钎焊工艺.docx
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钎焊工艺
钎焊工艺规程
一、前言
钎焊是三大焊接方法（熔焊、压焊、钎焊）的一种。
钎焊是采用比焊件金属熔点低的金属钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料、低于焊件熔化温度，利用液态钎料润湿焊件金属，填充接头间隙并与母材金属相互扩散实现连接焊件的一种方法。
钎焊与熔焊相比，有下列优点：
a）钎焊时焊件不熔化。
在大多数情况下，钎焊温度比焊件金属熔点低得多，因此，钎焊后工件组织和机械性能变化小，应力及变形小。
b）可以钎焊任意组合的金属材料，可以钎焊金属与非金属。
c）可以一次完成多个零件的钎焊或套叠式、多层式结构焊件的钎焊。
d）可以钎焊极细极薄的零件，也可以钎焊厚薄及粗细差别很大的零件。
e）可以将某些材料的钎焊接头拆开，重复进行钎焊。
钎焊的不足之处是：
a）钎焊接头的比强度较熔焊低，因此常用搭接接头型式来提高承载能力。
b）钎焊工件连接表面的清理工件和工件装配质量要求都很高。
钎焊，按所用的热源不同，可分为：
火焰钎焊、感应钎焊、烙铁钎焊、电阻钎焊及炉中钎焊等。
空调制冷系统中钎焊采用火焰钎焊的方法，其通用性大、工艺过程较为简单，但火焰钎焊手工操作，加热温度和时间难以把握，因此要求操作人员具备熟练的操作技巧。
本手册主要介绍空调制冷系统生产、安装有关火焰钎焊方面内容。
二、钎焊原理
钎焊是利用液态钎料填满钎焊金属结合面的间隙面形成牢固接头的焊接方法，其工艺过程必须具备两个基本条件。
a）液态钎料能润湿钎焊金属并能致密的填满全部间隙；
b）液态钎料与钎焊金属进行必要的物理、化学反应达到良好的金属间结合。
1、液态钎料的填缝原理
钎焊时，液态钎料是靠毛细作用在钎缝间流动的，这种液态钎料对母材金属的浸润和附着的能力称之为润湿性。
液态钎料对钎焊金属的润湿性越好，则毛细作用越强，因此填缝会更充分。
影响钎料润湿性的因素有以下方面：
1）钎料和焊件金属成分影响
若钎料和钎焊金属在液态不互溶和固态不互溶，也不形成化合物，则它们之间的润湿性很差；若能液态互溶、固态互溶或形成化合物，则它们之间的润湿性很好。
2）钎焊温度的影响
温度的升高，可明显地改善润湿性。
但温度过高，润湿性太好，会造成钎料流失，还会因过火而产生熔蚀现象。
因此，在钎焊过程中，选择合适的钎焊温度是很重要的。
3）焊件金属表面清洁度
金属表面的氧化物及油污等杂质会阻碍钎料与焊件金属的接触，使液态钎料聚成球状而很难铺展，因此，钎焊时必须保证焊件金属接头处表面清洁。
4）焊件金属表面粗糙度
通常钎料在粗糙表面的润湿性比光滑面好。
这是由于纵横交错的纹路对液态钎料起到特殊的毛细作用。
2、钎料与焊件金属的相互作用
1）钎焊金属向钎料的溶解
从宏观上看，钎焊过程中钎焊金属不熔化，但是从微观上看，在液态钎料和固态钎焊金属之间发生钎焊金属向钎料中溶解和钎料向钎焊金属扩散的相互扩散反应。
钎焊金属在钎焊过程中向钎料的溶解，实为钎焊金属表面的微区熔化。
钎焊金属向钎料的溶解将导致如下后果：
改变钎料原来的成分，使钎料合金化，一般来说，可以提高钎缝的强度；
钎焊金属溶解过多会使钎料熔点的粘度升高，使填缝能力下降；
过度的溶解使表面出现溶蚀的缺陷，严重时出现溶穿。
影响钎焊金属向钎料溶解的因素有：
a）钎料的钎焊金属成分的影响
凡是钎料在钎焊金属上有好的润湿性，能顺利进行钎焊的情况下，钎焊金属在液态钎料中都会发生一定程度的溶解。
b）温度的影响
钎焊温度愈高，则溶解量愈大，溶解速度也愈快。
为了防止钎焊金属溶解过多，钎焊温度不宜过高。
c）保温时间的影响
钎焊金属在液态钎料中的扩散速度较快，保温时间长，溶解量大，达到饱和状态后，保温时间增长，溶解量不再增多。
但钎缝圆角处聚集钎料较多，保温时间增长，就使溶解量明显增多，所以钎缝圆角是最容易产生溶蚀的部位。
2）钎料组分向钎焊金属的扩散
液态钎料填满钎焊金属间隙时，钎焊组分由于与钎焊金属组分的差别或浓度的差别。
必然发生钎料组分向钎焊金属扩散的过程。
扩散量大小主要与浓度梯度、扩散系数、温度和保温时间等因素有关。
3）钎焊接头成分和组织
由于钎料和钎焊金属之间的冶金反应，使钎焊接头（钎缝）具有化学成分和组织不均匀的特点。
钎焊接头可粗略地划分为扩散区、界面区和中心区三个部分。
a）纤缝中心区主要由钎料组成，也有钎焊金属的溶解。
b）界面区由钎焊金属向钎料溶解而形成的，成分的组织比较复杂。
c）扩散区主要由钎焊金属组成，也有从钎料扩散来的元素。
三、铜管温度与钎料的关系
1、磷铜钎料在640~810℃熔化，银钎料在710~793℃熔化，铜管1080℃熔化。
2、铜管的色温标准
550℃暗褐色700~800℃红色900℃橙色1000℃黄色
四、气体火焰钎焊操作技术
所谓气体火焰钎焊是利用可燃气体与氧气混合燃烧的火焰进行加热的一种钎焊方法。
一般情况下，气体火焰钎焊的操作流程如下图所示。
1、焊前清理
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=）对铜管进行吹扫，吹干净铜屑。
2、清洁度检验
一般的焊件在焊前已有专门的清洁工序（如酸洗），但仍有可能因处理工序不佳或储存方式不正确而使焊件表面留有油污或水份，因此在接头装配和焊接前仍需要以目视和触摸的方式检验焊件表面的清洁度和干燥度，若发现焊件不干净、潮湿或被氧化，应挑出来重新处理方可焊接。
另外，焊料被污染应放弃使用或清洗后再使用。
3、接头安装
钎焊的接头形式有对接、搭接、T型接、卷边拉及套接等方式，制冷系统所采用的均为套接方式，不得采用其它接头方式。
1）钎焊间隙
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~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）套接长度
对于套接形式的钎焊接头，选择合适的套接长度是相当重要的。
一般铜管的套接长度在5mm-15mm，（注：
壁厚大于直径大于8mm的管，其套接长度不应小于8mm）；
毛细管的套接长度在10mm-15mm。
若套接管长度过短易使接头强度（主要指疲劳特性和低温性能）不够，更重要的是易出现焊堵现象。
4、安装检验
接头安装完毕后，应检验钎焊接头是否的变形、破损及套接长度是否合适，如图所示不良接头应力求避免，若出现不良接头应拆除重新安装后方可焊接。
这里是以铜管的套接为例来说明接头安装检验，铜管与法兰的套接与此相同。
5、充氮保护
接头安装经检查正常后开启充氮阀进行充氮保护，以防止铜管内壁受热而被空气氧化，焊前的充氮时间要求应依据具体工序的作业指导书要求，为保证焊前和焊接后有充足的氮气保护，对充氮要求如下表所示。
一般来说。
预充式（短时置换）停留的时间为3-5秒就需快速焊接。
管径
（mm）
氮气流量（焊接中）
（L/min）
焊后保持时间
（S）
氮气压力
（MPa）
＜10
≥4
≥3
预充式（短时置换）
边充边焊（连续置换）
≥10
≥6
≥6
~
~
6、冷却作业
1）冷却方法的分类
a）浸入式冷却
将需要冷却的部品完全浸没在水中进行钎焊的作业方法。
b）喷淋式冷却
向需要冷却的部品连续地淋水进行钎焊的作业方法。
c）湿布式冷却
用含水的湿布包裹需要冷却的部品进行钎焊的作业方法。
d）非接触式冷却
通过连续水流冷却工装外壁，来冷却部品进行钎焊的作业方法。
2）冷却方法的选择原则
确保冷却部品充分冷却，在钎焊的过程中，部品的非耐热部份最高温度不超过120℃;
便于操作，不影响钎焊质量和工作效率。
3）再冷却
为了防止钎焊余热使非耐热部品的温度上升，钎焊完成后，必须将钎焊部品浸入水中或淋水进行冷却，使温度降至室温。
7、调节火焰
1）焊接气体的组成
焊接气体由助燃气体（氧气）和可燃气体（液化石油气---LPG）两部分组成，LPG的主要成分是丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）及一定量的丙烯（C3H6）和丁烷（C4H8）等碳氢化合物。
此外为了增加液态钎料润温性及防止铜管外表被氧化，在O2-LPG混合气体中加入了气体助焊剂（其主要成分为硼酸三甲酯，要求含量为55-65%），三种气体混合物燃烧温度可达2400摄氏度。
2）火焰的分类
O2-LPG气体火焰可根据氧气与LPG的混合比不同,有三种不同性质的火焰：
氧化焰、中性焰和还原焰（亦叫碳化焰），三种火焰。
如图所示。
当O2与LPG的体积比为时为中性焰，小于时为还原焰，大于时则为氧化焰。
3）火焰调节方法
首先打开LPG气阀，点火后调节氧气阀调出明显的碳化焰后再缓慢调大氧气阀直到白色外焰距蓝色2~4mm，此时外焰轮廓已模糊，即内焰与焰心将重合，此时的火焰为中性焰，再调大氧气则变为氧化焰，氧化焰的焰心呈白色，其长度随氧气量增大而变短。
焊接铜管时应使用中性焰，尽量避免用氧化焰和碳化焰，气体助焊剂流量大小则需调到外焰呈亮绿色,另外也可依据焊后铜管的颜色来调节气体助焊剂,当焊后铜管有变黑的倾向时,则应调大气体助焊剂的流量,直到焊后铜管呈紫色为止。
焊接时，氧气与LPG的压力选择如下表：
焊接材料
钎料
钎剂
供气压力（MPa）
LPG
O2
紫铜——紫铜
磷铜钎料
气体助焊剂
黄铜——紫铜
钢——铜
银钎料
气体助焊剂+固体助焊剂
8、焊炬及焊嘴选择
使用通用焊炬进行钎焊时，最好使用多孔喷嘴（通常叫梅花嘴），此时得到的火焰比较分散，温度比较适当，有利于保证均匀加热。
焊炬及焊嘴的选择见下表：
1）焊炬的选择
铜管直径（mm）
≤
~
≥
焊炬型号
H01-6
H01-12
H01-02
2）焊嘴的选择
铜管直径（mm）
≥16
~
~
≤和毛细管
单孔嘴型
3号
2号
1号
/
梅花嘴型
4号
3号
2号
1号
以上两表是选择焊炬和焊嘴的一般原则，在实际选择中，还应考虑铜管的壁厚。
也就是说，必须根据铜管的直径和壁厚，综合选择焊炬和焊嘴。
9、加热
针对现有的情况，焊接有三种位置：
竖直焊、水平焊、倒立焊。
如下图所示：
三种施焊方式，加热方法如下图所示，管径大且管壁厚时，加热应近些。
为保证接头均匀加热，焊接时使火焰沿铜管长度方向移动，保证杯形口和附近10mm范围内均匀受热，但倒立焊时，下端不宜加热过多，若下端铜管温度太高，则会因重力和铺展作用使液态钎料向下流失。
注意事项：
a）管径较大时应选用大号的焊嘴，反之则用小号的焊嘴；
b）毛细管焊接时应尽可能避免直接对毛细管加热；
c）管壁厚度不同时应着重对厚壁加热；
d）螺纹管钎焊时，加热和保温时间比光铜管的时间要短些，以防钎料流失；
e）先加热插入接头中的铜管，使热量传导至接头内部。
10、加入钎料、钎剂
1）钎料加入方法
当铜管和杯形口被加热到焊接温度时呈暗红色，需从火焰的另一侧加入钎料，如果钎焊黄铜和紫铜，则需先加热钎料，焊前涂覆钎剂后方可焊接。
钎料从火焰的另一侧加入，有三方面的考虑，
其一：
防止钎料直接受火焰加热而因温度过高使钎料中的磷被蒸发掉，影响焊接质量；
其二：
可检测接头部分是否均匀达到焊接温度；
其三：
钎料从低温侧向高温润湿铺展，低温处钎料填缝速度慢，所以让钎料在低温处先熔化、先填缝，而高温侧填缝时间要短些，这样可使钎料不致于在低温处填缝不充分而高温侧填缝过度而流失，也就是使钎料能均匀填缝。
焊接时，可能出现焊料成球状滚落到接合处而不附着于工件表面的现象，可能的原因是：
被焊金属未达到焊接温度而焊料已熔化或被焊金属不清洁。
2）钎料的用量
以磷铜钎料（φ2×500mm）为例，在合理的间隙条件下，通过实际测量，与铜管直径相对应的钎料用量标准如下表：
铜管直径（mm）
消耗重量（g）
消耗长度（mm）
φ
10
φ
11
φ
15
φ
33
φ
44
φ22
φ
83
φ28
110
φ
130
11、加热保持
当观察到钎料熔化后，应将火焰稍稍离开工件，焊嘴离焊件40-60mm范围，等钎料填满间隙后，焊炬慢慢移开接头，继续加入少量钎料后再移开焊炬和钎料。
12、焊后处理
焊后应清除焊件表面的杂物，特别是黄铜与紫铜焊接后应用清水清洗或砂纸打磨焊件表面，以防止表面被腐蚀而产生铜绿，自动焊接时应用最后一排枪喷出出气体助焊剂的氛围中冷却，防止高温的铜管在冷却过程中被氧化。
注意事项：
a）目视检查钎焊部位，不应有气孔、夹渣、未焊透、搭接未溶合等；
b）去除表面的焊剂和氧化膜；
c）用水冷却的部件，必须用气枪吹干水份；
d）按规定定置摆放所有部件，避免碰伤、损坏。
13、焊后检验
对钎焊接的质量要求如下：
a）焊缝接头表面光亮,填角均匀,光滑圆弧过度。
b）接头无过烧、表面严重氧化、焊缝粗糙、焊蚀等缺陷。
c）焊缝无气孔、夹渣、裂纹、焊瘤、管口堵塞等现象。
d）部件焊接成整机后，进行气密试验时，焊缝处不准有制冷剂泄漏。
关于焊后泄漏检验，一般有三种方法；
1）压力检漏
给焊后的热交换器充以上的N2或干燥空气，然后对钎焊接头喷洒中性的洗涤剂，观察10秒钟内有无气泡产生，若有气泡产生则判为泄漏，需补焊或重焊。
此方法检验精度较低。
2）卤素检漏
此方法用于充冷媒后的热交换器检漏。
将卤素检漏仪的精度选择为2g/年，用探针沿各焊接头移动（探针离工件应保持在1~2mm以内，移动速度为20~50mm/s），若制冷剂泄漏速度大于2g/年，则检漏仪将自动报警。
此方法较压力检漏精度高，但受人为因素影响较大。
3）真空箱氦质谱检漏
向热交换器中充入一定压力的氦气，然后将其放入真空箱，并对真空箱抽真空至20Pa，此时通过探测仪检验真空箱中是否有热交换器泄漏出的氦气。
此方法比卤素检验更高，但它仅能检验热交换器是否有泄漏，而不能检查出具体的泄漏位置。
钎焊后应立刻检查焊缝是否饱满、圆滑、填缝是否充分、是否有氧化、焊蚀、气孔、夹渣、漏气及焊堵塞等现象，若检查发现有异常，则依“常见钎焊缺陷及处理对策”进行异常处理。
五、常见钎焊缺陷及处理对策
缺陷
特征
产生原因
处理措施
预防措施
钎焊未填满
接头间隙部分未填满
1．间隙过大或过小；
2．装配时铜管歪斜；
3．焊件表面不清洁
4．焊件加热不够;
5．钎料加入不够
对未填满部分重焊
1．装配间隙要合适；
2．装配时铜管不能歪斜；
3．焊前清理焊件；
4．均匀加热到足够温度；
5．加入足够钎料
钎缝成形不良
钎料只在一面填缝,未完成圆角,钎缝表面粗糙
1.焊件加热不均匀;
2.保温时间过长;
3.焊件表面不清洁
补焊
1.均匀加热焊件接头区域；
2．钎焊保温时间适当；
3．焊前焊件清理干净；
气孔
钎缝表面或内部有气孔
1．焊件清理不干净；
2．钎缝金属过热；
3．焊件潮湿；
清除钎缝后重焊
1．焊前清理焊件；
2．降低钎焊温度；
3．缩短保温时间；
4．焊前烘干焊件；
夹渣
钎缝中有杂质
1．焊件清理不干净；
2．加热不均匀；
3．间隙不合适；
4．钎料杂质量过高；
清除钎缝后重焊
1．焊前清理焊件；
2．均匀加热；
3．合适的间隙；
表面侵蚀
钎缝表面有凹坑或烧缺
1．钎料过多；
2．钎缝保温时间过长；
机械磨平；
1．适当钎焊温度；
2．适当保温时间
焊堵
铜管或毛细管全部或部分堵塞；
1．钎料加入太多；
2．保温时间过长；
3．套接长度太短；
4．间隙过大；
拆开清除堵塞物后重焊
1．加入适当钎料；
2．适当保温时间；
3．适当的套接长度；
氧化
焊件表面或内部被氧化成黑色
1．使用氧化焰加热；
2．未用雾化助焊剂；
3．内部未充氮保护或充氮不够；
打磨除去氧化物并烘干
1．使用中性焰加热；
2．使用雾化助焊剂；
3．内部充氮保护；
钎料
钎料流到不需钎料的焊件表面或滴落
1．钎料加入太多；
2．直接加热钎料；
3．加热方法不正确；
表面的钎料应打磨掉
1．加入适量钎料；
2．不可直接加热钎料；
3．正确加热。
泄漏
工件中出现泄漏现象
1．加热不均匀；
2．焊缝过热而使磷被蒸发；
3．焊接火焰不正确。
造成结碳或被氧化；
4．气孔或夹渣。
拆开清理后重焊或补焊
1.均匀加热，均匀加入钎料；
2.选择正确火焰加热；
3.焊前清理焊件；
4.焊前烘干焊件。
过烧
内、外表面氧化皮过多，并有脱落现象（不靠外力，自然脱落）所焊接头形状粗糙，不光滑发黑，严重的外套管有裂管现象
1．钎焊温度过高（过高使用了氧化焰）；
2．钎焊时间过长
3．已焊好的口又不断加热、填料
用高压氮气或干燥空气对铜管内外吹
1．控制好加热时间；
2．控制好加热的温度
六、补焊的技术要求
补焊是针对钎焊接头有缺陷的现象进行的一种补救措施，但不是所有有质量缺陷的接头都能采用此法。
1、不能采用补焊的几种接头
a）已经过烧的接头。
b）接头处的铜管已经熔蚀。
c）接头处开裂现象严重（一般大于2mm）
d）已经补焊过一次的接头。
e）接头处的铜管已经严重变薄。
2、能采用补焊的几种接头
a）接头间隙部分未填满。
b）钎料只在一面填缝，未完成圆角，钎缝表面粗糙。
c）钎缝中有杂质（清除钎缝后重焊）
d）有泄漏现象（未补焊过）
e）焊缝有气孔
f）接头部位及外套管壁焊瘤太大（超过2mm），需用外焰进行加热而且方向要向焊口处拨动。
3、注意的事项；
a）对于壁厚大于0.5mm的铜管，可以采用普通的铜磷钎料进行补焊；
b）对于壁厚小于0.45mm的铜管，可以采用含银钎料进行补焊；
c）确认冷冻循环中是否没有高压空气、混合气体、冷媒等。
如有，从接头或阀门处排出，确认循环内部没有压力；
d）确认泄漏部位，除去周围的可燃物；
e）彻底清洁需要钎焊的泄漏部位，如有氧化膜，可用砂纸轻轻打磨；
f）进行氮气置换，钎焊时必须先将第一次钎焊的焊料加热到可熔化的程度，再进行钎焊；
g）用湿布冷却钎焊部位，注意水不能溅到电气品和隔热材上；
h）用含有热水的布将钎焊部位的焊剂清除干净，如有必要，用砂纸清除氧化膜；
i）用干布将钣金件、配管和周围的水擦干。
七、安全技术
1、目视检查钎焊工具：
焊枪、气管、焊剂瓶、点火器等，保证其完好；
2、用发泡剂检查钎焊工具各连接部位是否有泄漏，保证无泄漏；
3、按规定穿戴劳动保护用品，不要穿戴油污的工作服、手套；
4、点火时必须十分注意，切勿将火焰朝向人；
5、作业完成后，必须关闭LPG气体和氧气的阀门；
6、液体焊剂瓶的安全装置必须齐全，并进行定期清洗，保持洁净；
7、液体焊剂量应处于焊剂瓶视镜的中部；
8、LPG气体和氧气管道上使用的压力表，必须经检定合格且在有效期内；
9、工装、夹具、工具等必须定置摆放。
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