关于钎焊焊接工艺报告doc.docx

关于钎焊焊接工艺报告doc.docx

《关于钎焊焊接工艺报告doc.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《关于钎焊焊接工艺报告doc.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

关于钎焊焊接工艺报告doc

关于钎焊焊接铜管件的工艺报告

郭慧惠2001年11月20日

1．钎焊：

钎焊是采用液相线温度比母材固相线温度低的金属材料作钎料，将零件和钎料加热到钎料熔化，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互溶解和扩散而实现连接零件的方法。

钎焊时并非任何液态金属均能填充接头间隙。

也就是说，必须具备一定的条件，此条件就是润湿作用和毛细作用。

1〕钎料的润湿作用：

润湿是液态物质与固态物质接触后相互粘附的现象。

当液态处于自由状态下，为使其本身处于稳定状态，它力图保持球形的表面。

而当液态与固态接触时，这种情况将发生改变，其变化取决于液体内部的内聚力和液固两相间的附着力的相互关系。

如果内聚力大于附着力，则液体不能沾附在固体表面上。

当附着力大于内聚力时，液体就能粘附在固体表面，即发生润湿作用。

钎焊时，熔态钎料如果不能粘附在固态母材的表面就不可能填充接头间隙；只有在熔态钎料润湿母材的情况下，填隙作用才有可能实现。

衡量钎料对母材润湿能力的大小，可用钎料与母材相接触时的接触夹角大小来表示。

液固两相的切线夹角θ即为润湿角。

当0。

<θ<90。

时，可认为钎料能润湿母材。

当90。

<θ<180。

时，则认为钎料不能润湿母材。

θ＝0。

表示钎料完全润湿母材。

θ＝180。

表示钎料完全不润湿。

钎焊时钎料的润湿角应小于20。

。

2〕毛细作用：

在实际生产中，绝大部分钎焊过程是毛细钎焊过程。

即钎焊时液态钎料不是单纯地沿固态母材表面铺展，而是流入并填充接头间隙。

通常间隙很小，类似毛细管，钎料就是依靠毛细作用而在间隙内流动的。

因此，钎料的填缝效果还与毛细作用有关。

将间隙很小的两平行板插入液体中时，液体在平行板的间隙内会自动上升或下降。

当液体能润湿平行板时，间隙内液体上升；否则就下降。

显然，只有当熔态钎料具有对母材有良好的润湿能力时，才能实现填隙作用。

其次，液体沿间隙上升的高度与间隙大小成反比。

随着间隙减小，上升高度增大。

因此，为使液态钎料能填充全部接头间隙，必须在设计和装配钎焊接头时保证小的间隙。

2．母材：

我们目前采用的母材有紫铜、62黄铜、59黄铜，HSn70-1黄铜四种。

母材之间的配对方式有紫铜与紫铜，紫铜与62黄铜，59黄铜与HSn70-1黄铜三种方式。

其中紫铜的熔点是1083℃，导热系数是391w/mk，膨胀系数是16.8×10-6K-1。

具有良好的导电、导热、耐蚀和加工性能，可以焊接和钎焊。

含降低导电、导热性的杂质较少，微量的氧对导电、导热和加工等性能影响不大、但易引起“氢病”，不宜在高温（如>370℃）还原性气氛中加工和使用；62黄铜的熔点是905℃，导热系数是108.68w/mk，膨胀系数是20.6×10-6K-1。

具有良好的机械性能，热态下塑性良好，冷态下塑性也可以，可切削性好，易钎焊和焊接，耐蚀，但易产生腐蚀破裂，此外价格便宜，是应用广泛的一个普通黄铜品种；59黄铜价格最便宜，强度、硬度高而塑性差，但在热态下仍能很好地承受压力加工，耐蚀性一般，其它性能和H62相近；HSn70-1黄铜是典型的锡黄铜，在大气、蒸气、油类和海水中有高的耐蚀性，且有良好的力学性能，可切削性尚可，易焊接和钎焊，在冷、热状态下压力加工性好，有腐蚀破裂倾向。

3、钎焊方法：

铜和绝大部分铜合金都有良好的钎焊性。

原因是铜及铜合金有较好的润湿性，主要是氧化膜容易清除。

只有部分含铝的铜合金，由于表面形成Al2O3膜较难去除，需要使用带腐蚀性的特殊活性钎剂去膜，给钎接工艺带来一些困难。

此外，含铅的黄铜具有高温脆性，需要较严格控制钎焊温度和加热速度。

针对铜自身的这个特点，我们对其采用气体火焰钎焊焊接。

火焰钎焊的特点是温度低，能量密度低，热能分散，使焊件受热面积大，变形严重，但焊接工艺简单，使用灵活，比较适用薄铜件的焊接，铜件的修补或不重要的构件的焊接上。

缺点是手工操作时加热温度难掌握，因此要求工人有较高的操作技术。

另外火焰钎焊是一个局部加热过程，可能会引起焊件的应力或变形。

焊接紫铜时，严格要求使用中性火焰。

氧化性火焰会造成焊缝氧化和合金元素的烧损。

还原性火焰中的一氧化碳会将火焰中的水蒸气还原成氢，而在高温下扩散进入金属，再与金属中的氧形成高压水蒸气，造成晶界疏松，即“氢病”。

这样就使金属的塑性严重降低。

无论如何，不能使用还原性火焰。

焊接黄铜时可以使用弱氧化火焰。

因为此时会因焊缝表面被生成的氧化锌层覆盖，达到加强脱氢、改善锌的蒸发及对气孔的敏感性。

4、钎料和钎剂：

我们目前采用的是牌号为L205的钎焊料，其中含磷5.0%～7.0%，含银5.0%～6.0%，熔点范围640～800℃，强度519MPa。

钎料中含银改善了漫流性，降低了熔点，提高了接头强度和塑性，是比较理想的钎料。

另外钎料的润湿性也很好，接头具有很高的耐蚀性，但钎焊接头比较脆。

钎剂是采用钎焊铜及铜合金最常用的──硼砂。

它的熔点只有743℃，在液态下有很强的化学去膜能力，能迅速与氧化铜、氧化锌反应生成硼酸的复盐变为熔渣。

钎剂中的卤化物则是对熔池中氧化物起着物理溶解作用，是一种很强的去膜剂。

此外还起到调节焊剂熔点、流动性及脱渣性的作用。

这类钎剂实际上是综合化学与物理去膜作用的强活性溶剂。

5、装配间隙：

钎焊是依靠毛细力作用使钎料填满间隙的，因此必须正确选择接头间隙。

间隙的大小在颇大程度上影响钎缝的致密性和接头强度。

间隙过小，钎料流入困难，在焊缝内形成夹渣或未钎透，导致接头强度下降；接头间隙过大，毛细作用减弱，钎料不能填满间隙，也会使接头的致密性变坏，强度下降。

对采用Cu-P-Ag钎料钎焊铜及铜合金的接头而言，理想间隙是0.03~0.15mm。

当然，我们目前的产品制造工艺还难以真正达到这样严格的要求。

此外对于铜基钎料钎焊的接头，搭接长度通常取为薄件厚度的2～3倍。

我们目前选用的管件的厚度大多为1mm左右，所以钎料必须填隙2～3mm左右才能满足强度要求。

针对我们目前的制造工艺情况，我们对接头的焊接间隙进行了试验，试验结果如下：

紫铜与紫铜：

目前加工工艺能够保证间隙在0.03~0.15mm之间，而且从接头焊接的剖面可以看到紫铜对钎料的润湿性非常好,钎料填满整个接头间隙，达到工艺要求。

紫铜与62黄铜：

当间隙在0.03~0.15mm范围时，钎料只能填隙1mm，远远达不到强度要求。

针对这一情况我们对间隙进行了调整，把间隙调到0.2mm,并对其进行解剖试验。

从剖面可以看出钎料填满整个接头间隙，钎缝长度达到4mm,达到工艺要求。

59黄铜与HSn70-1黄铜：

当间隙在0.05~0.2mm时，钎料几乎没有进入间隙。

当把间隙调到0.25mm时，我们对5个焊接接头进行了解剖，解剖的数据如下：

单位（mm）

1

2

3

4

5

左侧填隙量

2.20

1.70

1.80

1.98

2.00

右侧填隙量

1.68

2.40

2.10

3.04

1.78

当把间隙调到0.3mm时，我们也对5个焊接接头进行了解剖，解剖的数据如下：

单位（mm）

1

2

3

4

5

左侧填隙量

2.80

1.18

1.00

2.00

1.10

右侧填隙量

2.76

2.86

2.50

2.20

2.40

当间隙调到0.4mm时，对一个焊接接头进行了解剖，其左侧填隙量是2.60mm,右侧填隙量是1.38mm,效果一般，说明毛细作用已经开始减弱,再加大间隙已经没有意义。

对间隙0.25mm、0.35mm、0.4mm的焊接填隙量进行比较，0.25mm的效果最好。

填隙量最大，而且填隙量比较稳定，剖面的气泡也比较少，所以把间隙调到0.25mm即能满足工艺要求，又能满足强度要求。

6、焊前预处理：

吸附在钎料和工件坡口两侧30mm范围内表面的油脂、水分及其它杂质，以及金属表面氧化膜都必须进行仔细的清理，直至漏出金属光泽为止、这是避免焊缝出现气孔的最基本、最有效的工艺措施。

清除油污最简便的方法是用有机溶剂擦净或洗净，一般可用乙醇或丙酮进行清洗。

也有使用有机溶剂的蒸气、碱液清洗或电化学脱脂及超声波清洗等方法，但大多要求加热或污染环境，有的还需要复杂的设备，不适用于我们目前的情况。

清除表面氧化物可用机械方法，如砂布或砂轮打磨、喷沙、喷丸等，打磨后再用浸过有机溶剂的布来擦掉砂粒。

打磨时正好也能使工件表面适当粗化，有利于钎焊时的毛细管作用，使钎料容易漫流进入间隙。

当然，也不应该使表面过于粗糙。

酸液清洗铜表面氧化物的方法（如用稀硫酸）过程较复杂，设备、器材成本高，操作不当时还会造成过度侵蚀，加以造成环境污染，所以最好不用。

7、火焰钎焊操作中的一些应该注意的问题：

1〕为了减少焊接内应力，防止出现裂纹、气孔、未焊透等缺陷，紫铜气焊时一般需要预热。

对薄板、小尺寸工件的预热温度为400~500℃，黄铜可适当降低。

2〕加热时一定要先将母材加热到钎焊温度，然后让钎料在接触母材时受热熔化而流动。

不能直接对钎料加热，以免在母材温度不够高时钎料就已流入而使连接不完整。

3〕加热母材时要照顾管材厚度和体积的差别，火焰要多指向厚大件，少指向薄小件，尽量使它们同时达到需要的温度。

另外，钎焊时加热时间不可太长，并且避免对同一接头进行多次加热。

4〕焊接时不能填料太多，焊接表面不能出现钎料堆积现象，钎料应该圆滑过渡。

5〕焊接黄铜时一定要使用钎剂。

对于焊接时使用钎剂并进行预热的黄铜管件，在保证焊接工艺的情况下，当间隙量为0.25mm时，填隙量可以达到4～6mm。

8、钎焊接头的缺陷：

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，装配时零件歪斜。

（2）钎剂不合适，如活性差，钎剂与钎料熔化温度相差过大，钎剂填隙能力差等；或者是气体保护钎焊时气体纯度低，真空钎焊时真空度低。

（3）钎料选用不当，如钎料的润湿作用差，钎料量不足。

（4）钎料安置不当。

（5）钎焊前准备工作不佳，如清洗不净等。

（6）钎焊温度过低或分布不均匀、

2〕钎缝气孔

产生原因：

（1）接头间隙选择不当。

（2）钎焊前零件清理不净、

（3）钎剂去膜作用或保护气体去氧化物作用弱。

（4）钎料在钎焊时析出气体或钎料过热、

3〕钎缝夹渣

产生原因：

（1）钎剂使用量过多或过少。

（2）接头间隙选择不当。

（3）钎料从接头两面填缝。

（4）钎料与钎剂的熔化温度不匹配。

（5）钎剂比重过大。

（6）加热不均匀。

4）钎缝开裂

产生原因：

（1）由于异种母材的热膨胀系数不同，冷却过程中形成的内应力过大。

（2）同种材料钎焊加热不均匀造成冷却过程中收缩不一致。

（3）钎料凝固时，零件相互错动。

（4）钎料结晶温度间隔过大。

（5）钎缝脆性过大。

5）母材开裂

产生原因：

（1）母材过烧或过热。

（2）钎料向母材晶间渗入，形成脆性相。

（3）加热不均匀或由于刚性夹持工件而引起过大的内应力。

（4）工件本身有内应力而引起的应力腐蚀。

（5）异种母材的热膨胀系数相差过大，而其延性又低。

6〕钎料流失

产生原因：

（1）钎焊温度过高或保温时间过长。

（2）钎料安置不当以致未起毛细作用。

（3）局部间隙过大。

7〕母材被溶蚀

产生原因：

（1）钎焊温度过高，保温时间过长。

（2）母材与钎料之间的作用太强烈。

（3）钎料量过大。