《材料连接设备及工艺 教学课件 ppt 作者 杨立军 第12章 钎焊工艺基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料连接设备及工艺 教学课件 ppt 作者 杨立军 第12章 钎焊工艺基础（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第12章 钎焊工艺基础,12.1 钎焊的润湿、填缝过程 12.2 钎焊的去膜过程 12.3 钎料与母材的相互作用 12.4 钎焊材料,12.1 钎焊的润湿、填缝过程,12.1.1 钎料的润湿 12.1.2 钎料的填缝过程,12.1.1 钎料的润湿,1.基本原理 2.影响钎料润湿性的因素,1.基本原理,图12-1 液滴在固体表面上的润湿铺展示意图,1.基本原理,表12-1 润湿性能评定标准,2.影响钎料润湿性的因素,图12-2 钎料润湿性的影响因素,(1)钎料与母材的成分 若钎料与母材在液态和固态下均不发生物理,2.影响钎料润湿性的因素,化学作用，则它们之间的润湿作用就很差。 (2)母材表面状态
2、 母材表面常常覆盖着油膜、油脂、很厚的氧化膜或大气尘埃，这些物质的存在就会导致钎料不能润湿母材，所以钎焊前必须去除母材表面的这些物质。 (3)钎剂 实际钎焊过程中金属母材表面上往往存在明显的氧化膜，并且在钎焊过程中金属母材还可能继续发生氧化现象，因此很多钎焊过程都使用钎剂。 (4)钎焊温度 温度对钎料润湿性影响很大。 (5)钎焊时间 钎焊时间对钎料润湿性的影响也比较复杂，钎焊时间过短，钎料来不及铺展，因为润湿具有一个产生和发展的过程；但是随时间延长，有的钎料与母材之间可能还会产生润湿消退现象。,2.影响钎料润湿性的因素,(6)钎焊气氛 金属母材表面氧化膜对钎料的润湿性存在严重的障碍，因此在钎焊
3、金属时一般要去除金属母材表面的氧化膜。,12.1.2 钎料的填缝过程,图12-3 毛细管现象 a)润湿 b)不润湿,12.2 钎焊的去膜过程,12.2.1 钎剂去膜 12.2.2 气体介质去膜 12.2.3 机械及物理去膜,12.2.1 钎剂去膜,1.钎剂作用及性能 2.钎剂的组成,1.钎剂作用及性能,在钎焊技术中利用钎剂去膜是目前使用得最广泛的一种方法。钎剂在钎焊过程中起着如下作用：清除母材和钎料表面的氧化物；以液体薄层覆盖母材和钎料表面，隔绝空气而起保护作用；起界面活性作用，改善液态钎料对母材的润湿。 钎剂的熔点和最低活性作用温度应低于钎料熔点，具有良好的热稳定性，钎焊时流动性好，钎剂及其
4、残渣不应对母材和钎缝有强烈的腐蚀作用，钎焊后钎剂的残渣应当容易清除。但是，实用的钎剂并不总能全面满足上述的性能要求，特别是在去膜能力和腐蚀作用两种性能之间往往出现矛盾，通常只能在满足去膜能力要求的前提下依靠工艺措施来防止其腐蚀作用。,2.钎剂的组成,(1)钎剂基体组分 主要作用是使钎剂具有需要的熔点，作为钎剂其他组分以及钎剂作用产物的溶剂，铺展形成致密的液膜、覆盖母材和钎料表面，防止空气的有害作用。 (2)去膜剂 溶解母材和钎料表面氧化膜。 (3)活性剂 由于钎剂中去膜剂的添加量受到限制，有时氧化膜的溶解相当缓慢，以致不能完全去除。,12.2.2 气体介质去膜,1.中性气体 2.真空 3.活性
5、气体,1.中性气体,表12-2 一些金属氧化物在大气中完全分解的温度,2.真空,表12-3 氧化物分解需要的真空条件,3.活性气体,表12-4 一些元素在真空中发生显著挥发的温度,3.活性气体,图12-4 一些氧化物与氢的还原可逆反应与氢气露点及温度的关系曲线,12.2.3 机械及物理去膜,1.机械去膜过程 2.物理去膜过程,1.机械去膜过程,在钎焊某些金属及合金时，可利用机械刮擦作用破除母材表面的氧化膜。机械去膜过程有两种不同形式：一种是借助于坚硬的物体，诸如刮刀、锉、钢刷、烙铁等，沿母材表面加一定压力拖动来实现；另一种是直接利用钎料棒端头，施以压力沿加热到钎焊温度的母材表面拖动，在拖动过程
6、中，即在破除氧化膜的同时钎料端头受热熔化。这种去膜过程的特点是，只有去膜工具刮擦到的地方表面氧化膜才会被破除，一般只作为钎焊接头的第一步。低温钎焊某些金属时，例如铝及其合金，由于缺少可用的钎剂和气体介质，这种去膜方法还是方便有效的。,2.物理去膜过程,1)通过烙铁将超声波传入钎焊面上的液态钎料中。 2)超声波装置连接于熔化钎料槽。,12.3 钎料与母材的相互作用,12.3.1 母材向钎料的溶解 12.3.2 钎料组分向母材的扩散,12.3.1 母材向钎料的溶解,(1)溶解量同相图的关系 母材向钎料的溶解与它们之间的相图密切有关。 (2)钎焊温度的影响 母材向液态钎料的溶解速度与钎焊温度的关系如
7、图12-10所示。 (3)加热保温时间的影响 在钎焊加热保温期间，母材会在液态钎料中扩散，其速度是比较快的。,12.3.1 母材向钎料的溶解,图12-5 钎焊溶蚀缺陷 a)溶蚀 b)溶穿,(1)溶解量同相图的关系 母材向钎料的溶解与它们之间的相图密切有关。,图12-6 A-B形成简单共晶的相图,(1)溶解量同相图的关系 母材向钎料的溶解与它们之间的相图密切有关。,图12-8 钎缝钎角处镍的溶解深度(保温20min) 1Ni-4B 2Ni-4Be 3Ni-11Si,图12-10 母材的溶解速度与温度的关系 a)形成固溶体或简单共晶 b)交界面上形成金属间化合物,(2)钎焊温度的影响 母材向液态钎
8、料的溶解速度与钎焊温度的关系如图12-10所示。,(3)加热保温时间的影响 在钎焊加热保温期间，母材会在液态钎料中扩散，其速度是比较快的。,图12-11 铜在液态锌中的溶解情况 1440 2480 3580 4620,12.3.2 钎料组分向母材的扩散,1)钎料及其组元在固态下向母材晶界扩散。 2)钎料及其组元向母材晶界渗入，同时形成易熔组织。,12.3.2 钎料组分向母材的扩散,表12-5 一些元素的扩散系数,12.3.2 钎料组分向母材的扩散,图12-12 Al-28Cu-6Si钎料钎焊铝合金的微观组织,图12-14 产生晶间渗入的钎料同母材的相图 a)-相图 b)-相图,12.4 钎焊材
9、料,12.4.1 钎焊材料概况 12.4.2 软钎料与钎剂 12.4.3 硬钎料与钎剂 12.4.4 贵金属钎料,12.4.1 钎焊材料概况,1.对钎焊材料的基本要求 2.钎料的分类 3.钎料的编号,1.对钎焊材料的基本要求,1) 应具有合适的熔化范围。 2) 应具有良好的润湿性，能充分填满钎缝。 3) 钎料与母材的扩散作用，应保证它们之间形成牢固的结合。 4) 具有稳定和均匀的成分，尽量减少钎焊过程中的偏析现象和易挥发元素的损耗等。 5) 钎焊接头能满足产品的技术要求，如力学性能(强度、塑性、冲击韧度等)和物理化学性能(导电性、导热性、抗氧化性、耐蚀性等)方面的要求。 6) 必须考虑钎料的经
10、济性，应尽量少用或不用稀有金属和贵重金属。,2.钎料的分类,图12-15 各种软钎料的熔点范围,3.钎料的编号,3.钎料的编号,表12-6 原机械电子工业部钎料牌号,12.4.2 软钎料与钎剂,1.软钎料 2.软钎剂 3.铝用软钎剂,1.软钎料,(1)锡基钎料,图12-17 Sn-Pb相图,1.软钎料,表12-7 锡基钎料的特性与用途,1.软钎料,表12-7 锡基钎料的特性与用途,1.软钎料,(2)钎焊铝用软钎料 钎焊铝用软钎料可分为三类：低温软钎料、中温软钎料和高温软钎料。,表12-8 钎焊铝用软钎料,表12-9 锌基钎料的特征与用途,(3)铅基钎料 纯铅润湿铜、铁、铝、镍等常用金属困难，常
11、用的铅基钎料是在铅中添加银、锡、镉、锌等合金元素组成的，,1.软钎料,主要有H1AgPb97、H1AgPb92-5.5、H1AgPb83.5-15-1.5、H1AgPb65-30-5等类型。 (4)镉基钎料 镉基钎料是软钎料中耐热性最好的之一，工作温度可达250。,2.软钎剂,(1)无机软钎剂 这类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。,表12-10 常用腐蚀性无机软钎剂成分及用途,(2)有机软钎剂,2.软钎剂,表12-11 国内外一些应用较广的松香类钎剂,3.铝用软钎剂,(1)铝用有机软钎剂 这类钎剂一般由胺类有机物，例如三乙醇胺作为基体组分、氟硼酸
12、或氟硼酸铰为去膜剂、重金属氟硼酸盐作活性剂组成。,表12-12 铝用有机软钎剂的典型成分,(2)铝用反应钎剂 反应钎剂的主要组分是锌、锡等重金属的氯化物。,3.铝用软钎剂,图12-18 Ag-Cu相图,3.铝用软钎剂,表12-13 典型的铝用反应钎剂,12.4.3 硬钎料与钎剂,1.硬钎料 2.硬钎剂 3.铝用硬钎剂,1.硬钎料,表12-14 银基钎料的牌号、成分及主要性能,(1)银基钎料,1.硬钎料,表12-14 银基钎料的牌号、成分及主要性能,1.硬钎料,表12-15 银铜锌锡钎料的牌号、成分和性能,(2)铜基钎料 铜基钎料是另一类应用很广的硬钎料，其中较常用的纯铜钎料和铜锌钎料特性及用途
13、见表12-16。,1.硬钎料,表12-16 铜和铜锌钎料的特性及用途,1.硬钎料,表12-16 铜和铜锌钎料的特性及用途,1.硬钎料,(3)铝基钎料 铝基钎料主要用来钎焊铝及铝合金，钎焊其他金属时，钎料表面氧化物不易去除，并且铝容易同其他金属形成脆性化合物，影响接头质量。,1.硬钎料,表12-17 铝基钎料的成分、特性与用途,1.硬钎料,表12-17 铝基钎料的成分、特性与用途,1.硬钎料,(4)锰基钎料 当接头工作温度高于600时，银基和铜基钎料都不能满足要求，此时可采用能承受更高工作温度(600700)的锰基钎料。 (5)镍基钎料 镍基钎料用于钎焊高温工作的焊件。,2.硬钎剂,图12-19
14、 硼砂-硼酸系平衡相图,1) 活性温度高，均在800以上，只能配合铜基钎料使用。,2.硬钎剂,2) 去除氧化物的能力不强，不能去除铬、硅、铝、钛等的氧化物，因此不能用来钎焊含这些元素多的合金钢、不锈钢和高温合金。 3) 残渣对金属的腐蚀作用虽然不大，但在接头表面形成玻璃状硬壳，它不溶于水，也难用机械方法清除干净。,2.硬钎剂,表12-18 一些典型的硬钎剂的成分及用途,2.硬钎剂,表12-18 一些典型的硬钎剂的成分及用途,3.铝用硬钎剂,(1)氯化物基硬钎剂 这是目前应用较广的一类钎剂。,表12-19 一些典型铝钎剂成分,(2)氟化物基硬钎剂 氯化物基钎剂对母材的强腐蚀作用给生产使用带来许多
15、困难。,12.4.4 贵金属钎料,1.金基钎料 金与铜能形成无限固溶体，因此按不同比例可以配制成不同熔点的钎料。金铜钎料由于蒸气压低，合金元素不易挥发，因而特别适合于电真空焊件的钎焊。Au-17.5Ni金镍钎料是金基钎料中具有代表性的一种。它熔点合适，蒸气压低，高温强度、塑性和抗氧化性都好，所以在国外航空工业、电子工业中曾得到广泛的应用。但金镍钎料是稀缺昂贵的合金，目前在航空航天领域内正在被其他钎料(如5Ag-Cu-Pd、Cu-Mn-Co等钎料)逐步取代。 2.含钯钎料 钯能完全溶于银和镍中形成无限固溶体，含钯钎料对不锈钢和高温合金的溶蚀性小，适于钎焊薄件。含钯钎料具有良好的润湿性，甚至能润湿轻微氧化的金属表面。,
