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1、第九章 钎焊,一、钎焊原理 钎焊是利用熔点比被焊接金属熔点低的金属作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，实现连接焊件的一种焊接方法。,1 钎焊原理及特点,钎料填充焊缝过程示意图,液态钎料和固态金属之间的相互作用,软钎焊是指使用的钎料熔点低于450的钎焊，通常用烙铁加热。软钎焊的接头强度不高（70MPa）。 含少量锑的锡铁合金钎料应用最广泛。 软钎焊所用的钎剂主要有：松香、ZnCl2溶液、 ZnCl2钎剂膏等（钎剂主要用来清除氧化物，保护钎焊区，增加润湿性）。 软钎料主要应用于焊接受力不大的常温工作的仪表、导电元件等。,软钎
2、焊,二、钎焊方法的分类,硬钎焊,硬钎焊是指使用的钎料熔点高于450的钎焊。其主要加热方式有：火焰加热、电阻加热、感应加热、炉内加热、盐浴加热等。软钎焊的接头强度不高（500MPa）。 硬钎焊所用的钎剂主要有：硼砂、硼酸和氟化物等。 硬钎料主要用于钎焊受力大，工作温度较高的工件。,三、钎焊的特点与熔化焊相比，钎焊具有如下优点：,用低熔点的钎料作为填充金属，钎焊时，钎料熔化、母材不熔化。 钎焊接头强度低，工作温度低，但焊接变形小，焊件尺寸精确。 钎焊可以焊接异种金属，还可以焊接异种材料。 可以焊接其它焊接方法难以焊接的特殊结构，如蜂窝结构。 可以采用整体加热，一次焊成整个结构的全部焊缝。生产率高，
3、易于实现焊接机械化自动化。,2 钎焊材料,一、钎料 对钎料的基本要求： 低于工件金属的熔点； 有足够的浸润性（钎料流入间隙的性能）； 有与工件金属适当的溶解和扩散能力； 焊接接头应具有一定的机械性能和物理、化学性能。,1.分类,根据熔点不同，钎料分为软钎料和硬钎料 软钎料：即熔点低于450的钎料，有锡铅基铅基（T150，一般用于钎焊铜及铜合金，耐热性好，但耐蚀性较差）、镉基（是软钎料中耐热性最好的一种，T=250）等合金。 软钎料主要用于焊接受力不大和工作温度较低的工件，如各种电器导线的连接及仪器、仪表元件的钎焊（主要用于电子线路的焊接） 常用的软钎料有：锡铅钎料（应用最广、具有良好的工艺性和
4、导电性，T100）、镉银钎料、铅银钎料和锌银钎料等。 软钎焊：指使用软钎料进行的钎焊。钎焊接头强度低（小于70Mpa）。,硬钎料：即熔点高于450的钎料，有铝基、铜基、银基、镍基等合金。 硬钎料主要用于焊接受力较大、工作温度较高的工件，如：自行车架、硬质合金刀具、钻探钻头等（主要用于机械零、部件的焊接） 常用的硬钎料有：铜基钎料、银基钎料（应用最广的一类硬钎料，具有良好的力学性能、导电导热性、耐蚀性。广泛用于钎焊低碳钢、结构钢、不锈钢、铜以及铜合金等）、铝基钎料（主要用于钎焊铝及铝合金）和镍基钎料（主要用于航空航天部门）等。 硬钎焊：指使用硬钎料进行的钎焊。钎焊接头强度较高（大于200Mpa）
5、。,2.钎料的编号,国标：B（表钎料代号（Braze）+化学元素符号（表钎料的基本组元）+数字（表基本组元的质量分数（%）+元素符合（表钎料的其它组元，按含量多少排序，不标含量（最多不超过6个）-其它特性标记（表钎料的某些特性，如“V”表示真空级钎料，“R”表示即可作钎料，又可作气焊丝的铜锌含量）。 如：B（钎料代号）Ag72Cu（银基钎料WAg=72%，并含有铜元素）-V（真空级钎料）,部标： （1）冶金部部标： “H1（表示钎料）+元素符号（表钎料基础组元）+元素符号（表钎料主要组元）+数字（表除基础组元外的主要组元的含量）-数字（表钎料中除基本、主要组元之外的其它组元的含量）” 如H1S
6、nPb10枣表示锡铅钎料 Wpb=10% H1AlCu26-4枣表铝基三元合金钎料Wcu=26%，其它合金元素为4%,（2）机械部部标 “HL（表钎料）+数字（表示钎料的化学组成类型1表示铜锌合金；2表示铜磷合金；3表银合金；4表铝合金；5表锌合金；6表锡铅合金；7表镍基合金）+数字+数字（表示同一类型钎料中的不同牌号）” 如HL605表第5号锡铅钎料。,二、钎焊焊剂,1. 钎剂的作用： （1）清除母材和钎料表面的氧化物及其它杂质 （2）以液态薄膜的形式覆盖在工件金属和钎料的表面上，隔离空气起保护作用保护钎料及焊件不被氧化。 （3）改善液态钎料对工件金属的浸润性，增大钎料的填充能力。,2.钎剂
7、的分类： 钎剂通常分为软钎剂、硬钎剂和铝、镁、钛用钎剂三大类。,(1）软钎剂 按其成分可分为无机软钎剂（具有很高的化学活性，去除氧化物的能力很强。能显著地促进液态钎料对母材的润湿。组分为无机酸和无机盐。一般的黑色金属和有色金属，包括不锈钢、耐热钢和镍铬合金等都可使用，但它残渣有腐蚀性，焊后必须清除干净）和有机软钎剂两类。 按其残渣对钎焊接头的腐蚀作用可分为腐蚀性、弱腐蚀性和无腐蚀性三类，其中无机软钎剂均系腐蚀性钎剂；有机软钎剂属于后两类。 常用的软钎剂有磷酸水溶液（只限于300以下使用，是钎焊含Cr不锈钢或锰青铜的适宜钎剂）、氯化锌水溶液和松香（只能用于300以下钎焊表面氧化不严重的金、银、铜
8、等金属）等。,（2）硬钎剂 常用的硬钎剂有硼砂、硼酸（活性温度高，均在800以上，只能配合铜基钎料使用，去氧化物能力差，不能去除Cr、Si、Al、Ti等的氧化物）、KBF4（氟硼酸钾，熔点低，去氧化能力强，是熔点低于750银基钎料的适宜钎剂）等。,3 钎焊方法及工艺,一、钎焊方法 钎焊常用的工艺方法较多，主要是按使用的设备和工作原理区分的。如按热源区分则有红外、电子束、激光、等离子、辉光放电钎焊等；按工作过程分有接触反应钎焊和扩散钎焊等。接触反应钎焊是利用钎料与母材反应生成液相填充接头间隙。扩散钎焊是增加保温扩散时间，使焊缝与母材充分均匀化，从而获得与母材性能相同的接头。几乎所有的加热热源都可
9、以用作钎焊热源，并依此将钎焊分类：,火焰钎焊 用可燃气体与氧气或压缩空气混合燃烧的火焰作为热源进行焊接。火焰钎焊设备简单、操作方便，根据工件形状可用多火焰同时加热焊接。这种方法适用于自行车架、铝水壶嘴等中、小件的焊接。,感应钎焊 利用高频、中频或工频感应电流作为热源的焊接方法。高频加热适合于焊接薄壁管件。采用同轴电缆和分合式感应圈可在远离电源的现场进行钎焊，特别适用于某些大型构件，如火箭上需要拆卸的管道接头的焊接。,炉中钎焊 将装配好钎料的工件放在炉中进行加热焊接，常需要加钎剂，也可用还原性气体或惰性气体保护，加热比较均匀。大批量生产时可采用连续式炉。,浸沾钎焊 将工件部分或整体浸入覆盖有钎剂
10、的钎料浴槽或只有熔盐的盐浴槽中加热焊接。这种方法加热均匀、迅速、温度控制较为准确，适合于大批量生产和大型构件的焊接。盐浴槽中的盐多由钎剂组成。焊后工件上常残存大量的钎剂，清洗工作量大。,二、钎焊工艺,(1)钎焊接头设计 钎焊的接头形式有对接、搭接、T型接、斜接四种基本形式。,(2).接头的装配间隙 钎焊接头的安装须保证合适均匀的钎缝间隙，针对所使用的铜磷钎料，要求钎缝间隙（单边）在0.05mm0.10mm之间。 间隙过大：会破坏毛细作用而影响钎料在钎缝中的均匀铺展，另外，过大的间隙也会在受压或振动下引起焊缝破裂和出现半堵或堵现象； 间隙过小：会防碍液态钎料的流入，使钎料不能充满整个钎缝使接头强
11、度下降； 钎缝间隙不均匀：会妨碍液态钎料在钎缝中的均匀铺展，从而影响钎焊质量。,2. 焊件表面准备,焊前要清除焊件表面及接合处的油污、氧化物、毛刺及其杂物，保证铜管端部及接合面的清洁与干燥，另外还需要保证钎料的清洁与干燥。 焊件表面的油污可用丙酮、酒精、汽油或三氯已烯等有机溶液清洗，此外热的碱熔液除油污也可以得到很好的效果，对于小型复杂或大批零件可用超声波清洗。 表面氧化物及毛刺可用化学浸湿方法，然后在水中冲洗干净并加以干燥。 对于铜管，必须用去毛刺机去除两端面毛刺，然后用压缩空气（压力P=0.6MPa）对铜管进行吹扫，吹干净铜屑。,3. 零件的装配和固定,经过表面准备处理的零件在实施钎焊前必
12、须先按图纸进行装配，可以用来固定零件的方法很多。对于尺寸小，结构简单的零件，可采用较简易的固定方法，诸如依靠自重、紧配合、滚花、翻边、扩口、旋压、模锻、收口、咬边、开槽和弯边、夹紧、定位销、螺钉、铆接、点焊等。对于结构复杂，生产量较大的焊件，主要装配固定方法是使用夹具。,4. 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。 放置钎料应遵循下述原则： （1）尽可能利用钎料的重力作用和钎料间隙的毛细作用来促进钎料填缝。 （2）保证钎料填缝时间隙内钎剂和气体有排出道路。 （3）钎料要安放在不易润湿或加热中温度较低零件上。 （4）安放要牢靠，不致在钎焊过程中因
13、意外干扰而错动位置。 （5）应使钎料的填缝的路程最短,5. 钎焊工艺参数,钎焊过程的主要工艺参数有钎焊温度和保温时间。钎焊温度通常选高于钎料液相线温度25-60，对某些结晶温度间隔宽的钎料，钎焊温度可以高于液相线温度100以上。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。,三、钎焊的缺陷及防止,1.钎缝的不致密性缺陷 钎缝的不致密性缺陷是指钎缝中的气孔、夹渣未焊透和部分间隙未填满等缺陷。这些缺陷会降低焊件气密性、水密性、导电性和强度。,防止钎缝的不致密性缺陷主要措施有：,(1)适当增大钎缝间隙 (2)采用不等间隙,2. 母材的自裂及钎焊接头的裂纹,钎焊时，除焊缝金属产生裂纹外，许多高强度材料，如不锈钢、镍基合金、铜钨合金等容易产生自裂。,为防止母材自裂和接头裂纹，可采取如下措施：,1）采用退火材料替代淬火材料。 2）有冷作硬化的焊件预先进行退火。 3）减小接头的刚性，使接头加热和冷却时能自由膨胀和收缩。 4）降低加热速度，尽量减少热应力的可能性。 5）在满足钎焊接头性能的前提下尽量选用低熔点钎料。 6）用气体火焰将装配好的焊件加热到足够高的温度及消除内应力，然后将焊件冷却到钎焊温度进行钎焊。,
