熔融并通过毛细作用流入到接头。当部件冷却后，钎料金属凝结并形成金相接头。钎剂仅微溶于水，其悬浮液状时也较易控制，钎剂本身无腐蚀性，使用期长。按推荐的钎剂附着量使用时，该种钎焊工艺会产生一层1-2微米厚，依附性强而无腐蚀性的残余物，该残余物无须去除即可在其表面喷涂。若残余物较厚，据报道会影响导电性能以及油漆的附着。钎焊设备是相对简单的需投入的资金较少。通过自动化应用以及采取以下设施，可提高抗腐蚀性：。钎焊前在非复合（包复）部件表面电弧喷锌。在包复层或芯合金当中的锌会使之起到牺牲保护作用。采用长寿命合金苏威的NOCOLOK钎剂几乎适合各种铝合金。而含镁量超过0.5%的合金不适合于炉中钎焊（见2-5，a）。钎剂以水或乙醇配兑成悬浮液，钎剂膏又或者以静电喷涂的方式添加到部件上。当采用炉中钎焊时，部件添加钎剂悬浮液后必须经过完全的烘干后才能进入钎焊炉。采用炉中钎焊，产品在氮气气氛中被加热至将近600C，然后被冷却。P．11采用NOCOLOK钎剂进行的火焰焊接在空气中进行，而采用NOCOLOK钎剂进行感应钎焊则在空气或氮气中均可进行。NOCOLOK钎剂是在液相氢氧化铝中生产的，如生产流程图2-2所示，氟化氢和氢氧化钾是钎剂的生产原料。精确的工艺限量以及多种质量控制程序（加铝标准）生产出的钎剂具有最好的质量和高度的稳定性。钎剂以干粉的形式经不同的包装和按不同的数量运送到用户手上。随着对NOCOLOK钎剂钎焊技术的需求不断提升，苏威已在扩展对用户提供的支持和服务。。在德国汉诺威，苏威公司能就所有规格的产品进行NOCOLOK钎焊技术的演示；。提供样品开发的协助；。就对NOCOLOK钎剂钎焊的有效产品设计提供咨询；。可用于小批量工件焊接和培训用的火焰焊接工作台；。在汉诺威或用户工厂进行NOCOLOK钎剂钎焊培训讲座；。可进行加速腐蚀试验。腐蚀测试能够决定合金元素调整和生产程序的影响并评价防腐蚀的工艺。P．122-3钎剂的任务铝在空气中能瞬时氧化。氧化膜又能阻止钎料金属的流动，也就是熔融的钎料被氧化膜所包复，不能湿润表面或被毛细作用拉动到接头部位。钎剂的任务就是在于：。置换或溶解表面的氧化膜；。阻止下层未曾氧化的铝金属进一步被氧化；。降低钎料金属表面张力，加强钎料金属流动；。提高母材金属的湿润性。图2-1KF-AlF3相图P．13图2-2NOCOLOK钎剂生产工艺流程图钎剂的种类最常用的钎剂有氯化物钎剂和氟化物钎剂。在钎焊前和钎焊后环境中，氯化物钎剂被认为是有腐蚀性的，而氟化物钎剂则不具腐蚀性。氯化物钎剂的钎焊后残余物可通过水洗或化学清洗去除，但费用昂贵。当采用推荐的条件时，氟化物钎剂钎焊后残余物紧紧依附于铝部件的表面，不易溶解，并仅能以机械方式擦除。报道表明氯化物钎剂的工作机理是通过穿透氧化膜较弱的部位，并同时打碎氧化膜与铝的结合层（文献8-5）。在氯化物钎剂的基础上添加少量的氟化物（如氯化钠，氟化钾，氟化锂）也可溶解氧化膜。这表明氟化物的添加给予钎剂足够的溶解氧化膜的能力，从氧化膜较弱的部位开始穿透。现时的研究（文献8-6）表明，NOCOLOK钎剂的工作机理是通过熔化，铺展和溶解待钎焊部件表面的氧化膜。氯化盐钎剂则没有发现如上述报告中所提到的那种穿透氧化膜并剥离氧化膜和金属结合层的能力。P．14铝合金概述在工业上适用于炉中钎焊和苏威NOCOLOK钎剂的铝合金主要为：片材挤压型材AA3003AA1050AA1100AA1435AA1145AA3003AA1070AA3102AA3005AA6063AA3105AA6951上述合金的成分和熔点范围详见表2-1（P15）。许多用于片材的芯合金能够被单面或双面复合一层很薄的低熔点的铝硅合金（见图2-3）。复合铝合金片材彷如一种三文治，以铝坯料为芯合金，并有一层或两层经过压制的低熔点合金作为外包复层。然后三文治片材会在轧制设备上被压延至需求的厚度。在铝合金供应商处，可获得多种变化的包复层/芯层合金组合。P．16图2-3复合钎焊片材，在芯合金上复合铝硅层在挤压材料上进行复合，既不节约成本也不符合实际，因而会采用预先成型的方法（例如采用成型好的线材或隔片）向接头部位提供钎料。对用于NOCOLOK钎剂钎焊的铸造合金必须仔细选择，因为大部分的铸造合金的熔化温度较低。表2-2（P．17）中列出了几种可接受的合金类型。在为NOCOLOK钎剂钎焊选择任何铸造合金前，测试钎焊其一个代表性的截面是必须的。对铸造合金的接头部位，线状或隔片状钎料金属需预成型，同时钎焊膏或添加钎焊片材到接头部位都是必须的，以便能提供钎料。与NOCOLOK钎剂钎焊系统相兼容的复合和预制铝硅合金的成分和熔化范围，列出如表2-3（P．17）。因为AA4047在推荐钎焊温度时的流动性，也就是指在重力作用下流到接头部位或部件底部，AA4047（718）钎料合金在NOCOLOK钎剂炉中钎焊中不用作复合层。AA4047中的硅向芯合金的扩散，比较起其它含硅较少的合金更为严重，这会提高芯合金腐蚀的可能性。该种现象会在第3部分中的iii）《钎料金属的控制》中加以详细的讨论。P．17AA4047可用于火焰焊接的钎料预制品（如线材和隔片），以及用作不含镁合金钎焊所用的钎焊膏。熔点范围较低及较窄：。有利于防止由于过热而出现的合金“过烧”。有助于含镁合金形成更好的接头AA4045合金只是偶尔在钎焊膏当中，以及当火焰钎焊含镁合金，当必须降低钎料流动性时使用。表2-2铝业协会的铝合金成分（铸造合金）表2-3铝业协会的铝合金成分（钎料金属）备注：带*为钎料金属的旧牌号。P．18合金添加成分的影响镁芯合金中镁含量大于0.5%，可导致NOCOLOK钎剂炉中钎焊出现问题。镁作为合金添加元素，可通过以下机理干扰NOCOLOK钎剂钎焊：。镁与合金表面氧化膜中的氧反应生成能限制NOCOLOK钎剂溶解氧化膜能力的氧化镁。。镁和/或者氧化镁与钎剂反应形成能导致钎剂熔点上升的氟化镁，这表现为肉眼可观测到的液态钎剂变干。因而，当对一合金列出其镁的范围，要求采用其低的范围。与钎焊相配合采用的合金，双面的合金均含镁比只是单面含镁而另一单面不含镁的合金，可导致钎焊出现更大问题。最好的指引是在炉中钎焊中采用合金的含镁量两面总计不超过或少于0.5%，而感应钎焊和火焰焊接中则不应超过1%。在炉中钎焊铝镁合金，有包复层的合金较之没有包复层的合金，可获得一个交好的接头。这表现为包复层可减缓镁扩散到钎剂/氧化膜界面，因而限制了对钎剂活性的负面影响。在火焰焊接以及感应焊接中可允许添加的镁含量高一点。这是因为更快的加热速率使得镁没有足够时间扩散去降低钎剂的有效性能。在NOCOLO钎焊中，钎焊复合片材及钎料应该不含镁。镁的添加会使工艺更敏感并防碍形成好的接头。要提高含镁合金的钎焊性，可通过以下途径：。提高钎剂附着量。缩短钎焊时间。用钎焊片材增加钎焊包复层的厚度。降低形成钎焊接头的合金里的其中一面合金的镁含量。维持一个适当的间隙和采用适当的接头设计（详见第3部分：产品间隙）P.19.b）锌在芯合金中锌添加量超过1%，会对钎焊性有轻微的影响。超过该水平，所添加的锌就象镁一样，会降低流动性和钎焊性。对AA4XXX系列的合金来说，锌的添加回轻微降低其可钎焊性。c）硅硅是钎焊合金的基本元素，因其能降低合金的液态温度以及对流动性产生影响（见图2-3）。d）其它合金添加元素下面所列出的元素，最起码在其一并标明的含量内不会对可钎焊性有不良的影响：铁不超过1%锰不超过1.3%铜不超过0.25%ZR不超过0.2%CR不超过0.2%Ti不超过0.2%P．20清洁部件（湿润性）所有的铝部件均被视作非亲水性。最简单和最容易的测试铝亲水性的方法就是进行水浸试验。基本上，如果水滴全部从铝材表面流失或形成水珠，则可认为铝材表面是非亲水的。结果，以水陪兑的钎剂悬浮液就不能均匀地附着在部件表面。如果水膜能均匀附着而没有形成水珠，则可认为部件表面是湿润的并且适合钎剂附着。以下的方法也可以分析出铝部件表面的清洁度：。接触角决定法：CahnDCA-312接触角分析仪价格昂贵。。紫外光灯下残余润滑油的荧光测试。手用设备并不昂贵，但不是每一种润滑油都会发出荧光。幸运的是，简单的水浸试验可决定铝表面或钎剂悬浮液是否需多加注意。在过往，蒸气除油被广泛地应用于清洗大体积的构件。蒸气除油设备采用以氯氟碳为基础的清洁溶剂，这在不久前仍是钎焊者的选择。蒸气除油可用于清除润滑油的沉积，但也不能使铝表面具有湿润性。由于保护大气臭氧层的需要，就氯氟碳化合物被废除使用和废除的进程时间表已达成协议。因而钎焊者必须考虑其它更环保的清洗方法。有以下几种方法可使铝表面具有湿润性。讨论如下：i)水溶液清洗化学清洗热处理在钎剂悬浮液中添加表面活性剂P．21水溶液清洗许多钎焊者正在转用水溶液清洗铝部件或装配件。仔细选择清洗溶剂既可去除润滑油的沉积，也就是去油效果相当于蒸气除油，此外，还能形成湿润的表面。采用该种方法可免去在钎剂悬浮液中添加表面活性剂采用得到必须的表面湿润性。对大体积的装配件进行水溶液清洗通常是采用喷射的方法。部件在连续移动的网带上通过有多个分隔室的处理线，在处理线上部件会被喷射清洗，温水漂洗（2-3次），以及被空气吹落过多的水。此后，表面具有理想湿润性的部件会被运送至另一个连续网带上并进入钎剂喷淋室。小体积的部件可采用浸洗的方法，然而必须注意去除进入装配件当中的所有溶剂。通常也可采用喷射清洗后的水溶液，但必须浸洗的时间必须延长。清洗器的清洗可通过浸洗或喷洗来进行，但必须注意漂洗的水不能被清洁溶剂污染。P．22化学清洗铝的化学清洗是最佳的，但也是最耗费劳动力和维护费用昂贵的清洗方法。原因如下：。化学清洗不仅能去除润滑油，还能去除材料表面的氧化膜。氧化膜的去除使钎剂对部件表面的预处理作用更医发挥。。当氧化膜被去除时，100%的润滑油也被去除并漂走。常规的水溶液清洗仅会去大部分除润滑油，残留在氧化膜中的微量润滑油或许会（也许不会）对钎焊后的外观和抗腐蚀性有些微影响。。应注意不要去除任何的钎焊合金，这会影响到是否有足够的钎料流到接头部位。。要经常保持溶剂的浓度直至倒掉和处理溶剂。这也导致较高的费用及要求处理人员经受化学方面的培训。由于苏威的NOCOLOK钎剂对常规铝氧化膜有较好的去除能力，仅有一些新的钎焊者采用该种清洗工艺。连续的或小批量的操作采用化学清洗时其步骤与在水溶液清洗工艺当中的步骤相近。P．23加热清洗热处理可采用有3个独立的方法：。用热处理去除挥发油。挥发油是较轻的润滑油并多用于热交换器的薄翅片的成型。该种成型润滑油大约含20%的润滑油及80%的溶剂。溶剂是在热处理时从部件表面挥发的。。进行热处理，需在部件进入钎剂喷淋系统喷加钎剂以前将其温度提升至130C。经蒸气除油而表面不具湿润性的部件可在通过钎剂悬浮液的帘状喷淋中获得一个均匀的钎剂附着而无须添加任何的表面活性剂。。热处理会降解铝表面的润滑油并为钎剂的添加形成一个湿润的表面。前两个工艺均需在一些生产设备上进行。而所有的三个工艺均需采用昂贵的能效：热能。图2-4即为在第三个工艺中要取得湿润性时，其所需的温度和时间关系图。该种工艺下取得的湿润性持续时间约为1-2小时，时间较短。故在热处理并冷却到适合于喷淋钎剂温度时应即刻喷淋部件或芯件。经加热分解的润滑油残余物聚集到足够的数量时，热处理除油有加快部件腐蚀的可能性。详细情形将在第4部分ii)中进行详细的讨论。钎剂悬浮液中添加表面活性剂铝部件的表面，举例说，如果经过蒸气除油或部件表面有挥发油被挥发过，则可通过在钎剂悬浮液中添加小量的表面活性剂来获得湿润性。该种活性剂也就是市场上提供的低泡沫非离子活性剂。要维护正常的钎剂悬浮液浓度，可适当地用含有合适浓度的表面活性剂的钎剂悬浮液来替换钎剂量减少（经过喷淋部件后）的钎剂悬浮液。另一次要的程序是用经钎剂悬浮液喷淋的铝样件定期地检测搅拌罐中的悬浮液。一旦湿润性明显下降，添加适量的预先确定好的表面活性剂。过量添加超过推荐浓度的表面活性剂（建议浓度为0.05-0.1%），则有可能影响钎焊性和钎焊后残品的外观以及防腐蚀性能。图2-4：温度和时间对蒸气除油的部件表面的湿润性的影响部件温度（C）时间（分钟）湿润的表面P．25钎剂的应用概述苏威NOCOLOK钎剂悬浮液由粉状钎剂加去离子水混合而成。如采用小刷子添加，举例说，一些采用火焰钎焊的情形下，钎剂可以和异丙基乙醇混合。钎剂/乙醇干燥后的混合物对部件表面的附着的能力不如钎剂/水干燥后的混合物。在操作中，一旦钎剂从部件表面跌落，则不能钎焊。所有钎剂悬浮液必须被不停地搅拌以便保证钎剂微粒处于悬浮状态。如果允许搅拌罐或容器中的钎剂微粒有部分的沉淀，即可引致钎剂的附着不一致。苏威NOCOLOK钎剂能以膏状形式提供，这通常应用于火焰焊接部位上的添加。微细的钎剂悬浮于苏威公司专有的黏合剂中，从而能提供一个良好的铺展性能。钎剂悬浮液的准备苏威NOCOLOK钎剂微溶于水（4.5g/L，20C）。图2-5给出了在部件表面湿润以及用浸渍的情况下，钎剂悬浮液浓度与钎剂附着量的相应关系。在悬浮液准备过程中，钎剂添加到去离子水中（按重量比）并不断地在混合容器中搅拌以防止其沉淀。采用浸渍方式，按重量比，17%的悬浮液浓度通常可在干燥部件钎剂悬浮液后获得5g/m2的钎剂附着量。部件上钎剂附着量受以下因素影响：。悬浮液浓度。要附着钎剂的部件表面的洁净度。添加的方式（也就是浸渍，喷淋等）。过多的悬浮液的去除。部件的复杂性（例如，有/没有开窗的翅片，等等）。网带速度P．26图2-5：经浸渍方法对（化学清洗后）部件的湿润表面添加钎剂时，钎剂悬浮液与钎剂附着量的相对关系部件表面沉积的钎剂（g/m2）钎剂在悬浮液中的含量（重量%）各用户需根据自身的产品以及设备决定最适合的钎剂悬浮液的浓度。一旦确定适当的浓度，则需定期地检测和调整悬浮液的浓度，以便保证每一个部件上的钎剂附着量都是相对一致的。P．27有很多方法应用于检测钎剂悬浮液的浓度。最典型的方法是从混合容器中取出一定重量的悬浮液，干燥或分离水分，然后再称重。干燥后的重量X100钎剂重量%=悬浮液的重量用一个100毫升的量杯在混合容器中取出100毫升的悬浮液样品。在一个设定的时间内让钎剂固状物沉淀并通过量具测出高度。通过一个预先确定好的根据已知钎剂和水的重量相对于设定时间内的沉淀高度的关系图，则可决定现时悬浮液的浓度。第3个方法是用一个1000毫升的锥型烧瓶取出1000毫升的悬浮液样品并称重。通过一个预先确定好的根据已知钎剂和水的浓度与重量的相对关系图，则可确定钎剂悬浮液的浓度。采用超声波技术对悬浮液浓度进行连续在线检测和报告。在钎剂悬浮液浓度达到临界极限前，必须添加钎剂以调整成分。在配备钎剂悬浮液，用手添加干粉状钎剂到混合罐和/或搅拌罐中时，操作人员必须佩戴防尘面具，护目镜，穿着围裙和手套。而操作人员不应患有哮喘病或易受呼吸道刺激的疾病。在市场上有机械运送粉末装置，能实质上消除空气传播粉尘的问题。苏威公司能提供多种包装系统以便和该类设备配套使用。P．28钎剂附着量适用于炉中钎焊的钎剂附着量建议约为5克/平方米。这个建议量是一个钎剂悬浮液的均匀附着量。也就是说，喷加钎剂前的所有表面是湿润的而多余的钎剂的吹落是良好的。如果多余的钎剂仍然存在于某些部位，例如在翅片所开的窗上，又或者由于湿润性不够而导致钎剂附着不均匀，则钎剂附着量不会上一个真实的数据。经连续喷淋系统喷加钎剂悬浮液后在炉中进行钎焊，则部件上的钎剂附着量的计算方法如下：。在水溶液清洗后将部件放置在一个120C的炉中干燥，称重。。进行钎剂喷淋，吹落以及烘干。再称重。。经喷加钎剂和干燥后的部件重量-部件在喷加钎剂前的重量钎剂附着量（克/平方米）=喷加钎剂的面积（平方米）。将部件放置于干燥炉中再次干燥和再次称重，以保证钎剂附着量是依据于完全干燥的部件而得出的数据。该程序应在每一班次的生产当中执行，并进行记录，这有助于若在今后出现问题时进行分析。在火焰焊接和空气当中进行感应焊接时，钎剂的附着量应为25-50克/平方米。但仅仅是对已经成型和即将进行焊接的部位添加钎剂，而非对整个装配件或芯件进行统一的添加。因为此时钎焊在空气中进行，因而必须提高钎剂附着量。而当在氮气气氛保护的情况下进行感应焊接，则钎剂附着量可低至3-5克/平方米，仍能获得成功的焊接。P．29iv）钎剂悬浮液使用概述当悬浮液搅拌罐停止使用时，必须冲洗所有的钎剂输送系统以免在重新启动时出现管路和泵的堵塞。若能立即采用去离子水进行冲洗是较理想的做法。冲洗后的水可在悬浮液浓度升高后的用做灌注悬浮液搅拌缸。在连续生产系统中，例如用于生产大批量的热交换器的系统，一个连续的喷淋系统由包括以下几部分：。带有一到两个小室的不锈钢喷淋室，每个小室底部带形成漏斗状，以收集钎剂悬浮液。。每个小室的进出口都有隔帘，连续的不锈钢网带或一系列的不锈钢辊轴在其中穿行。。在第一个小室中，由隔膜泵通过不锈钢管路与悬浮液储罐形成一个帘状喷淋系统。在该个小室中，还装有串联的大流量气刀。。根据不同的情况，也可在第2个小室中安装第2个钎剂喷淋系统（一个喷淋/单面），以便向一些问题部位，如热交换器的头板部位添加浓度较高的悬浮液。该喷淋系统需要到一个独立的悬浮液输送管路以及独立的悬浮液储罐。在该个小室中，同样装有串联的大流量气刀。也可安装可调整的底部空气擦净器，以去除因为重力作用而流到部件底部（如头板位置）的多余的悬浮液。如果第二个小室中没有使用第二道次的喷淋，则其空气吹落系统可以用于吹落在第一道吹落工序中没有被去除的，并在重力作用下流到底部的过多悬浮液。这就需要一个二级阀门管路连接第二个小室的储槽和第一个小室的出口。如果已选定适当的悬浮液浓度可获得一个均匀的5克/平方米的钎剂附着量，而且所有部件的表面都是均一湿润的，则不需进行第二道的（高浓度）的钎剂添加（祥见图2-6）。P．30其它的钎剂添加技术在工业应用中有其它三种的钎剂添加方法。刷子添加悬浮液，静电干粉添加以及钎剂膏添加。刷子添加多应用在NOCOLOK钎剂火焰焊接的小部位。悬浮液通常是由钎剂与乙醇混合而成。悬浮液浓度则根据不同情况而定，但50%的重量比是最常用的。由于出现挥发损耗，必须定期添加乙醇以延长悬浮液的使用。图2-6经干燥后的钎剂均匀附着和钎剂未能均匀附着的汽车水箱芯件P．31对装配件进行钎剂的静电干粉添加是在一些钎焊装置中进行的。该种技术避免了以水配兑悬浮液的喷淋工艺中必须进行的脱水（干燥）工序，从而在实质上节约了能量。然而，该种技术还不是一种非常成熟的技术，但仍被一些热交换器制造商所才用。由于静电喷涂设备不是专用于NOCOLOK钎剂，因而不得不接受该种工艺中的一些缺点。工业上的应用表明该种技术仍存在着某些问题，但干粉喷涂技术的优点仍超过其缺点。就该种技术的目前状况，可联系苏威公司以获得进一步的信息。有关该种技术的最新情况可联系该类设备的供应商。苏威公司可提供该类设备的供应商名单。钎剂膏含有钎剂和使钎剂微粒处于悬浮状态的黏合剂，应用于喷嘴添加。该种技术应用于点或某些个别部位而不是整体部位的钎剂添加。例如，该添加工艺可用于已经成型好的管子-管子接头部位的火焰焊接。黏合剂的配方中通常含有有机物，在焊接后留下黑色残余物。在火焰焊接中黑色残余物较少而在炉中焊接，尤其是在内部封闭的部件的焊接中较多。钎剂膏在火焰焊接的轻微预热中或炉中焊接的连续干燥炉中进行干燥。P．32干燥/脱水在钎焊前，必须对部件以及夹具上的钎剂悬浮液进行干燥/脱水，以去除水分和溶剂。在炉中焊接时，该道工序对防止污染炉内的气氛以及减少氟化氢的形成是非常必须的。这也是成功焊接所必须要达到的严格要求。部件上钎剂中挥发的四氟铝钾（KALF4）与任何的水汽混合，都可产生氟化氢。在炉中焊接时水汽含量提高可引起的负面影响是：。高含量的氟化氢提高了炉膛末端进口和出口位置出现炉膛腐蚀的风险。连续的不锈钢网带也会因此出现厚度的快速减薄。。因为压力差异的增加，在涤气机中的多空活性铝床会胶结，因此必须经常更换活性铝。火焰焊接和感应焊接中，部件添加湿的钎剂悬浮液，部件上的钎剂和钎焊膏未经干燥，可潜在地引起附着钎剂的剥落和生成可能/不会影响钎焊性的氟化氢。所有的火焰焊接和感应焊接设备都必须被抽空，并根据氟化氢的数量，排出的气体必须通过一个干或湿的涤气机。在焊接的连续生产线上，干燥部件的干燥炉温度不应超出250C。这是为了防止在部件上因高温形成钎剂更难于溶解的氧化膜。在火焰焊接或感应焊接中没有出现该种情况，可能是由于接头部位钎剂的添加量很大而且加热钎焊的时间很短的缘故（大约12-30秒）。P．33干燥炉可通过电力加热或燃烧气体加热。当采用燃烧气体加热时，空气通过火焰，任何在干燥炉中排出的气体都应检测是否氟化氢。因为在理论上，循环的湿气中所夹带的钎剂粉尘，经过高温的火焰，是可能产生氟化氢并在未经处理的情况下排放到空气中的。如果发现氟化氢含量超过可接受量，应安装涤气机。苏威的便携装置可测量气体中氟化氢的含量。干燥炉按可容纳的某些产品式样以及生产率的期望值进行设计。通常可更改的是温度的设置或网带速度。网带速度很小变更。产品必须经彻底的干燥才能进入到钎焊段中。以下的程序可用于检测部件是否已经得到彻底的干燥：。取一个经干燥后的部件并称重（W1）。需小心不要使表面的钎剂有任何的跌落，以免使最后的结果出现偏差。。将部件放入到干燥炉中再次干燥（W2）。。称出减少的水分重量（克）=W1-W2。检测出重量减少，就应对干燥炉参数进行调整，通常调到最高的温度。使用者可根据他们各自的基础数据进行可接受的调整。该测试程序应该在每一班生产前和在转换到钎焊结构或重量不同的新产品前重复一次。、P．34钎焊NOCOLOK钎剂钎焊铝部件可在钎焊炉，火焰钎焊，以及感应钎焊中焊接。每一系统进行独立的焊接处理。除了手工火焰焊接以外，所有的三种工艺都适用于大批量的生产，然而，在该条件下，仅有钎焊炉可以焊接复杂的装配件的接头。i)炉中钎焊NOCOLOK钎剂钎焊可采用三种钎焊炉进行焊接（静态氮气气流连续隧道炉（CAB），氮气强迫对流炉（COB）和氮气分批炉。）所有这几种的炉子都需采用液氮储罐中的氮气。要获得良好的钎焊接头，则需要以下的炉内气氛：。露点<=-40C。氧气<=100ppm（0.01%）图2-4列出了液氮中氮气气体的规格。在该种氮气来源中，水汽含量<1.5ppm(<-73C/-100F)及氧气含量<3.0ppm都能得以保证。然而，在连续隧道炉中，正常的气氛操作条件几乎总是超出进入炉中氮气的杂质含量水平。这是因为进入炉中的产品和不锈钢网带带入了水分和氧气；如果炉中消耗和补充的氮气不完全平衡，也会使车间内的气氛经由炉子末端的进口和出口形成潜在的回流，从而影响炉内的气氛。P．35图2-4从液氮中取得氮气的标准成分氮气（N2）高纯度级（液态）99.998%成分规格（PPm）杂质确保值标准控制值氧气3.00.2氢气2.01.0一氧化碳0.50.5ND二氧化碳1.01.0ND甲烷1.01.0NDTHC1.00.1水分（湿气）1.50.15露点-73C-87CP．36图2-7一个用于钎焊冷凝器的CAB连续隧道炉的纵向截面图金属网带型钎焊炉245KVA冷凝器：120台/小时所有计量单位：米图2-7以图例展示了其中一种类型的CAB连续隧道炉。不锈钢的炉膛可将钎焊炉的长度延长到超过25米。炉膛外是电子加热元件，加热元件上依次被绝缘材料和钢外壳包覆。图中展示的钎焊炉在炉膛的进口位置有一个强制对流加热区，能提供一个快速和均匀的预热。该系统如果操作不当，可引起露点问题和炉膛前部出现腐蚀。有因于此，目前所制造的钎焊炉大多没有这构成整体的预热区。P．37图2-8用于钎焊冷凝器的连续隧道炉的一个横截面所有尺寸单位：米要钎焊的部件通过由可变速驱动器驱动的不锈钢网带输送炉膛。热电偶沿炉膛装配在几个区域以便进行多区域炉温控制（见图2-8及2-9）。出现露点问题的靠近预热/炉膛的过渡位置如图2-9所示。为使操作工能够处理出口处以钎焊完的部件，在钎焊炉的末端出口添加了强制对流冷却系统。P．38图2-9一个钎焊循环的温度和露点与时间的相对关系记录（冷凝器）图示的钎焊炉展示了与温度和露点相对的位置。所有计量单位：米P．39通过在临界钎焊段注入氮气，氮气从该部位流到钎焊炉前端的进口和出口处，使炉内的气氛得以控制。在临界钎焊段注入氮气，有助于保证该区域中的露点是最低值（见图2-9）。流向钎焊炉入口的氮气也会带走从钎焊炉外进入的产品，网带以及夹具上去除的水汽，使之远离钎焊段。钎焊炉制造商会根据产品重量，结构以及设定的每小时生产能力来设计网带速度，分区温度和氮气的流速。一般来说，加热速率设定为20C/分钟。产品温度均匀一致，最高温度应为600C，理想的温差为不超过正负5C。但当需要钎焊的产品体积较大时，由于产品中不同的部位体积不一而较难维持上述的温度状况。钎焊炉潜在用户在洽谈有关钎焊炉的契约时，应特定规定在（最好是）每一个加热区域都安装一个阀门接入端口，以便定期对气体取样进行露点和/或氧气的分析。当工艺条件决定下来时，应准备一个温度露点曲线图，如图2-9所示。根据建议提及的样品端口，可简单取得露点的数值曲线图。在相同产品的钎焊中采取跟踪热电偶电线或市面上所提供的较简单但费用较昂贵的绝热数据组件，均可测出温度的曲线。数据组件放置于产品旁边的网带上而热组件外端的电偶则放置于被钎焊产品的内部。数据组件根据组件内逻辑的设定时间区间，储存温度的读数。然后，把信息下载到电脑中生成相应的曲线图（图2-10）。P．40图2-10放置于被隧道炉钎焊的水箱上不同位置的热电偶的温度与时间相对关系图网速800毫米/分钟制图速度15毫米/分钟在调试钎焊炉时所生产出的试压样件，应保留做试样。该试样可用于对生产前的钎焊炉进行预处理。该程序使钎焊炉温度与加热元件达到一个相对稳定的状态。业已发现该程序对在停工之后重新启动钎焊炉和未钎焊的部件进入钎焊炉前都是必须的。当跟随现时生产所需钎焊的产品，一旦钎焊结构和重量不同时，也应采用该程序。苏威公司可提供钎焊炉制造商的名单。P．41强制对流炉强制对流炉能减少设备放置所需的面积。由于热的氮气能吹拂部件，加热快而且均匀，因此可缩短钎焊炉的长度。该系统一个缺点是目前还不能有序地地将污染物如水汽和氧气尽快排放出炉体以外。相反，如早前所讨论的连续隧道炉和静止氮气流量系统可将污染物均一地向炉子的两端驱除，使之远离临界钎焊区间。因此，强制对流炉中出现的这个问题必须在以下几个方面加以特别注意：。所有产品和夹具在进入钎焊炉以前必须100%干燥。。部件内部应用氮气然后用盖子封好部件。。应特别留意循环吹风以及速度，以便能保证氮气的流向和使风机叶片平衡。。对钎焊炉出现的所有泄露情况都必须尽快明确和加以消除。如果没有采取上述措施，则可能引起内部的炉膛腐蚀和输送系统的腐蚀，并影响产品的可钎焊性。P．42c)间歇炉市场上可提供氮气和真空净化类型的间歇炉。其尺寸可由实验室规模到生产规模。两种类型的间歇炉的操作均需在钎剂挥发/熔融温度点前充如入氮气。在一些间歇炉中，如有要求，也可以添加一个强制对流的功能。间歇炉用于钎焊生产量较少，结构和重量变化多样的部件，以及一些较大的部件如那些低温应用领域中的产品，加热速率较慢和有良好的气氛条件是必须的每一个炉体制造商都有他们自己的专有设计和技术，因此应直接联系炉体制造商以便使炉体的设计和钎焊者的产品相匹配。苏威可提供一系列的间歇炉的制造商名单。P．43ii)火焰焊接苏威NOCOLOK钎剂可用于火焰加热钎焊单一的接头部位，如管子-管子的接头，以及那些有较大热容差的配件的接头部位。由于火焰焊接的加热速率比炉中焊接要快，因此也可以钎焊一些含镁的铝合金。焊接的两个部件的镁含量必须要小于1.0%，才可形成可接受的接头。AA4047（718）合金的预制品用于向接头部位提供钎料金属。当钎焊某些要求钎料流动性稍弱的部位时，AA4045（714）可用于减少重力作用影响。以苏威的钎剂制成的钎焊膏可用于钎焊不含镁的合金。火焰焊接可用手工配用适当的工具进行，又或者用连续形式的圆盘传送带或往复式传送带进行。P．44a)手工火焰焊接须采用以下工具和部件：。有2个多孔喷嘴的双头焊枪，以便从两个方向同时加热接头部位（见图2-11）。这是为了温度的均匀加热。定位火焰，如那些用于氧乙炔类型的焊枪应避免使用防止烧穿。。应带有气体调整阀的气体混合系统。另一种焊枪就是使用单一气体并在焊枪上有可调整的开口，以便喷嘴工作时能通过负压作用将室内的空气吸入焊枪内。该种焊枪也可装上一个双头。。氧气与1）丙烯，或2）甲烷，或3）丁烷，或4）天然气都是可以接受的。气流压力应保持在相当低（4-6psi）的水平以便通过枪身上的控制能够调整火焰。对于采用任何的混合气体来产生一个轻微缩小的火焰都是非常重要的。这往往是避免铝的氧化。因为缩小的火焰所消耗的氧气比通过焊枪所输送的氧气要小。P．45图2-11手工火焰焊接用焊枪需被钎焊的部件不应含有切割油或润滑油。如无蒸气除油（如果熟练的话），水溶液清洗或其他的替代方法，则应用溶剂擦除。苏威NOCOLOK钎剂可以钎剂悬浮液或钎剂膏的形式用刷子添加到接头部位和预成型的钎料上。要被钎焊的部件与预制成型的焊环或垫片必须紧密接触。如果客户不想自行配制钎剂悬浮液或钎剂膏，可直接采购NOCOLOK钎剂悬浮液和钎剂膏。P．46常规来讲，NOCOLOK钎剂悬浮液（火焰焊接）中可采用异丙基乙醇和钎剂按40-60%的重量比调配。当焊接工艺已发展到可以接受的水平并要求焊接后残余物降到少的情况下，可将重量比调低到20-40%。采用乙醇，有助于悬浮液湿润部件，而且能迅速干燥。火焰焊接的接头间隙应控制在0.1-0.15毫米之间。间隙也可稍大，但毛细作用会减弱，重力作用会增加，并需要更多的钎料。焊接的火焰不应过长时间集中在任何的一个部位以免出现烧穿。部件厚度较厚的部位应多加热。火焰不应停留在钎剂或钎料上以避免接头部位在未均匀加热至钎焊温度时出现过早熔化。任何时候，火焰都应该移动，在不同厚度部位的前后移动，以此方式使整个接头的温度均匀。用NOCOLOK钎剂进行火焰焊接时，有三个温度显示。第一个温度显示为在铝表面出现黄色火眼。这表明铝表面开始出现“燃烧”，因为铝表面总是比部件中心更快受热。为防止烧穿，火焰不应频繁接触铝表面。第二个温度显示出现在钎剂熔化的第一瞬间。这时添加钎剂的部位由白色变为透明。这表明钎焊接头的温度约为565C。这时火焰可直接对准焊缝和焊环进行加热。在钎剂熔融后短时间内，钎焊环会变形并在580C左右开始熔化（这是第三个温度显示）。熔化的钎料通过毛细作用迅速流入焊缝，一旦焊环全部熔化，应立即移开火焰使被钎焊的焊缝部位不会烧穿。焊接部位冷却后无需进一步处理。如果确实需要，也只能以机械方式去除残余物，如用钢丝刷或砂纸。但建议仅在钎剂残余物的去除是势在必行时才进行。P．47火焰焊接中温度控制不如炉中钎焊时精确。如前所述，部件外部达到的温度超过炉中焊接所建议的605C。由于火焰焊接经常用于焊接一些难于在炉中焊接的含镁合金（加工合金，等等），对钎焊者来说，该类合金的过烧是一个问题。含镁合金较之含镁量低或不含镁的合金，熔点较低（见图2-1）。用于火焰焊接的最常见的高强度含镁合金的例子就是AA6061，AA6063。它含有0.5%的镁，固相/液相温度为616/652C。含镁量等于或高于1%的合金，一旦过烧（大于605C），就会趋向于在晶粒边界结构里初始融化。该种效果会在合金当中含有锌时得到强化。图2-12到图2-15展示了超出钎焊温度范围的合金AA7003（约0.5%镁/约5.7%锌）和AA7004（约1.5%镁/约4.2%锌）的金相照片。当合金过烧时，这些合金添加元素对合金表皮（图2-12和图2-13）以及内部（图2-14和图2-15）的粗糙程度的影响都是明显的。在部件表面的影响更为严重，因为外部比内部中心所接触的温度更高。视觉上可见到在部件表面产生“桔皮”效果（图2-12和2-13），如果合金添加元素增加，该情况会更为突出。这种类型的金相降解可引起机械加工表面如线或密封表面的寿命和适宜性。对钎焊后的产品要有一个好的金相研究必须保证产品能达到一个必需的规格。火焰焊接一个过渡接头如铝和黄铜的接头时需特别注意。当钎剂熔化以及部件表面氧化膜被去除时，铝和铜在内部扩散是可能的。在钎焊温度（钎料熔化）时，这种扩散非常迅速，铝和铜的备用材料消耗很快。在火焰焊接管子-管子的接头，而又不能出现任何泄露时（列如冰箱镶嵌板的铜管和铝出口管），对最大钎焊温度和钎焊时间的控制都是非常重要的。再次强调，在正式投入生产前，对钎焊部件进行金相研究以便调整工艺参数是非常必要的。P．48图2-12经过加工和热处理的AA7003可机械加工合金（表面以及内部）的横截面显微照片第一张：经机械加工（放大50倍，Neg83523）第二张：热处理至630C（放大50倍，Neg83526）P．49图2-13经挤压和热处理的AA7004可机械加工合金（表面和内部结构）的横截面显微照片第一张：经挤压加工（放大50倍，Neg83501）第二张：热处理至630C（放大50倍，Neg83515）P．50图2-14AA7003被加热至不同温度时的内部结构的横截面显微照片第一张：590C（放大50倍，Neg83518）第二张：620C（放大50倍，Neg83523）第三张：630C（放大50倍，Neg83524）P．51图2-15AA7004被加热至不同温度时的内部结构的横截面显微照片第一张：595C（放大50倍，Neg83506）第二张：610C（放大50倍，Neg83512）第三张：620C（放大50倍，Neg83514）P．54b)使用转盘和传送带进行火焰焊接转盘将装配好的部件从循环装置上的一个火焰焊接工位连续地送到到另一个工位。通常每一个加热工位包括有2个固定的和对向的火焰，而接头部位则处于两者之间的转盘位置上。工位的数量取决于钎焊部件的结构和重量。部件能够被均匀地加热到钎焊温度，然后由空气冷却或者喷水冷却。总体的钎焊工艺参数与手工火焰焊接中所描述的大体相当。往返式系统是较慢的一种生产方式。往返系统上有一个支架，上面可放置1-2个部件，马达驱动支架，往返系统将钎焊接头运送到1-2个配有对向火焰的钎焊工位上，往返系统通常比较宽，使得在返回原来的位置上时可以放置1-2个新部件，而原有焊接好的部件则被防卸下来。所有火焰焊接工位上方必须空气流通。P．53iii)感应钎焊感应钎焊采用高频电流使工件的接头部位感应受热。该种加热通常只是对接头部位进行加热，而不是整个部件的加热。有很多种的能源可以产生这种加热的方式。铝钎焊则需采用大约为530000cps的电流频率。电流通过放置于部件附近而非接触部件的缠绕或者内置水冷线圈，使部件感应。铝部件作为短接中级变压器，而水冷线圈则是第一级变压器。在连续钎焊当中，部件被设备输送到焊接工位，水冷线圈在部件的四周则可设计为开放和封闭的形式。部件被放置于线圈的中心对均匀加热部件来说是非常重要的。感应焊接适用于一系列需要焊接的简单接头，例如一系列的管子与金属板的焊接。部件的平面应相对平整则更为适宜，则感应棒可放置在工件的附近而又不会接触工件的任何一侧。这是一种较之采用缠绕线圈而言，效率稍慢的方法。一旦钎焊参数确定下来，感应焊接则成为一种机械重复的操作。通常加热周期的时间为15-60秒。也有一些应用当中，通过采用氮气对部位气氛保护使焊接部位的钎剂用量得以减少。所有在空气环境中采用NOCOLOK钎剂进行感应钎焊，焊接设备上方都应该配有通风装置。根据氟化氢在空气中含量的多少，相应地装配涤气机。P．54第3节重要的生产控制步骤和特性装配间隙要以金相结合的方式形成接头，则沿着接头部位要有几个紧密接触的点。要有足够而不过量的钎料能够流到焊缝部位。在NOCOLOK钎剂钎焊当中，毛细作用能极好地把钎料拉到焊缝部位。对非复合部件的焊接，无论是在炉中钎焊还是火焰焊接，建议间隙为0.10-0.15毫米之间。当炉中焊接经常采用复合材料时，建议部件焊接部位应紧密接触，复合层可视作间隙距离。避免在非复合材料中出现摩擦配合。液态钎料金属必须能均匀地浸润接头部位，否则接头部位会出现不连续（泄露）。作为复合层的合适钎料金属，预制成型的或钎焊膏用粉末选择，已经在第2节的《铝合金，概述》当中进行了详细的讨论。P．55在钎焊热循环当中维持产品的间隙是非常重要的。这一问题与部件设计阶段和/或者部件不同部位不同的热膨胀系数有关，例如：。由于在管子和较厚的头板之间存在不同的膨胀速率或者头板和管子之间的间隙较差，会引致管子的“沙漏”。在任一情况下，压力会被施加与管子的前端，以及管子宽度被迫向内。这就是所谓的沙漏。。不锈钢夹具的热膨胀系数与铝的不同；铝的膨胀速率更快（见第3节，ii装配夹具）。依赖于产品的尺寸和夹具的结构，夹具装配在热循环中可使铝部件最后变形（例如暖风机和水箱芯子，头板之间的管子/翅片叠放位置会被向中心方向压缩。。复合层相互堆叠的复合部件，当复合层熔化及流动时，可减少高度方面的尺寸。高度减少的尺寸与累加的包复层厚度几乎相等。因此堆叠得越高，高度减少越多。此外，如果部件（例如水箱芯子中的管子）被头板固定，最后，堆叠的翅片内弯的情况会更严重。上述提到的仅是一些由于部件装配不当所引起的潜在的问题。钎焊者必须评估每一个产品的潜在问题并在一个产品批量投入生产以前解决这些问题。P．56ii)AISI304和316是夹具的适用材料。而在夹具会不断与液态钎料金属接触时，则AISI309或者310的使用寿命会稍长。图3-1到3-2和表格3-1给出了对多种型号的不锈钢材料和镍铬铁601合金在熔融的铝硅钎料中进行测试的结果。也可使用其它的材料，如低碳钢作为捆扎带或夹具的支架。不锈钢捆扎带则需要实验来确定适合的位置和张力，以免部件变形。其后，部件的捆扎需要采用自动捆扎设备进行以保证部件与部件之间的一致性。市场上有在这方面应用的自动捆扎设备可供购买。捆扎带字只能使用一次就需废弃。低碳钢捆扎带和夹具会因为钢出现氧化而使与之接触的铝表面变色。这有可能对使用者造成负面影响，并可以通过喷漆把其隐藏。据报道，低碳钢夹具的寿命与不锈钢的寿命要短得多。P．57图3-1不同型号的不锈钢和镍铬铁601在熔融的铝硅中放置1小时后的溶解情况照片由加拿大铝业国际有限公司提供P．58图3-2不同型号的不锈钢和镍铬铁601在熔融的铝硅中放置6小时后的溶解情况照片由加拿大铝业国际有限公司提供P．59表格3-1浸入熔融铝硅钎料金属中的不锈钢减少的尺寸（AISI为美国钢铁研究院的缩写）夹具金属浸入时间（小时）厚度减少后的厚度厚度减少的比率实验中的样件经蒸气除油处理。实验样件从熔融钎料金属池中取出后经腐蚀性溶液处理，以便去除在样件表面上的所有铝硅残余物。P．60经以下几个实践过的原因，理想的夹具应该是结构简单以及重量较轻的：。夹具必须被干燥和加热到钎焊温度，这在成本上不节约；。夹具表面积越大，则在干燥炉中要处理更多的钎剂悬浮液和在钎焊炉中要钎焊更多的钎剂，这在成本上也不节约；。夹具上过多的钎剂会使夹具上累积的残余物更多，从而需要更经常的处理。工业行业方面有过报道，当钎焊炉投入使用6周后网带出现问题而随后炉膛出现一个洞。经查找原因，原来是所使用的夹具面积相当大而且夹具的清洁维护（用喷丸或喷砂去除过多的钎剂残余物）的间隔时间过长。如果钎剂残余物没有定期清除，会使夹具表面积迅速增大而残余物分离，为钎剂悬浮液的停留提供了极好的“小袋”。理想状况下，夹具不应进入钎剂喷淋程序。在可能的情况下，夹具应在喷淋钎剂后和进入干燥炉以前进行装配。在本手册的前部，已经就铝合金和某些夹具材料的热膨胀系数进行过讨论。表格3-2列出了铝合金和常用夹具材料的膨胀比较系数。P．61表格3-2多种夹具材料的膨胀系数材料膨胀系数英寸/英寸/F（x10-6）常用用途铝12.8钎焊部件中强钢6.7捆扎带，夹具不锈钢9.9夹具显而易见，必须对夹具和捆扎带的式样，尺寸和放置给予足够的考虑。对夹具材料，式样设计，尺寸和维护进行良好的记录是非常需要的，这有助于检测产品和设备的问题，而在人员出现变更的情况下也能提供参考资料。P．62iii)影响钎料金属的因素主要为：。钎料合金（AA4343、AA4045、AA4047）。钎料的数量。钎料的放置。钎焊中钎焊装置的定位。产品部件的间隙。产品最大的钎焊温度。钎焊温度下产品停留的时间。产品温度的一致性。毛细现象上述变量所带来的影响已经被讨论过。本章节主要尝试指出上述因素中的一些变化的相互作用及以图例说明不同的钎焊温度及产品停留时间对钎焊效果的影响，以及如果情况得不到控制，可能会导致的严重后果。在钎焊的加热循环中，在熔融硅铝合金的钎料中的硅渗透到芯合金或部件合金中，如果有足够的硅渗透形成一个低熔点流动的合金，这种材料有可能通过毛细作用流到焊缝部位或因重力向下流动。该结果归因于部件合金的侵蚀。上述因素影响到硅扩散/形成钎料金属/钎料流动过程。如果不加以控制，产品的完整性会被损害及产品的寿命周期会受到影响。作为一个总的原则：“钎料金属熔区越大，硅扩散性越大，结果腐蚀越严重”。在汽车工业中，芯部件大约厚度的10%成为硅扩散/钎料侵蚀被认为是可接受的。P．63有关芯合金（汽车水箱头、管及翅片合金的钎料性腐蚀）的钎料金属腐蚀受温度、时间的影响在图3-3的钎焊部件横截面的显微照片中得到展示。包覆层合金型号为AA4343，而芯合金的类型为：。水箱头：AA3005。管道：AA3003。翅片：AA3003。钎焊在间歇炉中进行，使用本手册推荐N2气氛保护。嵌角尺寸的增加、芯部件的侵蚀以及硅在芯部件或部件合金的透入深度是明显易见的。如因任何原因，使焊缝周围钎料合金的嵌角被诱导移离焊缝，则薄的被侵蚀芯部件区域，会在结构上变得不耐用以及相关的抗腐蚀性会变弱。硅在芯合金中的扩散借助于晶粒的边界迅速发生。对部件的侵蚀通常是通过硅对晶粒边界的流动开始及发展的。腐蚀性渗透的快慢在于晶粒的大小以及晶粒边界的结构类型，例如：等轴式或扁平式。AA3003翅片及管道芯合金的强烈渗透归因于温度高于建议的度数，如图3-4中的高倍横截面的显微照片所示。P．64图3-3最大钎焊温度、产品停留时间及翅片腐蚀的效果图P．65图3-4硅扩散的高倍显微照片P．66在图3-5中，可看到钎焊过的水箱芯部件在使用中出现故障的例子。对于故障部位的合理说明可看图3-6。引起故障出现的原因如下：1.一旦达到钎焊温度（580C--590C），AA4343包覆层的一部分流动到水箱头/过道焊缝处，焊缝被填充形成一个小嵌角，芯部件的熔融极少。2.钎焊温度高于建议度数（605C），因此所有的钎料流到焊缝处，加大嵌角形成/扩大钎料熔区/增加硅的扩散及对管壁的侵蚀。3.即便嵌角表面钎料金属的表面张力的减少和钎焊炉网带的不规则移动，会引起一部分钎料流向翅片与管壁的焊缝部位。4.该作用使管壁被侵蚀的部分剥露。水箱芯部件在使用过程中出现弯曲是由压力的振幅及热冷扩张造成的。在管道的最弱部位--变薄的管壁部分会出现疲软故障。故障部位的腐蚀只能在金相学的检测中才能发现，肉眼并不容易观测。P．67图3-5钎剂钎焊水箱芯部件在使用中出现故障（故障部位为头部与管道嵌角前面的管道处）P．68图3-6图3-5中出现故障部位（在头板/管子嵌角前受到熔蚀的管子）的原因演示A.一旦达到580C--590C的钎焊温度，部分钎料金属流动到管与水箱头的焊缝处。B.当实操温度超过建议的最大峰值温度605C时，在焊缝处形成大片钎料金属熔区，引致管壁的被侵蚀。C.钎料金属表面张力的突然降低，又或者钎焊炉网带的不规则移动会引致钎料金属熔区的一部分从管与水箱头的焊缝部位流走。D.该作用使该部位的金属被剥蚀，导致管壁厚度降低33%的峰值。P．69同样模式的钎料侵蚀故障可能会在翅片/管与管砌体/翅片接头处（图3-7）出现。这通常在包覆层头部（水箱头）处出现。连接工艺如期进行，按：管道包覆层熔化，流到翅片/管道连接处，形成正常的嵌角。钎焊温度可允许高于建议的最大度数（605C），理论上，会现如下情况：。过多的钎料从头部/管道焊缝处溢出。。液状钎料顺着管道流至最近的管道/翅片焊缝处。。在连接部位处过多的钎料加速了硅对管道芯合金的扩散，侵蚀管壁厚度。。焊缝处过多的钎料通过毛犀作用流到翅片中及翅片之间，尤其是翅片密集的部位，使薄的翅片因毛细推动作用而靠在一起，从而使翅片在其原有的翅片/管道部位发生位移。。当翅片移动，会牵引熔融的钎料并使被侵蚀的部位剥露出来。但出现该情况时，管道薄弱部位就有可能会成为出现机械故障或腐蚀故障的部位。P．70图3-7在管子/翅片接头部位的水箱管子的潜在钎料金属熔蚀M86708管子芯层没有减薄上述情况仅仅是钎焊者在钎焊前或钎焊过程当中忽略了钎料金属控制所会引起的一些潜在问题。当这方面的问题得以解决后，在3-8和3-9页当中列出的因素，应视作为潜在的作用因素而被系统地加以考虑和消除。P．71钎焊修复对泄漏的部件在炉中或用火焰焊接进行修复是可行的。含有铝镁合金的部件在修复前必须用钢丝刷刷掉氧化镁。一个部件仅能修补一次，如果部件仍然出现泄漏则应废弃。这是为了避免硅的进一步扩散和熔蚀危及部件的机械和/或者腐蚀属性。修补感应焊接中出现不连续的接头部位现时尚未可行。理论上是可行的，然而采用火焰焊接的离机方法会更为实际。许多的修复工作采用NOCOLOK钎剂钎焊膏完成。通常来说AA4047（718）铝硅粉末在钎焊膏中是首选的。因为在前面的讨论中，AA4047的熔点在3种的钎料金属里是最低的。这有助于避免所有的嵌角过度熔融和其它接头部位的重新开口的可能性。如果可行的话，预制成型的钎料和适量的钎剂应一并添加到泄漏部位。理想情况下，如果可能的话，最大的钎焊温度不应该超过595C。P．72v)钎焊后钎剂残余物特性依据于钎剂附着量的多少和炉内气氛的高低，采用NOCOLOK法钎焊的部件外观大体为比较光亮到稍微有点灰。当两个因素之一超出了建议的标准，外观会趋向灰色。通常肉眼不能观看出钎剂残余物，然而，在50倍放大的显微镜下是可以观测到的。图3-8显示了更高倍数的扫描电镜所拍摄的钎焊后残余物的照片。左边的照片是典型的连续隧道炉钎焊后的部件表面，针孔状结构可能包括了不规则的平片晶。照片M-70323是典型的经分批炉焊接，在冷却阶段中炉内气氛中氧含量超过了建议的标准时部件的表面状况。该组织几乎100%是平片晶。该表面被认为在产品的实际使用中具有更好的抗腐蚀作用（8-8）。其它的钎剂残余物性能如下：残余物厚度常规为1-2微米。残余物厚度会根据钎焊前钎剂附着量而变化。硬度残余物的硬度按莫氏硬度等级大约为4。附着性当采用建议的钎剂附着量时，在制冷剂或乙二醇类冷却液循环时，没有发现可测量到的分离物。然而，当采用的钎剂附着量搞出建议标准时，可发现一些分离物，尤其是在熔融钎剂所聚集的底部。湿润性钎焊后残余物有一个亲水的（湿润）表面，但该亲水性会随着时间而下降。P．73抗腐蚀性部件表面上的钎剂残余物能适度地提高抗腐蚀性（8-10，8-11，8-12，8-13）。溶解性钎剂残余物的溶解性受测量方法的影响。离子浓度近似于KAlF4混合物的铝，氟和钾的典型的溶解度是1.2gm/l。钎焊后气味在钎焊后则可短时间内有小量的硫化氢气味。在短时间内会消失，如不能接受，也可用水漂洗部件消除气味。钎焊后处理钎焊后残余物为喷吐提供了一个很好的基础。然而，残余物较厚，会导致喷漆效果较差或湿或干粉漆不能附着。NOCOLOK钎剂不易于从钎焊后部件的表面上将残余膜去除。机械磨损，如钢丝刷或砂子打磨能够清除“粗糙”接头上较厚的残余物。目前没有发现有什么实质的化学方法可以去除残余物。硼酸或硝酸溶液在高温情况下可去除残余物，但所需时间（约1小时）和硝酸烟化的危险使之采用不能成为可能。基本上，最好的方法就是正确地喷淋系统使钎焊后残余物不明显，则无需去除钎剂。P．74图3-8NOCOLOK钎剂钎焊后残余物的SEM显微照片显示了两个完全不同的组织。P．75钎焊后残余物对冷却液的影响采用商用纯铝和1）蒸馏水和2）50%乙二醇和两者均配有100ppm重量的氟化钠进行电气化学分化研究（8-13）。研究表明，“存在于热交换器中的微量氟化物钎剂不太可能引起铝材的局部腐蚀，即便是存在于重金属中也一样”。在上述条件之下（也就是指溶液中的氟化钠），铝材上很明显地形成了一层薄膜，如果在容样的溶液中没有添加氟化物，则没有形成。它提出“薄膜能够改变临界点蚀电位，使之达到更高值”从而延迟点蚀的开始。P．75钎剂残余物对制冷剂的影响对NOCOLOK钎剂和其钎焊后残余物对制冷剂稳定性的影响的初始研究已在应用下面的条件的情况下进行：。氟里昂12，22和134a。福特的内燃机高黏度石蜡冷冻油。与钢-1010和钎焊前钎剂附着量为3-4克/平方米的钎焊后3003合金相接触。实验温度和时间按汽车空调运行参数测试75天，相当于汽车10年的使用寿命。结论为“有钎剂涂层的铝合金3003的冷凝器和蒸发器多半可用于氟里昂12，并适用于氟里昂22和134a。然而，当发现有“冷却-混合”油时，则必须采用后两种制冷剂进行再次测试。P．76钎焊残余物对发动机油稳定性的影响采用涡轮油（军用规格：ML-23699）进行热量氧化测试，以检测钎剂残余物对金属催化降接作用的敏感性（8-16）。油冷器测试进行19天，采用表面有和没有钎剂残余物的油冷器进行，并与流动的（45毫升/分钟）温度为130C的油接触。经过对结果评估，可认为钎剂残余物尚未足够严重得可以引起油的大量的分解。为得出温度在油的热降解方面的影响，采用表面带有和不带有钎剂残余物的铝合金条，和自生气压（10天，130C和在额外增加的4天中按250C）进行PARRBOMB测试。第二个测试在经提高的气压下（50PSI），但在油中采用经过煅烧过的NOCOLOK钎剂粉末。该研究得出结论如下：。“NOCOLOK钎焊后铝合金条并没有削弱涡轮发动机油的稳定性。”。“提高温度对油的酸度的影响比钎剂残余物要更为之明显。P．77腐蚀加速腐蚀试验对钎焊后的铝部件，可采用多个ASTM加速腐蚀试验进行测试。最常用的列出如表4-1。SWAT试验在北美是最常采用的。腐蚀保护可采用多种方法对钎焊后部件进行腐蚀保护。每一个代用方法都根据产品，钎焊方法以及产品使用寿命的需求而确定其适用性。表4-2列出了一些代用方法。长寿命合金应用于汽车水箱的接口焊接管料，头板和空气过滤器。最常用管料的厚度为0.4毫米，因而在使用中如不进行保护，管子将会是最早出现穿孔的部位。采用长寿命合金，可避免使用带锌的牺牲性翅片合金的必要，后一方法所需的费用更为昂贵。而且在翅片中富含芯，薄的翅片（约为0.1毫米）也会被优先侵蚀从而使管子得到保护免于侵蚀。然而受侵蚀的翅片会降低冷却量。P．78表4-1ASTM加速腐蚀试验加速腐蚀实验ASTM号码评论NSS-中性盐雾试验B117。对常规铝合金并没有很大的侵蚀性。能够显示抗腐蚀性方面微细的区别。世界上最普遍采用的试验方法WAD-湿和干测试G44修正版。进入酸化（H2SO4）氯化钠溶液内10分钟，然后用干空气（45%相对湿度）吹50分钟，每小时重复一次。。最接近实际使用的暴露量。CASS-铜和醋酸加速测试B368。在日本应用于热交换器的检测。由于铜在表面铺展而使表面出现变性SWAT-酸化合成海水（FOG）测试G85附件A3。有极大的侵蚀性，短期（天数）屏蔽测试。据报道与实际使用暴露环境有关。基本原理：“如果在SWAT测试中功效良好，则在实际使用中也将功效良好。”P．79图4-2需进行钎焊的铝部件的腐蚀保护选用方法选用方法评论1．长寿命合金。本质为抗腐蚀合金。该领域的研究仍在进行中2．牺牲阳极类型保护。其中一个配件因电极电位的差异而先于另一个腐蚀所形成。两个配件均需涂覆腐蚀溶液使之产生牺牲