铝合金的钎焊实用工艺Word文件下载.docx

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Solder,Flux,Solderjoints,Solderingequipment,Solderinggas

第一章钎焊的基本知识1

1.1焊接方法分类及金属材料的焊接性1

1.2钎焊的概念2

1.3钎焊的特点及应用2

1.4钎焊常用的工艺和方法5

第二章焊接材料和焊剂7

2.1焊接材料7

2.2钎焊焊剂9

第三章焊接接头及其质量检测11

3.1接头形式11

3.2钎焊接头的缺陷及防治12

第四章焊接的过程15

4.1焊接装置15

4.2焊接气体15

4.3焊接前的准备15

4.4焊接方法16

4.5钎焊后的清洗16

4.6钎焊操作中的安全与防护17

第五章关于铝钎焊工艺及其设备探讨18

5.1铝钎焊工艺18

5.2铝钎焊工艺的优缺点18

5.3氮气保护铝钎焊设备的基本要求19

参考文献21

第一章钎焊的基本知识

在高速发达的现代化工业中，金属成为了必不可少的材料，将这些金属材料做成工业产品，避免不了要进行连接，而焊接就是将这些零部件连接起来的一种主要的加工方法。

焊接作为制造业基础工艺和技术，为工业经济发展做出了重要贡献，在人类引以为自豪的各个领域，如航空航天，核能利用，电子信息等，都利用了焊接技术的先进成果。

作为即将成为“世界工厂”的中国，随着经济发展的需要，相信焊接技术必将得到更迅速的发展，并在工业生产中发挥更重要作用。

1.1焊接方法分类及金属材料的焊接性

1焊接方法及分类

焊接方法是指特定的焊接方法。

目前，焊接方法分类甚多。

通常情况下，按其焊接过程特点将其分为熔焊、压焊、钎焊三大种类。

每一种类又按不同方法细分若干小类，如图1-1。

图1-1焊接方法

2金属材料的焊接性

金属材料的焊接性是指材料在限定施工条件下焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。

[1]

1.2钎焊的概念

钎焊是利用比母材熔点低的金属材料作为钎料，加热母材到一定温度（高于钎料，低于母材），熔化的钎料润湿填充任处于固态的母材间隙，形成一种牢固接头的方法。

钎焊变形小，接头光滑美观，适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件，如蜂窝结构板、透平叶片、硬质合金刀具和印刷电路板等。

钎焊前对工件必须进行细致加工和严格清洗，除去油污和过厚的氧化膜，保证接口装配间隙，使用钎剂可增加钎料的润湿性。

间隙一般要求在0.01～0.1毫米之间。

常见的钎焊如图1-2所示。

图1-2钎焊过程

与熔焊相比，钎焊时母材不熔化，仅钎料熔化；

与压焊相比，钎焊时不对焊件施加压力。

钎焊形成的焊缝称为钎缝，钎焊所用的填充金属称为钎料。

钎焊过程：

一是液体钎料填满钎缝的过程，二是钎料与母材相互作用的过程。

钎焊的加热方式有烙铁加热、火焰加热、电阻加热、感应加热、浸渍加热和炉中加热等。

烙铁加热温度较低，一般只适于软钎焊。

浸渍加热类型有盐浴加热和金属浴加热，本身即提供钎剂或钎料，加热快，接头洁净。

炉中加热：

气氛、炉温可控，加热均匀、焊件变形小。

浸渍加热和炉中加热均可用于同时焊多件或多条钎缝，特适合于焊接形状复杂且多钎焊缝的零件。

[2]

1.3钎焊的特点及应用

1.3.1与熔焊相比，钎焊特点：

1、稳定性好

钎焊时，可采用工件整体加热，可使接头光滑平整，组织和机械性能变化小，变形小，焊件变形可降到最低程度，易保证焊件的尺寸精度.

2、应用围广

可焊异种金属，也可焊异种材料，且对工件厚度差无严格限制，例如金属与玻璃的钎焊。

3、生产效率高

钎焊对母材的物理化学性能影响小，焊接应力和变形较小，可焊接性能差别较大的异种金属，能同时完成多条焊缝，生产效率很高。

4、经济性好

钎焊设备较简单，生产投资费用少，但钎焊接头的强度较低，耐热能力较差。

[3]

1.3.2钎焊的应用

1铝钎焊技术在电子产品中的应用

铝钎焊作为铝合金连接的重要方法具有钎焊件变形小、尺寸精度高等优点，近年来在我国得到广泛的应用

由于铝合金密度小、耐腐蚀、导热和导电性好且具有一定的比强度,铝合金材料应用围不断扩大电子设备中散热器、冷板和平板缝隙天线基本上采用铝合金钎焊结构。

空气炉中钎焊散热器和冷板工件钎焊质量良好工艺过程稳定设备投资少综合成本小采用该工艺已生产散热器、冷板等工件300多套,氮气保护炉钎焊质量更好。

2钎焊技术在金刚石工具中的应用

上世纪80年代末人们开始探索钎焊技术用于金刚石工具制作。

采用在金刚石表面镀覆某些过渡族元素（如Ti、Cr、W等），并与其发生化学反应在表面形成碳化物。

通过这层碳化物的作用金刚石、结合剂、基体三者就能通过钎焊实现牢固的化学冶金结合,从而实现真正的金刚石表面金属化,这就是金刚石钎焊的原理。

[4]从已发表的专利和文章中可以看出该技术可使金刚石最大出刃值达到粒径的2/3工具寿命提高3倍以上。

目前,用钎焊法制作金刚石或立方氮化硼工具已开始成为热点技术但仅局限于单层工具对于多层实现“孕镶”尚未见有成果发表。

钎焊技术在金刚石工具制造过程中有着很好的发展前景应尽快使这一技术实现产业化。

3钎焊技术在稳态热交换器上的应用

据报道一种曾用于汽车和卡车散热器制造的叫CuproBraze的铜钎焊工艺现可用于稳态热交换器的制造。

这种技术能让热交换器通过加热炉一次完成钎焊。

黄铜管和紫铜叶片可制成寿命很长、传热特性极好的坚固装置。

该工艺可用于比卷边接缝管更为复杂的钎焊快速闭合管等新管的制作。

该钎焊技术由抗退火黄铜管和紫铜叶片合金以及填充材料组成。

抗退火合金能经受600℃的钎焊高温其强度损失不大。

钎焊填充金属属于CuSnNiP系列，可制成薄片、软膏或淤浆等状。

4钎焊技术在自行车行业中的应用

车架感应钎焊技术欧美国家和日本等国在车架焊接上大多采用机械钎焊，包括感应钎焊、钨极惰性气体保护焊以及氩弧焊等焊接技术。

被人们称之为欧洲自行车王国的荷兰有些自行车生产厂商则选用了车架感应钎焊技术。

荷兰有名的自行车大厂—GazeIle公司就采用了感应钎焊技术焊接车架。

据介绍，荷兰Gazelle公司所使用的这种感应钎焊技术不仅能确保感应线圈和焊接工件之间的配合尺寸精确，而且在焊接时还能使感应线圈精确地围绕焊接工件进行加热可有效节省能源、电能，提高工作效率。

除此之外，此种感应钎焊技术还具有其它各种优点，可有效防止工件表面产生氧化物。

同时，它还可取消使用助溶剂以及研磨、抛光、磷化等后道清洗处理工序。

5铜硬钎焊技术在汽车行业中的应用

铜硬钎焊技术是一项由国际铜业协会开发，奥托昆普铜带公司实施，专门为制造汽车和重工业热交换器而开发出的一种钎焊工艺技术。

目前使用铜硬钎焊技术可生产用于客车、卡车和工程机械的散热器、暖风机、机油冷却器、中冷器、冷凝器和蒸发器等。

自1998年起，拥有铜硬钎焊技术专利的奥托昆普铜带公司在我国一汽、上汽、东风汽车、亚星-奔驰客车公司、通用汽车等企业都已作过铜硬钎焊技术的介绍和推广会。

[8]据了解，目前除了水箱厂外，中国一汽等国企业也都在关注这一新技术，有的合作已取得了进展。

6钎焊技术在异种材料的先进连接中的应用

钎焊是最适于异种材料连接的方法,几乎可以连接所有的异种材料组合,包括异种金属、异种非金属、金属与陶瓷、金属与化合物、金属与复合材料等。

由于母材在钎焊过程中并不发生熔化,因此大大降低异种金属之间形成金属间化合物的可能性,有效提高了异种金属连接的综合性能。

随着异种材料连接结构的应用前景不断扩大,其连接技术也会越来越受到重视。

[12]钎焊技术是目前异种材料连接的最重要的方法之一。

熔钎焊、电子束钎焊、激光钎焊和活性软钎焊等都是近年发展起来的新方法,在异种材料的连接方面还处于研究阶段。

在新技术不断发展的今天,适用于异种材料组合的连接技术越来越多,新技术的不断发展为异种材料的连接提供着新的技术保障。

7钎焊技术在制冷行业中的应用

随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高,近年来我国制冷行业得到了迅速发展.空调器、冰箱、冷柜以及其他制冷产品的需求量越来越大,产量逐年增加。

据有关部门提供的资料,主要家用制冷产品,不含压缩机2001年的实际产量达2800万台,2002年产量达到3200万台。

[12]钎焊在制冷行业的生产中是关键工序之一,同时也是不可替代的加工工艺,而制冷行业新产品、新材料、新工艺的应用又为钎焊工艺、材料的发展注入了强大的推动力。

钎焊在压缩机生产中主要用于壳体与吸气管、排气管、工艺管三管的连接。

钎焊在空调器生产中主要用于热交换器及总装过程管路系统各接点的连接。

在冰箱、冷柜等产品的生产中钎焊主要用于总装线上各管口的连接。

1.3.3钎焊技术的发展趋势

钎焊技术的发展越来越趋向于精密控制和数值分析,各种新型仪器和分析方法的发展也推动了钎焊技术的研究。

要取得国先进钎焊技术的进展,应该加大基础理论的机理性研究,同时提高试验分析方法的精度。

钎焊工艺及设备的发展,电弧钎焊、瞬态液相钎焊、红外钎焊、真空钎焊、直流电阻钎焊、扩散钎焊、高频钎焊、微电子钎焊、激光软钎焊、再流焊和波峰焊、钎焊自动化。

1.4钎焊常用的工艺和方法

钎焊过程的主要工艺参数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25-60℃，以保证钎料能填满间隙。

钎焊保温时间视工件大小及钎料与母材相互作用的剧烈程度而定。

大件的保温时间应长些，以保证加热均匀；

钎料与母材作用强烈的，保温时间要所必需的，但过长的保温时间将导致熔蚀等缺陷的发生。

由以上可知适当的保温时间也是必需的。

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以用作钎焊热源，并依此将钎焊分类：

烙铁钎焊：

用于细小简单或很薄零件的软钎焊。

波峰钎焊：

用于大批量印刷电路板和电子元件的组装焊接。

施焊时,250℃左右的熔融焊锡在泵的压力下通过窄缝形成波峰，工件经过波峰实现焊接。

这种方法生产率高，可在流水线上实现自动化生产。

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。

浸沾钎焊：

将工件部分或整体浸入覆盖有钎剂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。

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，特点是整体加热比较均匀，变形小，经济性好。

大批量生产时可采用连续式炉。

真空钎焊：

工件加热在真空室进行，可有效的排除空气对焊件的有害影响，主要用于要求质量高的产品和易氧化材料的焊接。

第二章焊接材料和焊剂

2.1焊接材料

2.1.1钎料的分类

钎料是钎焊时用做填充金属的材料，形成钎焊接头的填充金属，钎焊接头的质量在很大程度上取决钎料。

1对钎料的基本要求[15]：

（1）低于工件金属的熔点

钎料应具有合适的熔化温度围，至少应比母材的熔化温度围低几十度。

（2）有足够的浸润性（钎料流入间隙的性能）

在钎焊温度下，应具有良好的润湿性，以保证充分填满钎缝间隙。

（3）有与工件金属适当的溶解和扩散能力

钎料与母材应有扩散作用，以使其形成牢固的结合。

（4）所获得的钎焊接头应符合产品的技术要求，满足力学性能、物理化学性能、使用性能方面的要求。

（5）钎料应具有稳定和均匀的成分，尽量减少钎焊过程中合金元素的损失。

（6）钎料的经济性要好,应尽量少含或不含稀有金属和贵重金属,以降低成本，还应保证钎焊的生产率要高。

2钎料应具有加工变形能力，以便于制成各种形状。

（1）根据熔点不同，钎料分为软钎料和硬钎料

①软钎料：

即熔点低于450℃的钎料，有锡铅基、铅基（T<

150℃，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（应用最广泛、具有良好的工艺性和导电性，T<

100℃）、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）。

②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）。

（2）按照钎料的主要合金元素分

钎料按其主要合金元素可分为锡基、铅基、铝基等钎料。

（3）按照钎料的制成形状分

钎料按其制成形状可分为丝、棒、片、箔、粉状或特殊形状钎料（例如环形钎料或膏状钎料等）。

2.1.2钎料的润湿与铺展

钎焊时，只有熔化的液体钎料很好地润湿母材表面才能填满钎缝。

衡量钎料对母材润湿能力的大小，可用钎料（液相）与母材（固相）相接触时的接触夹角大小来表示。

影响钎料润湿母材的主要因素有[16]：

（1）钎料和母材的成份

若钎料与母材在固态和液态下均不发生物理化学作用，则他们之间的润湿作用就很差，如铅与铁。

若钎料与母材能相互溶解或形成化合物，则认为钎料能较好地润湿母材，例如银对铜。

（2）钎焊温度

由于钎焊加热温度的升高，由于钎料表面力下降等原因会改善钎料对母材的润湿性，但钎焊温度不能过高，否则会造成钎料流失，母材晶粒粗大等缺陷，因此合理选择钎焊温度是非常重要的。

（3）母材表面氧化物

如果母材金属表面存在氧化物，液态钎料往往会凝聚成球状，不与母材发生润湿，所以，钎焊前必须充分清除氧化物，才能保证良好的润湿作用。

（4）母材表面粗糙度

当钎料与母材之间作用较弱时，母材表面粗糙的沟槽起到了特殊的毛细作用，可以改善钎料在母材上的润湿与铺展。

（5）钎剂

钎焊时使用钎剂可以清除钎料和母材表面的氧化物，同时也可降低液态钎料的表面力，改善润湿作用。

2.1.3钎料的毛细流动

钎焊时，液体钎料要沿着间隙去填满钎缝，由于间隙很小，如同毛细管，所以称之为毛细流动。

毛细流动能力的大小，能决定钎料能否填满钎缝间隙。

影响液体钎料毛细流动的因素很多，主要有钎料的润湿能力和接头间隙大小等，如钎料对母材润湿性好，接头有较小的间隙，都可以得到良好的钎料流动与填充性能。

足够的加热保温时间也可影响毛细作用

2.1.4钎料与母材的相互作用

钎焊时，液态钎料在毛细填隙过程中与母材发生相互物理化学作用，这种相互作用对钎焊接头的性能影响很大，它们可以分为两种：

（1）母材向钎料的溶解

钎焊时一般都发生母材向液体钎料的溶解过程，可使钎料成份合金化，有利于提高接头强度。

但母材的过度溶解会使液体钎料的熔点和粘度升高，流动性变差，往往导致不能填满钎缝间隙，同时可能使母材表面因过分溶解而出现凹陷等缺陷。

（2）钎料组份向母材扩散

钎焊时，也出现钎料组份向母材的扩散，扩散以两种方式进行：

一种是钎料组元向整个母材晶粒部扩散，在母材毗邻钎缝处的一边形成固溶体层，对接头不会产生不良影响。

另一种是钎料组元扩散到母材的晶粒边界，常常使晶界发脆，尤其是在薄件钎焊时比较明显。

为了使钎接部分连接牢固，增强钎料的附着作用，钎焊时要用钎剂。

它的作用是清除钎料和母材表面的氧化物，保护焊件和液态钎料在钎焊过程中免于氧化，改善液态钎料对焊件的润湿性。

2.2钎焊焊剂

钎剂就是钎焊时使用的熔剂。

钎剂的作用是清除母材和钎料表面的氧化物及其它杂质；

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；

改善液态钎料对工件金属的浸润性，增大钎料的填充能力。

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。

由于铬会形成稳定的氧化物，因此应该采用活性很强的钎剂。

软钎焊时，须采用氯化锌盐酸溶液、氯化锌一氯化钱盐酸溶液或磷酸。

硬钎焊时，在用银铜锌、银铜锌锡钎料时可采用Q7101,QJIV2。

用铜基钎料钎焊时，应采用含氟化钙的QJZOO。

[20]

第三章焊接接头及其质量检测

3.1接头形式

接头形式的选择应根据结构形状、强度要求、工件厚度、焊缝位置、焊后应力与变形大小及焊接材料消耗等因素综合考虑。

（1）接头设计

钎焊接头承载能力与接合面大小有关。

因此，钎焊接头一般采用搭接接头或套接接头。

如图3-1所示。

图3-1典型的钎焊接头形式

（2）搭接长度

如果太长就消费材料，增加构件重量；

但太短，则不能满足强度要求。

在实际生产中，搭接长度通常为钎焊金属厚度的3～4倍，但很少超过15mm。

（3）装配间隙

设计钎焊接头时，应考虑钎焊件的装配定位和钎料的安置等。

装配时，装配间隙要均匀、平整和适当。

间隙太小，会影响钎料的渗入与润湿，达不到全部焊合；

间隙太大，则破坏钎料的毛细作用，会降低钎焊接头强度，且浪费钎料。

一般钎焊接头间隙取为0.05～0.2mm。

现有部分材料间隙表3-1

表3-1各种材料钎焊接头间隙表

母材种类钎料种类间隙／mm

碳钢铜钎料0.01～0.05

黄铜钎料0.05～0.20

银基钎料0.02～0.15

锡钎料0.05～0.20

不锈钢铜钎料0.02～0.07

黄铜钎料0.05～0.10

银基钎料0.07～0.25

铜及铜合金黄铜钎料0.07～0.25

银基钎料0.05～0.10

锡钎料0.07～0.25

铜磷钎料0.05～0.20

铝及铝合金铝基钎料0.10～0.30

锡锌钎料0.10～0.30

3.2钎焊接头的缺陷及防治

3.2.1钎焊接头常见的缺陷及其成因：

（1）填隙不良，部分间隙未被填满

产生原因：

①接头设计不合理，装配间隙过大或过小，装配时零件歪季斜。

②钎剂不