火焰钎焊用的钎料和钎剂
纤焊作业指导书 ★主题内容与适用范围 规范本公司钎焊（特殊工序）所用材料的技术参数和钎焊的工艺质量要求，本标准适用于本公司钎焊工的操作 一、焊接设备 铜钎焊 设备名称：氧气瓶、乙炔瓶(或丙烷瓶)、气焊枪及助焊剂。 焊料：Φ2银焊条（含量5%） 二、铜管温度与钎料的关系 1、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
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，针对所使用的银钎料，要求钎缝间隙（单 边）在0.05mm~0.20mm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 用扩口器敲入到铜管胀管锥面2-3mm（敲入时要保证垂直、用力均匀，确保孔的圆 柱度，为小弯头和配管接入作准备） 扩口器 倾斜 √× 根据蒸发器、冷凝器的图纸将小弯头及进出液管插入铜管中，（对准圆心插入），插入 的长度约为5-6mm
√ √ ×× . 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0.6mm直径大于8mm的管，其 套接长度不应小于8mm）； 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。 间距在 1.2mm
钎焊的概念：借助于液态钎料填满固态母材之间的间隙并相互扩散形成结合的一类连接材料方法。根据钎料熔点温度不同，熔点低于450为软钎焊，大于450为硬钎焊，大于900为高温钎焊。软钎焊和硬钎焊的区别：软钎焊的所用钎料的熔点低于450，接头强度低于70兆帕，硬钎焊所用钎料的熔点高于450，接头强度可达500兆帕。 影响钎料润湿性的因素：（1）钎料与母材的成份，钎料与母材在液态和固态均不相互作用，则他们之间的润湿性很差，若钎料能与母材相互溶解并形成化合物，则液态钎料能较好的润湿母材。（2）温度，温度升高，钎料表面张力降低，有助于提高钎料的润湿性。温度过高钎料的润湿性太强，往往容易造成钎料的流失，温度过高坏会引起母材晶粒长大，溶蚀等现象。 (3)金属表面氧化物（4）钎剂可清除氧化膜改善润湿性（5）母材表面的状态粗糙度（6）表面活性物质的影响。 1.钎料应具有合适的熔点； 2.钎料应具有良好的润湿性，能充分填满钎锋的间隙； 3.钎料与母材的扩散作用，应保证他们之间形成牢固的结合； 4.钎料应具有稳定和均匀的成分，应尽量减少钎焊过程中的偏析现象和易挥发元素的消耗等；5所得到的接头应能满足产品的技术要求。 软钎料代号s硬钎料代号b 自钎剂钎料：指机能填充钎缝间隙，又能起钎剂作用的钎料。 作用：填缝，去氧化膜。 要求：1.强还原剂2.还原产物熔点低于钎焊温度3.还原产物粘度低4.还原剂能溶于钎料内5.还原剂最好能降低液态钎料的表面张力，改善钎料的润湿性。 3.1. 钎焊时去膜的必要性母材表面氧化膜的存在，液态钎料不能润湿它们，同样液态钎料被氧化膜包裹时，也不能在母材上铺展（ cu ni fe等的氧化膜易去除 al mg ti cr 等的氧化膜难去除） 3.2钎剂的作用及性能要求清除母材和钎料表面氧化膜利于铺展填缝隔绝空气起保护作用起界面活化作用改善钎料对母材的润湿性能要求（1）钎剂应具有溶解或破坏母材和钎料表面氧化膜的足够能力（2）钎剂的熔点和最低活性
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不锈钢真空钎焊的工艺要点 1?钎焊接头的设计： 设计钎焊接头时，应考虑接头的强度、组合件的定位方法、钎料置放的位置、接头间隙等诸多因素 钎焊接头连接方式： 钎焊接头有对接和搭接两种方式。 采用对接接头，由于钎料和钎缝的强度一般比母材低，因而对接接头不能保证接头具有与母材相等的承载能力，因此钎焊接头大多采用搭接形式。通过改变搭接长度提高钎焊接头的强度。 对于采用高强度铜基、镍基钎料钎焊的搭接接头，搭接长度通常取为薄壁件厚度的2～3倍。由于工件的形状不同，搭接接头的具体形状也各不相同。对于薄壁件而言，常采用锁边形式的搭接方式，提高钎焊接头的强度。 接头的定位：组合件的定位是影响钎焊质量的重要因素。 定位的方法主要有依靠自重、紧配合、毛刺定位、点焊定位、（氩弧焊）涨口定位、夹具定位等。 列管式EGR冷却器将采用涨口定位、点焊定位、焊接变位器等多种定位方法 ? 钎料的置放 钎料置放的原则是应尽可能利用钎料的重力作用和钎缝的毛细作用来促进钎料填满间隙。EGR冷却器的钎焊将使用镍基钎料膏状和非晶态薄带两种。膏状钎料应直接涂在钎缝处，而 非晶态薄带钎料标准有等不同的厚度。 按工件要求加工成不同的形状，置于钎缝处。 总之镍基钎料合理的使用对我们来说还要做很多工作， 比如钎料表面处理、膏剂的涂覆方法、钎料用量等诸多方面，根据实际要求进一步完善。? 接头的间隙： 钎焊时是依靠毛细作用使钎料填满间隙。
正确地选择接头间隙很大程度上影响钎缝的致密性和强度。不同的钎料对接头间隙的要求也有所不同。镍基钎料要求接头间隙为~，比其它钎料相比，这种钎料要求接头间隙小的特点应引起足够的关注。 由于BNi-2镍基钎料含有硼（％），硅（％）可以形成脆性相的元素，为保证接头的性能，应尽量使这些元素在钎缝内通过扩散作用而降低到最低程度。 当间隙小时，这些脆性相的元素数量少，向母材扩散的距离短，可以通过扩散使这些元素在钎缝中的浓度降低。从而避免产生脆性相，提高钎焊的强度。反之这些脆性相的元素将滞留 在钎缝中形成脆性相。 资料表明，当间隙为“零间隙”、、时。脆性相随着间隙的变化而增大。间隙在时，脆性相不仅增多，而且形成明显的连续层。钎缝的强度严重降低，危害极大。因此钎缝最佳间隙应控制小于＜。 2? 工件表面处理 钎焊前彻底清除工件表面的氧化物，油污，脏物是钎料和母材相互润湿、扩散填充焊缝的前提条件。 工件表面净化处理的方法主要有以下几种： 清除油污 有机溶剂，金属洗涤剂，碱溶液： 清除氧化物 机械方法，化学清洗，电化学清洗 根据观察国外样件表面的光亮度的程度，其表面处理应有去油和化学清洗两道工序。EGR冷却器列管式结构，属薄壁件钎焊，焊点多达200多个，还要满足气密性，耐腐蚀性，及强度的要求，难度较大。因此彻底清除工件表面的油污，氧化物尤为重要。 3.制定温度曲线 空烧净化的目的是将真空炉升温到高于焊接温度80℃的条件下保温小时净化炉内气氛， 使炉内母材和钎料的蒸发物得以挥发出去。
（ 二 〇 一 三 年 十 二 月 本科科研训练论文 题 目：铝合金的钎焊工艺 学生姓名：/// 学 院：材料科学与工程 系 别：材料成型及 控制工程 专 业：材料成型及控制工程 班 级：材///班 指导教师：///
内蒙古工业大学本科科研训练论文 摘要 焊接是制造业的重要组成部分，应用广泛，发展迅速，在制造行业占有重要的地位。我国是世界产钢、用钢大国，也是焊接大国。随着高新技术和新工艺的不断出现，机械制造、安装、维修业也逐步向精细方向发展，对焊接技术的要求也越来越高。近几年来，焊接的使用量迅速增加；焊接机械化自动化技术改造加快；焊接自动化率快速提高。钎焊是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过程，这篇论文对钎焊焊接前的准备和焊接方法的做了设计，介绍了焊接所需的钎料和钎剂，给出了钎接接头形式以及接头的质量检测方法，在钎焊操作中应该注意的安全问题。 关键词:焊料，焊剂，钎焊接头，钎焊装置，钎焊气体
Abstract Welding is an important part of the manufacturing industry, widely used, rapid development in the manufacturing industry occupies an important position. China is the world steel production, steel big country, but also the welding power. With the emergence of high-tech and new technology, machinery manufacturing, installation and maintenance industry is also gradually to the fine direction of welding technology requirements are also increasing. In recent years, the rapid increase in the amount of welding; welding mechanization and automation to accelerate technological innovation; welding automation rate rapidly increased. Brazing with a lower melting point than the base metal material is used as brazing filler metal, wetted with a liquid base material and the solder filling the gap and the interface to the work piece during welding and the base material inter diffusion, the paper prior to brazing welding preparation and welding methods to do the design, introduces the required solder and soldering flux, solder joints is given in the form of joint detection methods and the quality of the brazing operation should p ay attention to security issues. Key words: Solder, Flux, Solder joints, Soldering equipment, Soldering gas
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=0.6MPa）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0.05mm~0.10mm 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
钎焊生产工艺 钎焊生产工艺包括：钎焊前工件表面准备、装配、安置钎料、钎焊、钎后处理等各工序，每一工序均会影响产品的最终质量。 工件表面准备 钎焊前必须仔细地清除上件表面的氧化物、油脂、脏物及油漆等，因为熔化了的钎料不能润湿未经清理的零件表面，也无法填充接头间隙。有时，为厂改善母材的钎焊性以及提高钎焊接头的抗腐蚀性，钎焊前还必须将零件预先镀覆某种金属层。 (1)清除油污油污可用有机溶剂去除。 常用的有机溶剂有酒精、四氯化碳、汽油、三氯化烯、二氯乙烷及三氯乙烷等。小批生产时町将零什浸在有机溶剂中清洗干净。大批生产中应用最广的是在有机溶剂的蒸汽中脱脂。此外，在热的碱溶液中清洗也可得到满意的效果。例如钢制零件可浸入70—80℃的10％苛性钠溶液中脱脂，铜和铜合金零件可在50g磷酸三钠，50g碳酸氢纳加1L水的溶液内清洗，溶液温度为60～80°C。零件的脱脂也可在洗涤剂中进行脱脂后用水仔细清洗。当零件表面能完全被水润湿时，表明表面油脂已去除干净。 对于形状复杂而数量很大的小零件，也可在专门的槽子中用超声波清洗。超声波去油效率高。 (2)清除氧化物钎焊前，零件表面的氧化物可用机械方法、化学浸蚀法和电化学浸蚀方法进行。 机械方法清理时可采用锉刀、金属刷、砂纸、砂轮、喷砂等去除零们：表面的氧化膜。其中锉刀和砂纸清理用于单件生产，清理时形成的沟槽还有利于钎料的润湿和铺展。批量生产时用砂轮、金属刷、喷砂等方法。铝和铝合金、钛合金的表面不宜用机械清理法。 化学浸蚀法广泛用于清除零件表面的氧化物，特别是批量生产中，因为他的生产率比较高，但要防止表面的过浸蚀。适用于不同金属的化学浸蚀液成分列于表1。对于大批量生产及必须快速清除氧化膜的场合，可采用，电化学浸蚀法(表2)。 表1 化学浸蚀液成分
中国焊接服务平台： 中国焊接服务平台博客： 各种材料的钎焊 一、碳钢和低合金钢的钎焊 1、钎焊材料 （1）钎料碳钢和低合金钢的钎焊包括软钎焊和硬钎焊。软钎焊中应用量广的钎料是锡铅儿料，这种钎料对钢的润湿性随含锡量的增加而提高，因而对密封接头宜采用含锡量高的钎料。锡铅钎料中的锡与钢在界面上可能形成FeSn2金属间化合物层，为避免该层化合物的形成，应适当控制钎焊温度和保温时间。几种典型的锡铅钎料钎焊的碳钢接头的抗剪强度如表1所示，其中以w(Sn)为50%的钎料钎焊的接头强度最高，不含锑的钎料所焊的接头强度比含锑的高。 表1 锡铅钎料钎焊的碳钢接头的抗剪强度 碳钢和低合金钢硬钎焊时，主要采用纯铜、铜锌和银铜锌钎料。纯铜熔点高，钎焊时易使母材氧化，主要用于气体保护钎焊和真空钎焊。但应注意的是钎焊接头间隙宜小于0.05mm，以免产生因铜的流动性好而使接头间隙不能填潢的问题。用纯铜钎焊的碳钢和低合金钢接头具有较高的强度，一般抗剪强度在150～215MPa，而抗拉强度分布在170～340MPa之间。 与纯铜相比，铜锌钎料因Zn的加入而使钎料熔点降低。为防止钎焊时Zn 的蒸发，一方面可在铜锌钎料中加入少量的Si；另一方面必须采用快速加热的方法，如火焰钎焊、感应钎焊和浸沾钎焊等。采用铜锌钎料钎焊的碳钢和低合金钢接
头都具有较好的强度和塑性。例如用B-Cu62Zn钎料钎焊的碳钢接头抗拉强度达420MPa，抗剪强度达290MPa，银铜站钎料的熔点比铜锌钎料的熔点还低，便于针焊的操作。这种钎料适用于碳钢和低合金钢的火焰钎焊、感应钎焊和炉中钎焊，但在炉中钎焊时应尽量降低Zn的含量，同时应提高加热速度。采用银铜锌钎料钎焊碳钢和低合金钢，可获得强度和塑性均较好的接头，具体数据列于表2中。 表2 银铜锌钎料钎焊的低碳钢接头的强度 （2）钎剂钎焊碳钢和低合金钢时均需使用钎剂或保护气体。钎剂常按所选的钎料和钎焊方法而定。当采用锡铅钎料时，可选用氯化锌与氯化铵的混合液作钎剂或其他专用钎剂。这种钎剂的残渣一般都具有很强的腐蚀性，钎焊后应对接头进行严格清洗。 采用铜锌钎料进行硬钎焊时，应选用FB301或FB302钎剂，即硼砂或硼砂与硼酸的混合物；在火焰钎焊中，还可采用硼酸甲酯与甲酸的混合液作钎剂，其中起去膜作用的是B2O3蒸气。 当采用银铜锌钎料时，可选择FB102、FB103和FB104钎剂，即硼砂、硼酸和某些氟化物的混合物。这种钎剂的残渣具有一定的腐蚀性，钎焊后应清除干净。 2、钎焊技术 采用机械或化学方法清理待焊表面、确保氧化膜和有机物彻底清除。清理后的表面不宜过于粗糙，不得粘附金属屑粒或其他污物。 采用各种常见的钎焊方法均可进行碳钢和低合金钢的钎焊。火焰钎焊时，宜用中性或稍带还原性的火焰，操作时应尽量避免火焰直接加热钎料和钎剂，感应
v1.0可编辑可修改 钎焊工艺规范 1范围 本标准规定了各相关部门与人员针对钎料、钎剂以及钎焊工序过程中的相应职责；钎料和钎剂的使用要求； 钎焊前的基本要求；钎焊工艺要求；补焊注意事项；钎焊质量的检验；注意事项和安全要求。 本标准适用于湖南元亨工厂设计、生产所有空调产品以及零部件过程中的钎焊工序。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注明日期的引用文件，其随后所有版本修改 单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可适用这 些文件的最新版本。凡是不注明日期的引用文件，其最新版本均适用于本标准。 GB/T 10046-2000银基钎料 GB/T 6418-93铜基钎料 GB/T 11618-1999铜管接头 GB 11363钎焊接头强度试验方法 GB 8619钎缝强度试验方法 GB 11364钎料铺展性及填缝性试验方法 3定义： .钎焊：钎焊是利用熔点稍低于母材的钎料和母材一起加热，使钎料熔化，并通过毛细管作用原理扩散和填 满钎缝间隙，形成牢固的一种焊接方法。 . 钎剂：去除钎焊金属和液体钎料表面上的氧化膜，保护钎焊金属和钎料在加热过程中不继续氧化，以改善钎料对母材表面的润湿性，促进钎缝的形成。 4 钎料和钎剂的使用要求: . 钎料（焊丝）的作用：利用高温熔化的液态钎料润湿钎焊金属（母材）表面并均匀地铺展，直至致密地填满 结合面的间隙而形成牢固接头。
v1.0 可编辑可修改 . 钎剂铜管外径 D W 3~20 20~30 30 以上 （助焊 最大 剂） 的作间隙 用：最小 去除钎焊金属和液体钎料表面上的氧化膜，保护钎焊金属和钎料在加热过程中不继续氧化，以改善钎料对母材表 面的润湿性，促进钎缝的形成。 . 钎料中磷的成分可以增加钎料的铺展性和浸润性，但是会增加焊接处的脆性；锌和铬能增加焊接强度和抗冲击性；含锌钎料的焊接后的外观比含铬钎料的焊接外观稍差，但铬蒸气对人的健康有伤害。 5钎焊前的基本要求 焊接位置、焊接配合间隙、配合面的表面处理、焊接材料的准备、插入深度和清洁度是钎焊前需要注意的 六大要素。 . 焊接位置：一般情况下优先选择钎料垂直向下漫流的方式，其次选择水平漫流方式；非特殊情况下不能采用垂直向上漫流方式。 . 焊接配合间隙：指对特定的钎料在其钎焊温度下，在被焊接处的径向间隙。要求外接管杯口内径至少应比将 要插入管的外径大，一般情况下管与管之间的配合间隙不能超过表（2）中的极限值。 表（ 2）：钎焊配合间隙（指单边间隙）单位：mm . 配合处的表面处理： 焊接处附近的20mm范围内必须清洁，不能有任何的残余油污和脏物、杂质、锈、各种氧化物，以免影响焊 接质量。 所有需要焊接的铜管内部不应有任何影响清洁度的物质和痕迹。 对于已经产生致密氧化皮的铜管和没有金属光泽的钢管，插入连接前均需要用清洁布加有机溶剂（丙酮） 进行铜管表面的金属擦亮或酸洗，直至露出金属光泽。 对于焊缝及其附近20mm范围内如有油污则一定要用清洁布加有机溶剂（丙酮）彻底擦洗干净，以保证焊接时没有油污染焊接表面。 . 焊接材料的准备：
铝合金真空钎焊用低温铝基钎料的研究 北京华航无线电测量技术研究所于文花 肖爱群 北京航空航天大学庄鸿寿 摘要为了避免在铝合金焊接中产生晶粒长大、溶蚀等缺陷，提高铝合金的钎焊质量，本文在Al－Si共晶钎料的基础上加入合金元素Cu和其它微量元素，研制新的低熔点钎料，最后确定新钎料为Al19Cu9Si。该钎料的熔点为543℃，比BAl86.5SiMg钎料的熔点降低了40℃，试验结果表明新钎料具有良好的润湿性、流动性，接头的剪切强度、抗腐蚀性能均满足铝合金钎焊要求。 关键词真空钎焊 铝合金 铝基钎料 1 引言 铝合金由于具有密度小、比强度高等优点，在航空、航天工业中已获得愈来愈广泛的应用。例如很多传统的铜合金波导、高频器件已被铝合金所取代，利用钎焊方法制造复杂的铝结构是最理想的方法。共晶铝硅钎料因具有良好的润湿性、流动性、钎焊接头的抗腐蚀性和可加工性，是铝合金钎焊中应用最广的一种铝钎料[1]。但它也具有严重缺点：熔点较高（液相线温度为577℃），钎焊温度均在600℃以上，所以钎焊温度非常接近于合金的固相线温度，易使母材发生晶粒长大、溶蚀等现象。目前，美国、日本、欧洲等研究机构对铝合金用低温铝基钎料进行了大量的研究。日本的茅本隆司、恩泽忠男[2]等人研究发现锗、铟、镱和铜均可作为铝硅钎料的添加剂，降低钎料的熔点，但锗、铟、镱的加入会使钎料脆性和耐腐蚀性均遭到恶化，且价格昂贵，难以应用于实际生产；铜元素的加入量多时也会使钎料变脆及钎焊时出现对母材的溶蚀，很难得到性能优良的钎焊接头。为此，所研制的新钎料既要具有较低的熔点，又要保持良好的机械性能。 本文通过分析既能降低铝熔点又能与铝形成共晶合金的元素特性，选择合适的能降低铝熔点的元素，对成分进行优化试验，同时考虑钎料的流动性和组织特性，在钎料中加入适量提高钎料流动性和细化组织的微量元素，经过试验确定铜、铋及微量元素为添加剂，配制新钎料，对新钎料进行熔点、润湿性、流动性、金相组织以及接头剪切强度、环境试验。 2 钎料的配制 为了降低钎料的熔点，必须寻找能降低铝熔点的元素，能与铝形成共晶的合金见表1。 表1 共晶元素及共晶温度 合金元素 Al-11.5Si Al-72Ag Al-32.7Cu Al-51.6Ge Al-94Zn 共晶温度/℃577 567 548 420 381 由表1可知Al-72Ag的共晶温度567℃，与铝硅共晶温度差不多，并且这种合金很脆，抗腐蚀性也不高，不宜作钎料；Al-32.7Cu，熔点548℃，此合金因含铜量高，脆性大；Al-Ge、Al-Zn共晶温度仅400℃左右，对降低钎料的温度作用极佳，但Ge是贵重元素，价高并且极脆，而Zn极易挥发，不易用于真空钎焊[3]。 分析能与铝形成共晶的合金特点，二元合金的熔点不能满足要求，必须加入第三种元素。在Al-Si-Ag 三元合金中有一共晶成分，其熔点为563℃，它与Al-Ag共晶熔点相差不大，无实用价值。 在三元合金中，只有Al-Si-Cu合金最有希望， 收稿日期：2005-09-26
各种材料的真空钎焊 一、碳钢和低合金钢的钎焊 1、钎焊材料 （1）钎料碳钢和低合金钢的钎焊包括软钎焊和硬钎焊。软钎焊中应用量广的钎料是锡铅钎料，这种钎料对钢的润湿性随含锡量的增加而提高，因而对密封接头宜采用含锡量高的钎料。锡铅钎料中的锡与钢在界面上可能形成FeSn2金属间化合物层，为避免该层化合物的形成，应适当控制钎焊温度和保温时间。几种典型的锡铅钎料钎焊的碳钢接头的抗剪强度如表1所示，其中以w(Sn)为50%的钎料钎焊的接头强度最高，不含锑的钎料所焊的接头强度比含锑的高。 表1 锡铅钎料钎焊的碳钢接头的抗剪强度 碳钢和低合金钢硬钎焊时，主要采用纯铜、铜锌和银铜锌钎料。纯铜熔点高，钎焊时易使母材氧化，主要用于气体保护钎焊和真空钎焊。但应注意的是钎焊接头间隙宜小于0.05mm，以免产生因铜的流动性好而使接头间隙不能填潢的问题。用纯铜钎焊的碳钢和低合金钢接头具有较高的强度，一般抗剪强度在150～215MPa，而抗拉强度分布在170～340MPa之间。 与纯铜相比，铜锌钎料因Zn的加入而使钎料熔点降低。为防止钎焊时Zn的蒸发，一方面可在铜锌钎料中加入少量的Si；另一方面必须采用快速加热的方法，如火焰钎焊、感应钎焊和浸沾钎焊等。采用铜
锌钎料钎焊的碳钢和低合金钢接头都具有较好的强度和塑性。例如用B-Cu62Zn钎料钎焊的碳钢接头抗拉强度达420MPa，抗剪强度达290MPa，银铜站钎料的熔点比铜锌钎料的熔点还低，便于针焊的操作。这种钎料适用于碳钢和低合金钢的火焰钎焊、感应钎焊和炉中钎焊，但在炉中钎焊时应尽量降低Zn的含量，同时应提高加热速度。采用银铜锌钎料钎焊碳钢和低合金钢，可获得强度和塑性均较好的接头，具体数据列于表2中。 表2 银铜锌钎料钎焊的低碳钢接头的强度
常用金属焊接性之高温合金的钎焊 高温合金是在高温下具有较好的力学性能、抗氧化性和抗腐蚀性的合金。这类合金可分为镍基、铁基和钴基三类；在钎焊结构中用得最多的是镍基合金。镍基合金按强化方式分为固溶强化、实效沉淀强化和氧化物弥散强化三类。固溶强化镍基合金为面心立方点阵的固溶相，通过添加铬、钴、钨、钼、铝、钛、铌等元素提高原子间结合力，产生点阵畸变，降低堆垛层错能，阻止位错运动，提高再结晶温度来强化固溶体。沉淀强化镍基合金钢是在固溶强化的基础上添加较多的铝、钛、铌、钽等元素而形成的。这些元素除形成强化固溶体外，还与镍形成Ni3(Al、Ti)γ’或Ni3(NbAlTi)γ”金属间化合物相；同时钨、铜、硼等元素与碳形成各种碳化物。TD-Ni和TD-NiCr合金是在镍或镍铬基体中加入2%左右弥散分布的ThO2颗粒，产生弥散强化效果的新型高温合金。 一：钎焊性 高温合金均含有较多的铬，加热时表面形成稳定的Cr2O3，比较难以去除；此外镍基高温合金均含铝和钛，尤其是沉淀强化高温合金和铸造合金的铝和钛含量更高。铝和钛对氧的亲和力比铬大得多，加热时极易氧化。因此，如何防止或减少镍基高温合金加热时的氧化以及去除其氧化膜是镍基高温合金钎焊时的首要任务。镍基高温合金钎焊时不建议用钎剂来去除氧化物，尤其是在高的钎焊温度下，因为钎剂中的硼砂或硼酸在钎焊温度下与母材起反应，降低母材表面的熔化温度，促使钎剂覆盖处的母材产生溶蚀；并且硼砂或硼酸与母材发生反应后析出的硼可能渗入母材，造成晶间渗入。对薄的工件来说是很不利的。所以镍基高温合金一般都在保护气氛，尤其是在真空中钎焊。母材表面氧化物的形成和去除与保护气氛的纯度以及真空度密切相关。对于含铝和钛低的合金，热态真空度不应低于10-2Pa；对于含铝钛较高的合金，表面氧化物的去除不仅与真空度有关，而且还与加热温度有关。 无论是固溶强化，还是沉淀强化的镍基高温合金，都必须将其合金元素及其化合物充分固溶于基体内，才能取得良好的高温性能。沉淀强化合金固溶处理后还必须进行时效处理，已达到弥散强化的目的。因此钎焊热循环应尽可能与合金的热处理相匹配，即钎焊温度尽量与热处理的加热温度相一致，以保证合金元素的充分溶解。钎焊温度过低不能使合金元素完全溶解；钎焊温度过高将使母材的晶粒长大，这些均对母材
铝及铝合金的钎焊 08材控 邢钧魁 20080607131 摘 要 本文主要论述了铝及铝合金的分类、性能，以及铝及铝合金钎焊的研究现状、钎焊过程中有可能出现的问题以及在具体实施钎焊时钎剂、钎料的选择与搭配，还介绍了施焊前如何对表面进行清理、准备以及焊后的清理与处理工作、注意事项等。 关键词 钎焊 铝合金 钎剂 钎料 1 铝及铝合金 1.1铝及铝合金钎焊的研究现状 铝合金具有密度小、强度高和耐腐蚀等优点，因而广泛应用于汽车、高速铁路车辆、航空航天和军事工业。由于它特有的物理、化学性能，其焊接过程中会遇到一系列困难，如氧化、焊缝热裂纹和气孔等。对于铝合金的焊接，传统的方法主要以熔化焊接为主，设备复杂，且对焊工的技术要求也比较严格。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。铝及铝合金的钎焊技术近年来研究较多。随着新材料、新方法的不断出现，铝及铝合金的钎焊工艺也得到了快速的发展，其钎焊方法、钎料及钎剂都有很大的进步。 1.2 铝及铝合金的分类及性能 铝及铝合金可以分为工业纯铝、变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金是指经不同的压力加工方法制成的板、带、管、型、条等半成品材料；铸造铝合金以合金铸锭供应。变形铝合金又分为不能热处理强化的铝合金和能热处理强化的铝合金。 铝是一种轻金属，密度小，仅为3/7.2cm g ，约为铜或钢的3/1；具有优良的导电性、导热性，良好的耐蚀性以及优良的塑性和加工性能等。铝合金仍保持纯铝的密度小和耐蚀性好的特点，且力学性能比纯铝高得多。经热处理后铝合金的力学性能要求可以和钢铁材料相媲美。 1.3 铝及铝合金钎焊的问题 铝及铝合金的钎焊与其他合金相比比较难，是由于其表面有一层极为致密的氧化膜，这一层氧化膜的性能非常稳定，能够充分抵抗大气的腐蚀，又能在旧摸上随时生成新膜。铝及铝合金在焊接的时候需要破坏这一层膜，否则熔化的钎料不能与母材润湿；焊后又需要维持保护膜的完整，否则接头将产生严重的腐蚀。 铝能极缓慢地溶于中等浓度的硝酸，但在浓硝酸中是稳定的，硝酸的浓度越高越稳定。运输发烟硝酸的槽罐是用纯铝做的。铝的抗碱能力较弱，易溶于NaOH 、KOH 。 无缝药芯焊丝是铝铜钎焊连接的最新技术成果，是铝铜钎焊用料的升级换代产品。其主要成分由锌铝铜和无腐蚀性氟铝铯盐组成，其钎焊工艺性、接头机械性能和接头导电性均优于锌镉、锌锡铜钎料。 2 铝及铝合金的钎焊方法 铝及铝合金的钎焊可以采用火焰钎焊、盐浴钎焊和炉中钎焊等方法[1]。 火焰钎焊，其设备简单，燃气来源广，灵活性大，应用很广。主要用于钎焊小型焊件和单件生产。有多种火焰可以使用。有报道，我国与其他国家合作生产了一种介于液化气与氧乙炔之间的夏普气。这种气体火焰柔和，其强度介于液化
钎焊基础知识:钎剂|钎料 钎焊技术是采用比母材熔点低的材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔化的温度（使母材仍保持为固态），利用液态钎料的润湿作用填充接头间隙，与母材相互扩散实现被焊工件连接的一种方法。与熔焊相比，钎焊的优点是加热温度低、工件变形小、接头平整美观、可连接不同的材料、生产效率高等；缺点是钎焊接头强度低、接头装配要求高，应保证严格的装配间隙。 1．钎焊方法的分类 钎焊接头的质量与所选用的钎焊方法、钎焊材料（钎剂、钎料等）和工艺参数等有关。按照不同的特征和标准，钎焊方法有以下几种分类方法。 ①按照所采用钎料的熔点可分为软钎焊和硬钎焊，钎料熔点低于450℃时称为软钎焊，高于450℃时称为硬钎焊。 ②按照钎焊温度的高低可分为高温钎焊、中温钎焊和低温钎焊，温度的划分是相对于母材熔点而言。例如，对钢件来说，加热温度高于800℃称为高温钎焊，550～800℃之间称为中温钎焊，加热温度低于550℃称为低温钎焊；但对于铝合金来说，加热温度高于450℃称为高温钎焊，300～450℃之间称为中温钎焊，加热温度低于300℃称为低温钎焊。 ③按照热源种类和加热方法的不同可以分为火焰钎焊、炉中钎焊、感应钎焊、电阻钎焊、浸渍钎焊、气相钎焊、烙铁钎焊及超声波钎焊等。 ④按照去除母材表面氧化膜的方式可以分为钎剂钎焊、无钎剂钎焊、自钎剂钎焊、气体保护钎焊及真空钎焊等。 ⑤按照接头形成的特点可分为毛细钎焊和非毛细钎焊。液态钎料依靠毛细作用填入钎缝的情况称为毛细钎焊；毛细作用在钎焊接头形成过程中不起主要作用的称为非毛细钎焊。接触反应钎焊和扩散钎焊是最典型的非毛细钎焊过程。 ⑥按照被连接的母材或钎料的不同可分为铝钎焊、不锈钢钎焊、钛合金钎焊、高温合金钎焊、陶瓷钎焊、复合材料钎焊，以及银钎焊、铜钎焊等。 常用的钎焊方法分类、原理及应用见表1。
硬钎焊和软钎焊的区别是什么 钎焊在工业上被定义为采用比母材溶化温度低的钎料，操作温度采用低于母材固相而高于钎料液相线的一种焊接技术。硬钎焊是（历史最长、母材不熔化，温度低，变形小，实现异种材料结合，可拆开。）钎焊属于固相连接，他与熔化焊方法不同，钎焊时母材不熔化，采用比母材熔化温度低的钎料，加热温度采取低于母材固相线而高于钎料液相线的一种连接方法。当被连接的零件和钎料加热到钎料熔化，利用液态钎料在母材表面润湿、铺展与母材相互溶解和扩散和在母材间隙中润湿、毛细流动、填缝与母材相互溶解和扩散而实现零件间的连接。它们二者的区别大多以温度作为区分标准。规定钎料液相线温度高于450 C所进行的钎焊为硬钎焊，低于450 C所进行的钎焊为软钎焊。 硬钎焊由于强度高，可用于钎焊受力构件，应用广泛。其包括铝基材料，银基材料，铜基材料，锰基钎料，镍基钎料，金基钎料，钯基钎料。 接头强度高，有的可在高温下工作。铝基钎料以铝硅合金为基，还可加入铜、锌、锗等元素以满足工艺性能的要求，用来钎焊铝和铝合金。银基钎料主要以银铜和银铜锌合金为基，还可加入镉、锡、锰、镍、锂等元素以满足不同的钎焊工艺要求，是应用最广的一种硬钎料。铜基钎料在钢、合金钢、铜和铜合金的钎焊方面获得了广泛应用。锰基钎料以满足不同工艺的需要。锰基钎料的延性好，对不锈钢、耐热钢具有良好的湿润能力，钎缝有较高的室温和高温强度，中等的抗氧化性和耐腐蚀性，对母材金属无明显的熔蚀作用。镍基钎料内常加入铬、硅、硼、铁、磷和碳等元素，具有优良的抗腐蚀性和耐热性，常用于钎焊奥氏体不锈钢、双相不锈钢、马氏体不锈钢。金基钎料内常加入铜、镍等元素。金基硬钎料与母材金属的作用程度小，常用于薄件的钎焊。钯基钎料具有润湿能力强、蒸气压低、延性好、强度高、对母材金属溶蚀倾向小等特点，适用于不锈钢、镍基合金等材料的钎焊，主要用于航空和宇航、电子工业等部门。 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。
第一章： 1. 推导钎料在平板间隙中上升高度与钎料表面张力、润湿角之间的关系 2.温度是如何影响钎料在母材上的润湿性的 液体的表面张力与温度的关系 Am ：一个摩尔液体分子的体积；K ：常数； T0：表面张力为零时的临界温度；τ：温度常数 随着温度的升高，液体的表面张力减小，提高了润湿性 温度升高，钎料本身的表面张力减小，液态钎料与母材间的界面张力降低，提高了 钎料的润湿性 温度过高，钎料的润湿性太强，造成钎料流失 2. 金属表面的粗糙度是如何影响钎料的润湿性的 母材表面粗糙度对与其相互作用弱的钎料的润湿性有明显 影响。 （Ag-20Pd-5Mn 钎料在不锈钢、铜＋HlSnPb58-2） 粗糙表面上纵横交错的细槽对液态钎料起到特殊的毛细作 用，促进了钎料在母材表面的铺展 母材表面状态对与其相互作用强的钎料的润湿性无影响。 （ LF21铝合金+Sn-20Zn ） 因钎料与母材的强烈相互作用，细槽迅速被液态钎料溶解 而不复存在 3. 金属表面的氧化物是如何影响钎料的润湿性的 金属表面上总是存在着金属氧化物，在有氧化膜的金属表面上，液态钎料往往凝聚成 球状，不与金属发生润湿，这是由于氧化物的表面张力比金属本身的表面张力要低得多所 ) (03 /2τσ--=T T K A m
致。 4.如何通过合金相图判断材料之间是否可以润湿 通过观察相图： 1)如果钎料与母材在液态和固态均不相互作用 润湿性很差 Fe-Ag、Fe-Bi、Fe-Pb、Fe-Cd等 2)如果钎料能与母材相互作用，则可以很好地润湿母材 相互溶解 形成金属间化合物 Ag-Ni 在1000°C时Ag在Ni中有3wt%左右的溶解度 Ag在Ni上有一定的润湿性 Ag可焊不锈钢 Ag-Cu 在779°C时在Ag在Cu中有8wt%左右的溶解度 Ag在Cu上有很好的润湿性 所以，同样以银为钎料，对于不同的母材随着它们之间相互作用的加强，液固界面张力减小，湿润性提高。 母材是合金的情况类似 5.从母材溶解量的计算公式指出影响母材溶解的因素 本质因素 母材在钎料中的极限溶解量 钎料组分在母材中的饱和固溶度 金属间化合物 工艺因素 溶解的计算 Q ：溶解量 t ：时间 K ：溶解速率 δ：扩散层厚度 S ：液- 固相接触面积 a ：溶解速度系数 C l：饱和溶解度 C ：母材在钎料中的浓度 V ：液态钎料的体积 ρs：液态钎料的密度而 VC Q s ρ = 所以 ) ( ) ( C C aS dt VC d l s - = ρ 如果温度、钎料量、接触面积均为常数，则 ) (C C V aS dt dC l s - = ρ ) 1(t V aS l s e VC Q- - =ρ ) (C C aS dt dQ l - = 固液传质的动力学方程 ) (C C S K dt dQ l - = δ
铝及铝合金的钎焊可以采用火焰钎焊、炉中钎焊和盐浴钎焊等方法。 火焰钎焊，其设备简单，燃气来源广，灵活性大，应用很广。主要用于钎焊小型焊件和单件生产。有多种火焰可以使用。有报道，我国与其他国家合作生产了一种介于液化气与氧乙炔之间的夏普气。这种气体火焰柔和，其强度介于液化气与氧乙炔的强度之间，是一种比较好的铝钎焊加热热源[sup][5][/sup]。但与其它连接方法相比，铝及铝合金火焰钎焊加热温度难以掌握，而且对操作者的经验要求较高。 盐浴钎焊具有加热快而均匀、焊件不易变形、去膜充分的优点，因而焊件质量好、生产效率高。特别适合于大批量生产，尤其适用于密集结构钎缝的焊接。铝的盐浴钎焊一般使用膏状、箔状钎料或钎料包覆层，钎料包覆层是Al-Si共晶成分或Ai-Si亚共晶成分。目前钎焊生产大多使用钎料包覆层，既能提高生产效率又能较好的保证钎焊质量。其不足之处：首先．由于加热工件和去氧化膜都靠熔盐进行，对于结构复杂的工件，进盐和出盐都比较困难，这样就给结构设计和工艺带来限制，使其复杂化，而且不容易保证焊接质量。其次，由于特定的使用环境和使用寿命要求，有些产品对耐蚀性要求比较高，而盐浴钎焊后工件内残留大量的钎剂，这样就需要很长的清洗时间。另外，盐浴钎焊设备投资大，工艺复杂，生产周期长。空气炉中钎焊，其设备投资小，钎焊工艺简单，操作方便。但是这种方法加热慢，在空气中加热时工件表面容易氧化，尤其在温度高时更为显著，不利于钎剂的去膜，而且在加热过程中，钎剂会因空气中的水分而失效。针对这种情况，现在发展了干燥空气炉中钎焊。 真空钎焊和保护气氛炉中钎焊由于其各自独特而优良的工艺，在铝和铝合金的钎焊中应用比较多，而且发展也比较快，下面重点介绍。 [B]1．1 真空钎焊[/B] 铝比较活泼，容易在表面形成一层致密的氧化膜。钎焊时，单纯依靠真空条件难以去除氧化物，必须同时借助于某些金属活化剂，如Mg、Bi等。一般认为活化剂的去膜机理：一方面，活化剂与真空中残留的O[sub]2[/sub]和H[sub]2[/sub]O反应，消除了它们对铝钎焊时的有害作用；另一方面，Mg蒸气渗入膜下表材层与扩散的Si一起形成低熔点的Al-Si-Mg合金，钎焊时，该合金熔化从而破坏了氧化膜与母材的结合，使熔化的钎料得以润湿母材，在膜下母材上铺展，并将表面膜浮起而去除。 铝合金真空钎焊时，应根据生产率、成本、焊件尺寸以及结构选择真空炉。 在钎焊前需要仔细的清洗焊件。可以用酸或碱洗去表面的氧化物。如果表面有油污，可以用酒精擦拭。对钎料的处理，一般先用砂纸打磨以去除表面氧化膜，再用酒精擦掉油污。对于较大的工件，在焊接前进行预热，以保证焊件温度在达到钎焊温度以前各部分均匀受热。由于铝合金的真空钎焊主要依靠Mg活化剂去膜，对于结构复杂的焊件，为了保证母材受到Mg蒸气的充分作用，国内有一些单位采用局部屏蔽的补充工艺措施，取得了比较好的效果。其中通用的方法是将工件放入不锈钢罩内，在其中放人Mg屑，然后置于真空钎焊炉中进行钎焊，这样可以大大提高钎焊质量。 真空钎焊当中最重要也是最难控制的工艺参数是真空度，要得到高质量的接头，很大程度上取决于真空度的大小。根据一些工作人员多年的经验，如果钎焊设备较长时间没有使用过，应该让真空炉运行数小时后再使用。使用时，尤其是批量生产时，两次使用的时间间隔应尽量缩短，这样真空炉的真空度容易较快地达到要求。 真空钎焊是一种优良的钎焊方法，但也存在着设备复杂、昂贵，真空系统的维修技术难度大等缺点。我国铝合金真空钎焊的发展已初具水平，今后发展的难点和关键主要放在研制熔点较低且具有较高的力学性能和抗腐蚀性能的低熔点钎料方面。 [B]1．2 保护气氛中钎焊[/B]
炉中铝钎焊的一般工艺流程 1.工件的表面准备 为了确保形成均匀优质钎焊接头，焊前必须清除工件表面的油污、氧化物；为了改善某些材料的钎焊性或增加钎料对母材的润湿能力等常需在母材表面镀覆金属。 （1）清除油污 常用有机溶剂去除油污，如酒精、汽油、三氯乙烯、四氯化碳等。大批量生产常在有机溶剂蒸汽中脱脂。在浴槽中清洗时可采用机械搅拌或超声波振动以提高清洗作用。脱脂后须用水清洗并烘干。 （2）清除氧化物 零件表面氧化物的清除按材料、生产条件和批量，可在机械法、化学浸蚀法和电化学浸蚀法等方法中选择。经化学浸蚀或电化学浸蚀后还须进行光亮处理或中和处理，随后用水清洗并干燥。 a. 适合批量生产的机械清除方法有砂轮、金属刷、喷砂等方法。 b. 化学浸蚀清除表面氧化物始于批量生产，生产率高。浸蚀液的选择取决于母 材及其表面氧化物的性质状态。铝及铝合金可选用（10%NaOH，余量水或 10%HSO的浸蚀液成分。余量水）42，c. 电化学浸蚀同样适用于大批量生产及须快速清除氧化物的情况，大多用于不锈钢和碳钢的清除氧化物工艺。 （3）母材表面镀覆金属 在母材表面镀覆金属主要是为了改善钎料的钎焊性；增加钎料对母材的润湿能力；作为预置钎料层以简化装配提高生产率。 表1-1铝母材镀覆金属材料及镀覆方法 2.预置钎剂和阻流剂 有些焊接方法需要预先放置钎剂和阻流剂。预置的钎剂多为软膏式液体，以确保均匀涂覆在工件的待接两表面上。粘度小的钎剂可以采用浸沾、手工喷涂或自动 0C50~60，不用稀释便能降低其粘度，热的钎剂其喷洒。粘度大的钎剂将其加热到表面张力降低，易粘于金属。 用于气体钎剂的炉中钎焊和火焰钎焊，以及使用自钎剂钎料的钎焊，无须预置钎料。真空钎焊也不需钎剂。 阻流剂是钎焊时用来阻止钎料泛流的一种辅助材料。在气体保护炉中钎焊和真 1 空炉中钎焊时用的最广。阻流剂主要是由稳定的氧化物（如氧化铝、氧化钛、氧化镁等）与适当的粘结剂组成。焊前把糊状阻流剂涂覆在不需要钎焊的母材表面上。由于钎剂不润湿这些物质，故能阻止其流动。钎焊后再将阻流剂清除。 3.装配定位与放置钎料 最好的装配方法是部件能自定位和自支撑，此外可以用夹具进行定位于夹紧。针