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钎焊定义

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ﻩ

钎焊

　用比母材熔点低的金属材料作为钎料,用液态钎料润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散的焊接方法。

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。

间隙一般要求在　0.０1～0.１毫米之间。

钎焊基本知识概述

1．1概念　ﻫ钎焊：

利用熔点比母材低的填充金属（称为钎料），经加热熔化后，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，实现连接的焊接方法。

较之熔焊,钎焊时母材不熔化,仅钎料熔化;ﻫ较之压焊，钎焊时不对焊件施加压力。

钎焊形成的焊缝称为钎缝。

ﻫ钎焊所用的填充金属称为钎料。

ﻫ钎焊过程：

表面清洗好的工件以搭接型式装配在一起，把钎料放在接头间隙附近或接头间隙之间。

当工件与钎料被加热到稍高于钎料熔点温度后，钎料熔化（工件未熔化）,并借助毛细管作用被吸入和充满固态工件间隙之间,液态钎料与工件金属相互扩散溶解,冷疑后即形成钎焊接头。

1．2焊接材料ﻫ1.2.1钎料：

即钎焊时用做填充金属的材料。

　ﻫ１.2.1.1对钎料的基本要求:

　ﻫ①低于工件金属的熔点；

②有足够的浸润性（钎料流入间隙的性能）；ﻫ③有与工件金属适当的溶解和扩散能力;

④焊接接头应具有一定的机械性能和物理、化学性能。

1.2.1.2分类ﻫ根据熔点不同,钎料分为软钎料和硬钎料ﻫ①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。

　ﻫ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导电性，T＆lt;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。

ﻫ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。

　ﻫ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）。

ﻫ1.2.１．３　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）ﻫ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）”ﻫ如H１SnPｂ1０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）”ﻫ如HL605——表第5号锡铅钎料。

1．2．２钎焊焊剂

钎剂：

即钎焊时使用的熔剂。

ﻫ1.2.2.1钎剂的作用：

　ﻫ（１）清除母材和钎料表面的氧化物及其它杂质ﻫ

（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。

ﻫ（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。

１.2．２．2　分类：

钎剂通常分为软钎剂、硬钎剂和铝、镁、钛用钎剂三大类。

ﻫ

（1）软钎剂ﻫ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。

　ﻫ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。

　ﻫ

（2）硬钎剂：

ﻫ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。

1.３接头形式　ﻫ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6-3-1７所示:

ﻫ图6-３-17　钎焊接头举例　ﻫ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，则浪费钎料，且会降低钎焊接头强度。

一般钎焊接头间隙取为0.05~0.2ｍm。

ﻫﻫ１.4加热方式：

ﻫ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。

ﻫ烙铁加热温度较低，一般只适于软钎焊。

ﻫ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缝的零件。

ﻫﻫ1．5钎焊的特点及应用ﻫ特点：

（1）钎焊加热温度较低,接头光滑平整,组织和机械性能变化小,变形小,工件尺寸精确。

（2）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。

ﻫ（３）有些钎焊方法可同时焊多焊件、多接头，生产率很高。

（4）钎焊设备简单，生产投资费用少。

（５）接头强度低,耐热性差,且焊前清整要求严格，钎料价格较贵。

应用：

ﻫ钎焊不适于一般钢结构和重载、动载机件的焊接。

主要用于制造精密仪表、电气零部件、异种金属构件以及复杂薄板结构,如夹层构件、蜂窝结构等,也常用于钎焊各类异线与硬质合金刀具。

ﻫ　钎焊时，对被钎接工件接触表面经清洗后，以搭接形式进行装配，把钎料放在接合间隙附近或直接放入接合间隙中。

当工件与钎料一起加热到稍高于钎料的熔化温度后,钎料将熔化并浸润焊件表面。

液态钎料借助毛细管作用,将沿接缝流动铺展。

于是被钎接金属和钎料间进行相互溶解,相互渗透，形成合金层,冷凝后即形成钎接接头。

　钎焊的特点是接头表面光洁,气密性好,形状和尺寸稳定，焊件的组织和性能变化不大，可连接相同的或不相同的金属及部分非金属。

钎焊时，还可采用对工件整体加热,一次焊完很多条焊缝,提高了生产率。

但钎焊接头的强度较低,多采用搭接接头,靠通过增加搭接长度来提高接头强度;另外，钎焊前的准备工作要求较高。

ﻫ目前,钎焊在机械、电机、仪表、无线电等部门都得到了广泛的应用。

钎焊的特点是钎料熔化而焊件不熔化。

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，以便清除钎料和焊件表面的氧化物。

ﻫ硬钎料（如铜基、银基、铝基、镍基等），具有较高的强度,可以连接承受载荷的零件，应用比较广泛,如硬质合金刀具、自行车车架。

ﻫ较钎料（如锡、铅、铋等），焊接强度低，主要用于焊接不承受载荷但要求密封性好的焊件，如容器、仪表元件等。

ﻫ钎焊主要在机械、电机、仪表、无线电等制造业中得到广泛应用。

c:

\iknow\docshare\data\cur_work\＂钎焊的特点及应用

　钎焊采用熔点低于母材的合金作钎料,加热时钎料熔化，并靠润湿作用和毛细作用填满并保持在接头间隙内,而母材处于固态，依靠液态钎料和固态母材间的相互扩散形成钎焊接头。

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,接头外表美观整齐,设备简单，生产投资小。

但钎焊接头的强度较低，耐热能力差。

　应用:

硬质合金刀具、钻探钻头、自行车车架、换热器、导管及各类容器等；在微波波导、电子管和电子真空器件的制造中,钎焊甚至是唯一可能的连接方法。

c:

\iknow\docshare\data\cur_work\＂钎料和钎剂

　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。

常用的钎料一般有两类。

一类是硬钎料，熔点在450℃以上,常用的钎料有铜基、银基、铝基、镍基等合金。

钎剂常用硼砂、硼酸、氯化物、氟化物等。

硬钎焊的加热源有焊炬火焰、电阻电热、感应加热、盐浴加热及炉内加热等。

钎接接头强度较高，适于钎焊受力较大或工作温度较高的工件,如硬质合金刀具、自行车车架等，通常把这类钎焊称为硬钎焊；另一类是软钎料，熔点在45０℃以下,应用最广泛的软钎料是锡基合金,多数软钎料适合的焊接温度为20０-4０0℃,钎剂为松香、松香酒精溶液、氯化锌溶液，加热方法常用烙铁加热。

钎接接头强度较低，适于钎接受力不大或工作温度较低的工件,如容器、仪表元件等，通常把这类钎焊称为软钎焊。

ﻫ　　钎料是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。

钎料应该具有合适的熔点、良好的润湿性和填缝能力,能与母材相互扩散,还应具有一定的力学性能和物理化学性能，以满足接头的使用性能要求。

c:

\iknow\docshare\data\cur_work\＂钎焊常用的工艺方法

　　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以用作钎焊热源，并依此将钎焊分类:

ﻫ烙铁钎焊　用于细小简单或很薄零件的软钎焊。

ﻫ　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。

ﻫ　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。

　ﻫ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。

　ﻫ真空钎焊　　工件加热在真空室内进行,主要用于要求质量高的产品和易氧化材料的焊接。

钎焊接头

　如图3－31所示,钎焊一般采用板料搭接和套管嵌接的形式。

这样可以通过增加焊件之间的结合面,来弥补钎料强度的不足,保证接头的承载能力。

这种接头形式还便于控制接头的间隙，适当的间隙可以使钎料在接头中均匀分布,达到最佳的钎焊效果。

钎焊接头的间隙范围一般是0.05～0.２ｍm。

　　钎焊接头的承载能力与接头连接面大小有关。

因此,钎焊一般采用搭接接头和套件镶接,以弥补钎焊强度的不足。

钎焊的分类

钎焊是利用熔点比母材低的金属作为钎料,加热后,钎料熔化,焊件不熔化,利用液态钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散，将焊件牢固的连接在一起。

　根据钎料熔点的不同，将钎焊分为软钎焊和硬钎焊。

（１）软钎焊：

软钎焊的钎料熔点低于４５0°C，接头强度较低（小于70　ＭPa）。

ﻫ软钎焊多用于电子和食品工业中导电、气密和水密器件的焊接。

以锡铅合金作为钎料的锡焊最为常用。

软钎料一般需要用钎剂，以清除氧化膜,改善钎料的润湿性能。

钎剂种类很多，电子工业中多用松香酒精溶液软钎焊。

这种钎剂焊后的残渣对工件无腐蚀作用,称为无腐蚀性钎剂。

焊接铜、铁等材料时用的钎剂，由氯化锌、氯化铵和凡士林等组成。

焊铝时需要用氟化物和氟硼酸盐作为钎剂，还有用盐酸加氯化锌等作为钎剂的。

这些钎剂焊后的残渣有腐蚀作用,称为腐蚀性钎剂，焊后必须清洗干净。

（２）硬钎焊：

硬钎焊的钎料熔点高于４50°C,接头强度较高（大于200ＭPａ）。

　硬钎焊　接头强度高，有的可在高温下工作。

硬钎焊的钎料种类繁多,以铝、银、铜、锰和镍为基的钎料应用最广。

铝基钎料常用于铝制品钎焊。

银基、铜基钎料常用于铜、铁零件的钎焊。

锰基和镍基钎料多用来焊接在高温下工作的不锈钢、耐热钢和高温合金等零件。

焊接铍、钛、锆等难熔金属、石墨和陶瓷等材料则常用钯基、锆基和钛基等钎料。

选用钎料时要考虑母材的特点和对接头性能的要求。

硬钎焊钎剂通常由碱金属和重金属的氯化物和氟化物，或硼砂、硼酸、氟硼酸盐等组成，可制成粉状、糊状和液状。

在有些钎料中还加入锂、硼和磷，以增强其去除氧化膜和润湿的能力。

焊后钎剂残渣用温水、柠檬酸或草酸清洗干净。

注意:

母材的接触面应很干净，因此要用钎剂。

钎剂的作用是去除母材和钎料表面的氧化物和油污杂质,保护钎料和母材接触面不被氧化,增加钎料的润湿性和毛细流动性。

钎剂的熔点应低于钎料，钎剂残渣对母材和接头的腐蚀性应较小。

软钎焊常用的钎剂是松香或氯化锌溶液,硬钎焊常用的钎剂是硼砂、硼酸和碱性氟化物的混合物。

国外焊接技术最新进展情况（钎焊）

　由于焊接的热输入是可选择的，所以为激光束钎焊在电子行业的封装陶瓷玻璃外壳应用开辟了新的途径。

在氧化铝基体材料上、在D26３窗玻璃（硼硅酸玻璃）平块窗玻璃上和两块平块窗玻璃上用膨胀系数相当的玻璃钎料进行的钎焊试验表明,钎焊接头没有任何裂缝,气孔率低，密封性好，不漏氦气。

ﻫ电弧螺栓钎焊（ASB）已经达到适合作为制造业连接技术的阶段。

例如:

现在它已经应用于连接高碳钢的钢板和螺栓，在普通焊接中,零件会变得更硬且脆，甚至对于直径为16mｍ的螺栓,熔深实际为零。

而ASB则大大减少了氢致裂缝,由于金属间相的存在,提高了硬度,因此能够在非合金钢和合金Cｒ－Nｉ钢之间进行螺栓连接。

　最初的试验表明，甚至能将Cｒ-Nｉ螺栓与铝板钎焊到一起。

使用与螺栓焊相同的设备技术也可进行电弧螺栓钎焊，特别是短时间抬起起弧的方案极其适合。

在电弧螺栓钎焊中,不象螺栓焊那样电弧在被连接的零件之间产生通常的熔池。

　下面的实例表明了ASB应用的可能性。

　例如：

对于０．8l％的９ISＺV的铁轨材料,用箔钎料进行ASＢ焊接达到了很好的效果，在拉伸和折弯试验中,试件被损坏，螺栓未受影响,而且可以被折弯到９０ｏ；另一项是在建筑监管部门使用的电弧螺栓钎焊也获得了良好的结果。

使用ASＢ技术，甚至可以将φ１6ｍm的“黑色”螺栓钎焊到“白色”的钢板上（Ｃｒ-Ni,厚度为2.５mm）。

当板材厚度达到１.5mm时，ＡＳＢ接头的强度要低于螺栓的焊缝，但高于普通火焰钎焊的接头。

当板厚>1．5ｍｍ时，在同样的材料之间，ＡSB接头的强度与螺栓焊的接头相同。

对这两种焊接进行比较,电弧螺栓钎焊所需的热量输入大大降低，大大减少了熔深,并且强度高,甚至对于对硬度增加敏感的钢材也是如此。

随着镁作为制造材料的增加,钎焊技术也得到相应的发展，AZ9１A和AZ３1是作为基体材料的。

根据漫流实验的测试结果，Mg-Ｚn合金可以用来作为钎焊钎料,不同的纯金属箔用来作为点钎焊试验的消耗材料。

研究表明,用Mg－Zn钎焊焊料可以连接钎焊AZ91A材料。

对于点钎焊来说，铝箔是最适合的消耗材料。

ﻫ　为了进行氧化铝和金属的钎焊,还开发了钯基高温钎焊合金。

它除了高熔化温度（１555℃）和抗氧化特性外,钯可以与许多元素形成晶体，这就有可能根据需要开发钎料,铬、钒、钛和钇可作为合金元素加入。

在钎焊氧化铝（Aｌ30０含有97.6％的Al2O3,并把ＣaO和SｉO２作为冶金粉末加入；Al997含有９9.7％的Ａl2O3）的过程中,对钯钎焊合金的浸润特性和钎接特性进行了实验研究。

为此，不仅使用Pd-6Ｃr、Pｄ-10Cr和Pd-6V钎焊合金制作金属箔,而且也使用纯的钯、钛、钇、钒和铬元素钎焊合金制作金属箔。

ﻫ　由于氧化的问题,不可能清楚地认识合金金属箔的浸润特性。

似乎Al９９7可以浸润，而AI30０不能。

与此形成鲜明对照的是，在现场用Al３00制作的合金却表现出良好的浸润特性，所有的钎焊合金在室温下都能获得较高的连接强度。

用Ｐd－6Ｃｒ焊制的接头其强度可以耐1０00℃的高温。