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钎焊教材

气焊:缩写(OFW)氧乙炔焊:缩写(OA W)氢氧焊:缩写(OHW)。

气焊:是利用可燃气体与氧气按一定的比例混合燃烧时形成的高温火焰进行焊接的工艺方法。

可燃气体有乙炔,液化石油气,天然气,煤气,氢气等。因乙炔在纯氧中燃烧时,放出的热量最多,火焰温度最高,故使用的最普遍。这种气焊也称为氧-乙炔焊,也称气焊。

气焊一般适用于薄钢板,有色金属材料,铸铁等焊接

目前气焊主要应用于建筑、安装、维修及野外施工的条件下的钢铁材料焊接。

氧乙炔焊是利用乙炔在氧气中燃烧产生的高温火焰进行焊接,利用焊炬确定火焰定向。利用6300°F (3482℃)高温火焰熔化母材,形成熔池。留间隙或坡口时应使用填充金属。火焰沿着焊缝向前移动,熔池凝固形成焊缝。

氧乙炔焊的优点及主要用途

优点:1)适用于各种焊接位置

2)氧乙炔焊设备简单、搬运方便。成本低。

3)适用于焊接硬钎焊、软钎焊及切割。

4)必须选用合理的填充焊丝,焊丝与母材的成分相匹配,含有适量的脱氧剂,保证焊缝的质量。

5)氧乙炔焊通常用于焊接厚度小于1/4in(6.4mm)的工件。

一、安全防护

按照GB9448-1999焊接与切割安全标准实施,标准中对于气焊、气割安全有严格规定。

所有与乙炔相接触的部件(包括:仪表、管路、附件等)不得由铜、银以及铜(或银)含量超过70%的合金制成。

1、氧气与可燃物的隔离

氧气瓶、气瓶阀、接头、减压器、软管及设备必须与油、润滑脂及其他可燃物或爆炸物相隔离。严禁用沾有油污的手、或带有油迹的手套去触碰氧气瓶或氧气设备。

气瓶必须储存在不会遭受物理损坏或使气瓶内储存物的温度超过40℃的地方。

气瓶在使用时必须稳固竖立或装在专用车(架)或固定装置上。

气瓶不得置于受阳光暴晒、热源辐射及可能受到电击的地方。气瓶必须距离实际焊接或切割作业点足够远(一般为5m以上),以免接触火花、热渣或火焰,否则必须提供耐火屏障等。乙炔瓶不能接触金属工作平台。

2、个人防护

工作服:工作服一般按GB/T11651-1989标准选择不易燃且防护好的,工作服主要是用来防止焊接时电弧对人体的灼伤(主要是电弧中强烈的可见光),以及焊接时飞溅对人体的烫伤。

劳保鞋:按GB/T11651-1989标准选取,主要是为了在焊接中防止试件等其它重物砸伤脚。

帽子:按GB/T11651-1989标准选取,主要是为了防止焊接时的飞溅。

手套:按GB/T11651-1989选取无金属部件的手套。

护目镜片:护目镜片按照GB/T3609-1994来选取。护目镜片是焊接面罩的主要功能部件,护目镜片的主要功能作用是即可阻挡有害光线(红外线和紫外线),又可以观察到工作状态。

二、焊接设备

气割气焊的设备组成

氧气瓶

乙炔瓶

焊炬

氧气表

乙炔减压器

胶管

回火防止器

1、气瓶

氧气瓶是用来储存和运输氧气的高压容器。通常将从空气制取的氧气压入瓶内,瓶内的氧气压力是150kg/cm2(15MPA)。氧气瓶是由低合金钢或碳素钢制成的。外表喷涂天蓝色漆并用黑漆写氧气字样以区别其他气瓶,并规定3年必须检查一次。

氧气表,它有两方面的作用:一是把储存在气瓶高压气体减小到所须的工作压力低压气体约(0.2MPA)二是使工作压力及流量在工作的过程中保持稳定不变。

乙炔瓶是一种钢质圆柱容器,一般用无缝钢管制成,瓶顶有瓶阀和瓶帽,瓶体表面漆白色,用红色油漆写有乙炔字样,内装15个大气压的乙炔,乙炔钢瓶的最高工作压力为2.0MPA,应配置专用的减压器。乙炔瓶储存时,一般要保持直立位置,并应有防止倾倒的措施。

2、回火防止器

在气焊过程中,由于堵塞各种原因,使混合气体的喷射速度

小于混合气体的燃烧速度,混合气体的火焰自焊炬向乙炔胶管

内逆燃,通常称之为回火。回火后仍燃烧的火焰,可能通过乙

炔胶管而进入乙炔发生器内,产生燃烧爆炸事故,因而要在乙

炔通路中装置回火防止器

乙炔与纯铜银汞等金属长期接触后,会发生爆炸敏感性极限的化合物乙炔铜,乙炔银等爆炸物质,当受到剧烈震动或温度达110-120摄氏度时,就能爆炸,因此,凡供乙炔使用的工具,都不能用银和铜含量在70%以上的铜合金制成。

3、气体软管

气体软管用于连接气瓶和焊炬。

ANSI/IP-7标准《橡胶焊接软管技术标准》对其进行了详细规定。

气焊软管有单股硬化管和双股硬化管两种,双股管由两根软管组合而成,一般用于氧气,单股硬化管软管用于乙炔。用这种管子连接气瓶和焊枪时,具有操作方便的特点,软管的最大工作压力为150psi

(1.03MPa )。软管规格根据内径大小确定,最常用的软管标准内径为1/4in (6.4mm )。 气体软管没有国际通用颜色标记。

在北美,氧气软管使用绿色颜色标记,而乙炔气体软管使用红色颜色标记。而在欧洲,氧气软管使用蓝色颜色标记,而乙炔气体软管使用橘黄色颜色标记。而有些国家还使用黑色作为氧气软管的颜色标记。切勿将曾经用于可燃气体的软管用作氧气软管。 4、焊炬

焊炬又称焊枪,是气焊操作的主要工具。焊炬的作用是将可燃气体和氧气按一定比例均匀地混合,以一定的速度从焊嘴喷出,形成一定能率、一定成分、适合焊接要求和稳定燃烧的火焰。焊炬的好坏直接影响气焊的焊接质量,因而要求焊炬应具有良好的调节氧气与可燃气体的比例和火焰能率的性能,使混合气体喷出的速

-度等于或大于燃烧速度,以使火焰稳定地燃烧。同时还要求焊炬的重量要轻,使用时应操作方便、安全可靠。

焊炬按可燃气体与氧气的混合方式分为等压式和射吸式两类;按尺寸和重量分为标准型和轻便型两类;按火焰的数目分为单焰和多焰两类;按可燃气体的种类分为乙炔、氢气、汽油等类;按使用方法分为手用和机械两类。 5、气焊火焰

氧乙炔火焰的温度在其长度方向上的分布是不均匀的,火焰不同部位的燃烧情况也是不同的。上图示出在焰心各个不同区域的温度。

三、气焊基本操作

焊接设备连接检查:氧气瓶连接是否安全有无漏气,减压表压力调节。乙炔瓶连接是否安全有无漏气,减压表压力调节。胶管有无漏气。焊炬是否关闭。

1、点火

点火之前,先把氧气瓶和乙炔瓶上的总阀打开(注意乙炔阀开半圈),然后转动减压器上的调压手柄(顺时针旋转),将氧气和乙炔调到工作压力,工作压力按照使用焊枪类型调节。再打开焊枪上的乙炔调节阀,此时可以把氧气调节阀少开一点氧气助燃点火(用明火点燃),如果氧气开得大,点火时就会因为气流太大而出现啪啪的响声,而且还点不着。如果不少开一点氧气助燃点火,虽然也可以点着,但是黑烟较大。点火时,手应放在焊嘴的侧面,不能对着焊嘴,以免点着后喷出的火焰烧伤手臂。

2、调节火焰

刚点火的火焰是碳化焰,然后逐渐开大氧气阀门,改变氧气和乙炔的比例,根据被焊材料性质及厚薄要求,调到所需的中性焰、氧化焰或碳化焰。需要大火焰时,应先把乙炔调节阀开大,再调大氧气调节阀;需要小火焰时,应先把氧气关小,再调小乙炔。

中性焰:当氧气—乙炔的混合比值1.1~1.2时

中性焰借助于空气中的氧气实现完全燃烧。主要用于焊接,

中性火焰具有清晰的,轮廓分明的明亮锥形火焰,这表明燃

烧充分。

氧化焰:当氧与乙炔的混合比值>1.2时

氧化焰具有过量的氧气,其长度较短。并且焰心尖锐且呈白

色。焰心尺寸的减少程度作为衡量氧气过剩的指标。氧化焰

容易氧化焊缝金属。

碳化焰:当氧与乙炔混合比值>1.0时

碳化焰具有过量的乙炔气,这种火焰的的焰心有羽状边缘。

这种白色的羽毛状边缘被称作乙炔羽。乙炔羽的长度等于焰

心的2倍,则火焰称为2倍焰,乙炔羽的长度用作衡量乙炔

过剩量的指标。碳化焰容易使焊缝增碳。

3、火焰能率:每小时可燃混合气的消耗量(L/H)称为火焰能率。由焊炬和焊嘴的号码来决定,焊嘴越大火焰能率就越大,火焰能率的选择要根据焊件的厚度、焊缝的空间位置和材料的热物理性能等因素。厚大件选用较大的火焰能率,熔点高导热性强的材料选用较大的火焰能率。

四、平板堆焊演示

射吸试验、泄露检查、点火、火焰调整;

堆焊焊炬角度对热量的影响、持枪、捻丝

焊后外观

左向焊右向焊介绍

演示气焊堆焊、PA位置对接演示、演示左右焊法的区别、坡口的作用。

气焊操作方法有二种,一种左向焊,另一种右向焊。二者主要的区别在于焊炬和焊丝上的操作有所

不同。

左焊法:

—适用于板厚小于3mm的件—焊丝可间断送进

—焊枪摆动

右焊法:

—适用于壁厚3mm以上件

—焊丝搅动

—焊枪不摆动

优点:

—容易观察溶池

—易焊透

—熔池和焊丝熔化部门受到火焰的保护

—焊道较窄

—用气量少

左向焊和右向焊

正确的焊接操作过程左焊法

右焊法

错误的焊接操作

五、检验及标准

1、外观检验:

板对接:

a.按照ISO5817-C级标准要求,焊缝的余高为h≤1+0.15b(其中h表示焊缝余高,b表示熔宽)

b.按照ISO5817-B级标准要求,不允许有未熔合,未焊透,表面气孔,裂纹等缺陷。

板角接:

a.按照ISO5817-C级标准要求,焊缝的余高为h≤1+0.15b(其中h表示焊缝余高,b表示熔宽)。焊

缝有效厚度a值在0.5t≤a≤0.7t范围内。

2、内部检验:

板对接:

按照ISO5817-B级标准要求,燃气焊采用射线探伤(RT)附加弯曲。

板角接:

按照ISO5817-B级标准要求,对于厚板,可以做断口实验;对于薄板试件,采用宏观金相组织实验。

1、钎焊方法及工艺

1.1 钎焊

钎焊与熔化焊不同,它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,将母材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溶解和扩散而实现连接母材的方法。

钎焊是一种用于材料连接或材料涂层的热连接方法,在连接处是通过钎料的熔化或接触面的扩散作用实现焊接,母材没有达到熔化温度。

每种钎料应具有与母材相关的两个特性:

1)钎料的熔点应低于母材的熔点,

2)钎料在母材上必须浸润,也就是说,钎料和母材之间的分界面间隙通过扩散实现合金化。

工作温度是指在钎焊位置钎料浸润时的条件下最低的表面温度。

<450℃>450℃>900℃

软钎焊硬钎焊高温钎焊

焊接与硬钎焊温度分布的比较:

图1焊接与硬钎焊温度分布

1.2钎焊基本原理及工艺特点

钎焊的生产过程包括很广,如钎焊前准备、零件装配和固定、钎焊、钎焊后清理及质量检验等。其中钎焊过程应包括熔态钎料的填充过程及钎料与母材的相互作用。

(1)熔态钎料的填充过程:能实现这一过程的必要条件是钎料的润湿作用和毛细作用。影响钎料润湿作用的主要因素有:钎料和母材组成;钎焊湿度;母材表面氧化物;母材表面粗糙度;钎剂。

(2)钎料与母材的相互作用。这种作用可归为两种:一种是固态母材向液态钎料的溶解;另一种是液态钎料向母材的扩散。这些相互作用对钎焊接头性能影响很大。

钎焊工艺特点:

1、基体金属不熔化。

2、通常在钎焊接头中不存在熔合线及热影响区。

3、变形小,某些整体加热的钎焊方法可保证产品无变形,能实现精密连接。

4、比较容易实现异种金属或异种材料的连接。

5、可以一次完成数件乃至数十件零件组成的复杂结构的产品的连接和制造。

6、可以在一个加热循环中同时完成钎焊和后热处理多种综合工艺,效率很高。

1.3钎焊方法分类

根据所使用的热源来命名及分类,见表1。

表1 各种钎焊方法的优缺点及适用范围

钎焊方法主要特点用途

烙铁钎焊设备简单、灵活性好,适用于微细

需使用钎剂只能用于软钎焊,钎焊小件钎焊

火焰钎焊设备简单,灵活性好控制温度困难,操作技术要求较高钎焊小件

金属浴钎焊加热快,能精确控制温度钎料消耗大,焊后处理复杂用于软钎焊及其批量生产

盐浴钎焊加热快,能精确控制温度设备费用高,焊后需仔细清洗用于批量生产,不能焊密闭工件

气相钎焊能精确控制温度,加热均匀,钎焊

质量高

成本高只用于软钎焊及其批量生产

波峰钎焊生产率高钎料损耗较大

电阻钎焊加热快,生产率高,成本较低控制温度困难,工件形状、尺寸受限钎焊小件

感应钎焊加热快,钎焊质量好温度不能精确控制,工件形状受限批量钎焊小件

保护气体炉中钎焊能精确控制温度,加热均匀,变形

小,一般不用钎剂,钎焊质量好

设备费用较高,加热漫,钎料和工件

不宜含大量易挥发元素

大、小件的批量生产,多钎缝工

件的钎焊

真空炉中钎

焊能精确控制温度加热均匀,变形

小,能针焊难焊的高温合金,不用

钎剂,钎焊质量好

设备费用高钎料和工件不宜含较多的

易挥发元素

重要工件

1.4典型钎焊方法介绍

表2 常用钎焊方法简介

钎焊方法分类原理应用

烙铁钎焊(图2 a)

外热式烙铁

使用外热源(如煤气、气体火焰等)加

热适用于以软钎料钎焊不大的焊件

广泛应用于无线电、仪表等工业部

电烙

普通电烙铁

靠自身恒定作用的热源保持烙铁头一

定温度

带陶瓷加热器

可温度调节

弧焊烙铁

烙铁头部装有碳头,利用电弧热熔化钎

(同上)

超声波烙铁

在电加热烙铁头上再加上超声波振动,

靠空化作用破坏金属表面氧化膜

适用于铝、铝合金(含Mg多的除

外)、不锈钢、钴、锗、硅等钎焊

火焰钎焊

氧—乙炔焰用可燃气体或液体燃料的氧化产物与

氧气或空气混合燃烧所形成的火焰来

实现钎焊加热

主要用于钎焊钢和铜压缩空气雾化汽油火焰或

空气液化石油火焰

适用于铝合金的硬钎焊

炉中钎焊

空气炉中钎焊

把加有钎剂、钎料的焊件放入一般工业

电炉中加热至钎焊温度完成钎焊

多用于钎焊铝、铜、铁及其合金

保护气

氛炉中

钎焊

还原性气氛炉

中钎焊加有钎料的焊件在还原性气氛或惰性

气氛包围下,在电炉中加热进行钎焊

适用于钎焊碳钢、合金钢、硬质合

金、高温合金等

惰性气氛炉中

钎焊

真空炉

中钎焊

热避型

使用真空钎焊容器,焊件放入容器内,

容器放入炉中加热到钎焊温度,然后容

器在空气中冷却

钎焊含有Cr、Ti、Al等元素的合

金钢、高温合金、钛合金、铝合金

及难熔金属

冷避型

加热炉与钎焊室合为一体,炉壁作成水

冷套,内置热反射屏,炉盖密封

浸渍钎焊盐

外热式

(图2 b)

多为氯盐的混合物作盐浴,钎焊件加热

和保护靠盐浴来实现。外热式由槽外部

电阻丝加热;内热式靠电流通过盐浴产

生的电阻热来加热自身和进行钎焊。钎

焊铝及其合金使用钎剂作盐浴

适用于以铜基钎料和银基钎料钎

焊钢、铜及其合金、合金钢及高温

合金。还可钎焊铝及其合金内热式

(图2 c)

熔化钎料中

浸渍钎焊

将经过表面清洗,并装配好的钎焊件进

行钎剂处理,然后浸入溶化钎料中,钎

料把钎焊处加热到钎焊温度实现钎焊

主要用于以软钎料钎焊铜、铜合金

及钢。对于一些钎缝多而复杂的产

品如蜂窝式换热器、电机电枢等用

此法优越

电阻直接加热式电极压紧两个零件的钎焊处,电流通过

钎焊面形成回路,靠通电中钎焊面产生

的电阻热加热到钎焊温度实现钎焊

主要用于钎焊刀具、电机的定子线

圈、导线端头以及各种电气元件的

触点

钎焊

(图2 d )

间接加热式

电流或只通过一个零件,或根本不通过焊件。前者钎料熔化和另一零件加热是依靠通电加热的零件向它导热来实现。后者电流是通过并加热一个较大的石墨板或耐热合金板,焊件置于此板上,全部依靠导热来实现,对焊件仍需压紧

感应钎焊

高频(150~700KHz/S )

焊件钎焊处的加热是依靠它在交变磁

场中产生的感应电流的电阻热来实现的

广泛用于钎焊钢、铜及铜合金、高温合金等的具有对称形状的焊件 中频(1~10 KHz/S ) 工频(很少直接用于钎焊) 特 种 钎 焊

红外线钎焊 红外线钎焊炉 用红外线灯泡的辐射热对钎焊件加热

钎焊

适于钎焊电子元器件及玻璃绝缘子等

小型红外线聚光灯钎焊

连接磁线存储器、挠性电缆等 氙弧灯光束钎焊

用特殊的反光镜将氙弧灯发出的强热光线聚在一起而得到高能量刻度的光束作为热源

适于钎焊半导体、集成电路底板、大规模集成电路、电平表、磁头、晶体振子等小型器件以及其它微型件高密度的插装端子

激光钎焊

利用原子受激辐射的原理使物质受激而产生波长均一、方向一致以及强度非常高的光束,聚焦到105瓦/厘米2以上的高能量密度的十分微小的焦点,把光能转换为热能实现钎焊

适用于钎焊微电子器件、无线电、电讯器材以及精密仪表等零部件

脉冲加热钎焊

平行间隙钎焊法

利用电阻热原理进行软钎焊的方法,以脉冲的方式在短时间内(几毫秒~1秒之内)供给钎焊所需热量

往印刷电路板上装集成电路块及晶体管等元件

再流钎焊法

通过脉冲电流用间接加热的方法在被焊的材料上涂一层钎料或在材料间放入加工成适当形状的钎料,并在其熔化瞬间同时加压完成钎焊

在印刷电路上装集成电路块、二级管、片状电容等元器件,以及挠性电缆的多点同时钎焊等

热压头式再流钎焊法

采用了热压头方式同时吸收了脉冲加热法的优点来实现钎焊

适于将大型的大规模集成电路或漆包线等钎焊到各种基板上

汽相钎焊 利用高沸点的氟系列碳氢化合物饱和蒸气的冷凝气化潜热来实现钎焊 往印刷电路板上钎焊绕接用的接线柱、往陶瓷基片上钎焊陶瓷片或芯片基座外部引线等

波峰式钎焊法 钎焊时,印刷电路板背面的铜箔面在钎料的波峰上移动,实现钎焊 作为印刷电路板批量钎焊方法

平面静止式钎焊方法

钎焊时,使印刷电路板沿水平方向移动而同时使钎料槽或印刷电路板作垂直运动来完成钎焊

a ) 烙铁钎焊

b ) 外热式盐浴槽

1—热电偶 2—炉衬 3—坩埚 4—电阻丝

c ) 内热式盐浴槽[2]

d ) 电阻钎焊原理图(直接加热法和间接加热法)

1—炉壁 2—盐浴槽 3—电极4—热电偶5—变压器 1—电极 2—焊件 3—钎料 4—变压器

图2常用钎焊方法

1.5钎焊工艺过程

钎焊过程通常有三个阶段: 1)钎剂熔化并填充间隙。 2)钎料熔化并填充间隙。

3)熔融的液态钎料与基体金属相互作用并冷却凝固。

熔融的钎剂和钎料必须能润湿基体金属,才能填充连接间隙。

工件表面准备 ?

??

?????

???

?

?等

性如铜表面预镀覆银锡

以改善钎焊母材表面预镀覆金属:浸蚀法和电化浸蚀法方法,化学

清除氧化物:可用机械在碱溶液中清洗剂中脱脂也可

等大批生产可在有机熔碳,二氯化烷如酒精,汽油,四氯化剂去除清除油污:可用有机熔)3)2.

)1

以确保零件之间的相互位置的固定。

大多数的钎焊方法(除火焰钎焊和烙铁钎焊外)都是将钎料预先安置

在接头上,安置原则是尽可能利用钎料的重力和毛细作用来促进钎料

填满间隙。

由氧化铝、氧化钛或氧化镁等稳定的氧化物加粘结剂组成。

主要参数是钎焊温度和保温时间,T 钎通常为高于钎料液相线温度25~60℃。也有例外,结晶温度间隔宽的钎料,可等于或低于钎料的相线,镍基钎料应等于钎料液相线100℃以上。保温时根据工件大小和钎料与母材的相互作用剧烈程度而定。

水(用于有机酸及盐钎剂钎剂 )

1.6钎焊接头设计 (1)设计原则:① 首先考虑接头强度

② 其次还要考虑组合件的尺寸精度

零件的装配定位

钎料的安置,接头间隙等

(2)接头设计时应注意的几点

① 搭接长度,它是保证接头与母材具有相等承载能力的关键。

搭接长度 L =

δσστ

??b a 式中: b σ ——母材的拉接强度(MP α) τσ——钎焊接头的拉剪强度(MP α) δ ——母材厚度 a ——安全参数

装配和固定 钎料的放置 涂阻流剂

钎焊

钎焊后清洗

在生产实践中,对采用银基、铜基、镍基等强度较高的钎焊的接头,搭接长度通常取为薄件厚度的2~3倍;对用锡铅等软钎料钎焊的接头,可取为薄件厚度的4~5倍,但不希望搭接长度大于是15mm。因为此时钎料很难填满间隙,往往形成大量缺陷。由于工件的形状不同,搭接接头的具体形式各不相同。

图3 平板钎焊接头型式

图4 管件钎焊接头型式

图5 T型和斜角钎焊接头

图6 端面密封接头

图7 管或棒与板的接头型式

a)一些典型接头b)管状散热器接头c)夹层结构接头d)蜂窝结构接头

图8 线接触钎焊接头(5)

②接头与载荷关系问题

接头设计时应避免在载荷作用下接头处发生应力集中,另外在受撕裂、冲击、振动等载荷作用时也应特别注意接头设计的合理性。图9列举了一些实例。

图9 受动载或重载荷接头的合理设计或不合理设计(15)

③开设工艺孔

工艺孔是指为满足工艺上的要求而在接头上开的孔。钎焊时空气受热膨胀空气有可能阻碍钎料的填隙,也可能使已填满间隙的钎料重新排列,见图10。

图10 开设工艺孔示意图

④接头间隙

1.间隙的大小在很大程度上影响钎焊接头强度和钎缝的致密性。这是由于钎焊是靠毛细力作用使钎料填满间隙的。间隙过小,钎料流入困难,在钎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,钎料能填满间隙,也会使接头的致密性变坏,强度下降。

2.设计钎焊接头应遵循以下原则:

1)钎缝应尽可能与受力方向平行。避免钎缝承受拉应力,接头区各零件厚度力求接近,以利于在加热循环中温度和应力分布均匀。

2)接头中不应有阻碍钎料填充毛细间隙的拐角,装配间隙大小应考虑基体金属的热物理性能等。

3)高温钎焊时,若所选钎料强度高并有合理的工艺措施。也允许选用T形接头形式,但应相应增加钎缝长度好面积。

4)搭接长度设计主要以接头中薄弱件的厚度为基础。通常板件的搭接长度为薄件厚度的2-5倍。(与所选钎料有关)硬钎料常取3倍厚度,软钎料时夺取5倍厚度。但搭接长度一般不大于15mm。

钎焊间隙:

在钎料装配中,正确选定装配间隙值是保证钎缝致密,接头强度优良的重要因素。不同基体金属选用不同钎料,钎料都有一个最佳间隙范围。

常用金属钎料时的装配间隙,间隙设计时应注意以下原则:

1)当液态钎料与基体金属之间物理化学作用较弱时,取较小间隙,反之,则取较大间隙,选用纯金属钎料或共晶钎料时,应选较小间隙。无钎剂钎焊比钎剂钎焊选用的间隙小。由线膨胀系数不同的材料组成的接头,或组成接头两零件厚度相差较大或加热温度不均匀时,装配间隙在加热过程中增大或减小,必须给予重视。

常用金属钎焊时的装配间隙

母材钎焊类型装配间隙/mm

碳素钢Cu钎料0.01-0.05

CuZn系钎料0.05-0.20

Ag基钎料0.02-0.15

SnPb系钎料0.05-0.20

不锈钢Cu基钎料0.02-0.07

Ni基钎料0.02-0.05

Ag基钎料0.05-0.15

SnPb系钎料0.05-0.20

铜及其合金CuZn系钎料0.07-0.20

CuP系钎料0.05-0.25

Ag基钎料0.05-0.15

Sn 基钎料 0.05-0.20 铝及其合金

Al 基钎料 0.10-0.30 SnZn 系钎料

0.10-0.30

(3)钎焊接头质量检验

① 钎焊接头缺陷

a 、 填隙不良、部分间隙未被填满

b 、 钎缝气孔

c 、 钎缝夹渣

d 、 钎缝开裂

e 、 母材开裂

f 、 钎料流失

g 、 母材被溶蚀 ②接头检验方法 a 、 外观检查

b 、 表面缺陷检查

c 、 内部缺陷检查:包括X 射线和γ射线、超声波和致密性检验

2、钎焊材料

2.1对钎焊材料的基本要求

a ) 合适的熔化温度范围,一般比母材的熔化温度低

b ) 在钎焊温度下具有良好的润湿作用,能充填充接头间隙

c ) 与母材的物理、化学作用应保证它们之间形成牢固的结合

d ) 成份稳定尽可能减少钎焊温度下元素的损耗;少含或不含稀有金属和贵重金属

e ) 能满足钎焊接头物理、化学及力学性能等要求 2.2钎料的分类

钎料可分为软钎料(易熔钎料,熔点低于450℃)和硬钎料(难熔钎料,熔点高于450℃)两大类。 软钎料主要包括:铋基、铟基、锡基、镉基、锌基和铅基等钎料。

硬钎料主要包括:铝基、银基、铜基、锰基、镍基、金基、钯基、镁基、钼基和钛基等钎料。

2.3钎料型号(牌号)表示方法 (1)相关标准及规定

参照

修 代 订 替

参照

① 制定标准的依据 原标准GB 6208-86《钎料牌号表示方法》是参照国际标准ISO 3677-76《软钎料及硬钎料牌号规则》制订的。ISO3677-76已修订为ISO3677-92《软钎料及硬钎料金属的型号》。其中,对钎料符号表述已做了全面修订。硬钎料和钎焊接填充金属用“B”表示,软钎料用“S”表示而原标准均用“B”表示。基于这一点。

② 关于将标准名称《钎料牌号表示方法》改为《钎料型号表示方法》的问题 ⅰ)原来我国钎料标准均匀习惯称之为“牌号”,其实牌号一般都作为企业具体产品而给出的,同一型号的产品各企业牌号不一定相同,所以将《钎料牌号表示方法》改为《钎料型号表示方法》更合适。

ⅱ)中国焊接材料检测中心将焊接材料中的焊条、焊丝等代号均称之为“型号”,钎料、钎焊剂均属焊接材料范畴,为理顺关系现统一称为“型号”。

③ 关于在型号中未表示钎料固—液相线温度的问题在ISO3677标准中规定钎料型号中第三部分要标注钎料固—液相线温度,但在我国标准中均未标出。主要原因是目前钎料固—液相线温度测定国际国内尚无标准,所用仪器不同而测量出的误差则很大,可见将此内容引入标准中无法贯彻执行。在美国、日本、德国的标准中未采用ISO 标准,也未将固—液相线温度列入型号。

ISO3677-76 软钎料及硬钎料牌号规定 GB6208-86 钎料牌号表示方法 ISO3677-92

软钎料及硬钎料金属的型号GB/T6208-1995 钎料型号表示方法

④关于钎焊填充金属钎焊填充金属在国内应用尚属开发阶段,少量应用也是选用其它类焊接材料,因此本标准未将其列入。

(2)机械工业部的《焊接材料产品样本》(1997)钎料牌号编制方法

1)以字母“HL”表示钎料;

2)牌号的第1位数字,表示钎料的化学组成类型;其系列见表3。

表3 钎料牌号中第1位数字的含义

牌号化学组成类型牌号化学组成类型

HL1××(料1××)HL2××(料2××)HL3××(料3××)HL4××(料4××)铜锌合金

铜磷合金

银合金

铝合金

HL5××(料5××)

HL6××(料6××)

HL7××(料7××)

锌合金

锡铅合金

镍基合金

3)牌号的第2、3位数字,表示同一类型钎料的不同牌号。

举例

HL 3 03

牌号编号为03

钎料的化学组成类为银合金

钎料牌号

(3)冶金部的钎料编号方法

1)以字母“HL”表示钎料

2)“HL”后用两个化学元素符号:表示钎料的主要组元;

3)最后一个或数个数字,标出除第一个主要元素以外钎料的其它主要合金组元的含量。

举例:

HL Sn Pb10

含铅、其质量百分数10%

锡基

钎料

(4)GB/T6208-1995介绍

型号表示方法的说明

主要合金组分,以化学元素符号表示

钎料基本组分,以化学元素符号及其公称质量百分数(质量分数)

表示

“S-”表示软钎料

钎料类型代号

“B-”表示硬钎料

1)钎料型号由两部分组成。钎料型号两部分用隔线“-”分开。

2)钎料型号第一部分用一个大写英文字母表示钎料的类型“S”表示软钎料;“B”表示硬钎料。

电子行业用软钎料将符号“E”标在第二部分之后。

3)钎料型号中的第二部分由主要合金组分的化学元素符号组成。

①在这部分中的第一个化学元素符号表示钎料的基本组分,其他化学元素符号按其质量百分数(质量分数,%)顺序排列,当几种元素具有相同质量百分数(质量分数,%)时,按其原子序数顺序排列。

②软钎料每个化学元素符号后都要标出其公称质量百分数(质量分数,%)。硬钎料仅第一个化学元素符号后标出公称质量百分数。公称质量百分数(质量分数,%)取整数误差 1%,若其元素公称质量百分数(质量分数,%)仅规定最低值时,应将其取整。

③公称质量小于1%(质量分数)的元素在型号中不必标出,如果元素是钎料的关键组分一定要标出

时,按如下规定予以标出:

a、软钎料型号中可仅标出其化学元素符号;

b、硬钎料型号中将其化学元素符号用括号括起来。

4)每个型号中最多只能标出六个化学元素符号。

5)型号示例

①一种质量分数为:锡60%、铅39%、锑0.4%的软钎料,其型号为:S-Sn63Pb40Sb

②一种质量分数为:锡63%、铅37%电子工业用软钎料,其型号为:S-Sn63Pb37E

③一种二元共晶钎料的质量分数为:银72%、铜28%、其型号为:B-Ag72Cu

一种成分基本相同的钎料,但含有一种关键元素锂(质量分数小于1%),其型号为:B-Ag72Cu (Li)

④一种质量分数为:镍63%、钨16%、铬10%、铁3.8%、硅3.2%、硼2.5%、碳0.5%、磷0.6%、锰0.1%、钴0.2%的镍基钎料,其型号为:B-Ni63WCrFeSiB

2.4典型钎料简介

(1)软钎料(熔点低于450℃的钎料)

①锡铅钎料

是软钎料中应用最广的一种。高锡铅合金含Sn61.9%时,即形成熔点为183℃的共晶。纯锡加入铅后强度提高,在共晶成份附近时强度和硬度最高,但导电率则随铅量增大而降低。

在锡铅合金中有时加入锑,用以减轻钎料在液态时的氧化程度,并提高接头的热稳定性。含锑一般控制在3%以下,以免钎料发脆。若加入银可使晶粒细化并提高耐腐蚀性。

锡铅钎料工作温度不能太高,当温度高于100%时;强度急剧下降,含锡高的锡铅料在低温下有冷脆性。锡铅焊料已纳入国家(GB3131-88)。

(2)硬钎料

硬钎料由于强度高,可用于钎焊受力构件,应用愈来愈广,如钎焊钢和铜用的银基钎料和铜基钎料,钎焊铝用的铝基钎料等在各工业部门得到极广泛的应用,在高温场合镍基钎料愈来愈受到人们的重视。现就已纳入国家标准的几种硬钎料介绍如下:

①铜基钎料

铜基钎料由于其经济性好,在钢、合金钢、铜和铜合金的钎焊方面获得了广泛的应用。标准GB6418-93中将铜基钎粉分为铜,铜锌和铜磷钎料。

②银基钎料

银基钎料是应用最广泛的一类硬钎料,由于熔化温度不很高,能润湿很多金属,并且有良好的强度、延性、导热性、导电性和抗腐蚀性。广泛应用于钎焊低碳钢、结构钢、不锈钢、铜及铜合金、可伐合金、难熔金属等。按国标GB10046-88银基钎料可分为银铜、银铝、银铜锂、银铜锌、银铜锡、银铜锌镉、银铜锌锡、银铜锌锰钎料。

③镍基钎料

镍基钎料具有优良的抗腐性和耐热性,因它钎焊接头可以承受的工作温度可达1000℃,镍基钎料常用于钎焊奥氏体锈钢、双相不锈钢,马氏体不锈钢,镍基合金和钴基合金等,也可用于碳钢和低合金钢的钎焊,镍基钎料的钎焊接头在液氧、液氮等低温介质内也可有满意的性能。

按国标GB10859-89中的规定,镍基钎料可分为镍铬硅硼、镍铬钨硼、镍硅硼、镍铬硅、镍磷、镍铬磷、镍锰硅铜。

④锰基钎料

锰基钎料的延性好,对不锈钢、耐热钢具有良好的润湿能力,钎缝有较高的室温和高温强度,中等抗氧化性和耐腐蚀性。在锰镍钎料中加入铬、钴、铜、铁、硼等元素可降低钎料的熔化温度,改善工艺性能和提高抗腐蚀性。但锰基钎料的蒸气压高,抗腐蚀不够,它适用于在低真空及保护气氛下钎焊在500℃左右长期工作的不锈钢和耐热钢部件。

目前已纳入国家标准GB/T13679-92的有以下锰基钎料。

⑤铝基钎料

它是用来钎焊铝和铝合金,其主要以铝硅合金为基础,有时加入铜、锌、锗等元素以满足工艺要求,如在铝镁合金中加入1-1.5%镁,可用于铝合金的真空钎焊。铝基钎料已纳入国家标准(GB/T13815-92)

的有铝硅,铝硅铜,铝硅镁合金。

(3)钎剂

钎剂的主要用途是去除母材和液态钎料表面上的氧化物,保护母材和钎料在加热过程中不致进一步氧化以及改善钎料对母材表面的润湿能力。

钎剂应具备以下条件:

①具有足够的去除母材及钎料表面氧化物的能力;

②熔化温度及最低活性温度略低于钎料的熔化温度;

③在钎焊温度下具备足够的润湿能力。

有关钎剂方面已纳入国家标准的有:

①GB/T15829.1-1995 软钎焊用钎剂分类,标记与包装

②GB/T15829.2-1995 软钎焊用钎剂树脂类钎剂

③GB/T15829.3-1995 软钎焊用钎剂有机物类钎剂

④GB/T15829.4-1995 软钎焊用钎剂无机物类钎剂

⑤JB/T6045-1992硬钎焊用钎剂

3、各种材料的钎焊

(1)材料的钎焊性

材料的钎焊性是指材料对钎焊加工的适应性,即材料在一定的钎焊条件下获得优质接头的难易程度。

钎焊性的好坏首先与材料表面形成的氧化物成分及其去除的难易程度有关。例如铜和铁表面氧化物的稳定性低容易去除,故钎焊性好;铬的氧化物稳定性高,不易去除,含铬的金属必须采用活性大的钎剂或纯度高的还原性气体才能将其除去。铝的氧化物更难去除,相对来说,铝的钎焊性就差。

钎焊性的好坏还表现在钎焊加热温度对工件材料组织及性能的影响上。例如,硬铝LY12的固相线温度相当低,目前还没有合适的钎料使其在硬钎焊时不发生过烧,故钎焊性差。

钎焊性的又一重要标志是钎料对它的润湿作用。大多数钎料对铜、钢的润湿作用都比较好,对钼、钨的差。前者钎焊性好,后者钎焊性差。

钎焊性好坏又与工件材料同钎料作用后的产物性能有关。钛和钛合金同大多数钎料作用衙会在界面区形成脆性化合物相,故钛的钎焊性差。

又如,低碳钢在炉中钎焊时对保护气氛的纯度要求较低,而含铝、钛等元素的高温合金只有在真空钎焊时才能获得良好的钎焊接头。

总之,钎焊性不但取决于材料本身,而且与钎料、钎剂和钎焊方法有关,故必须根据具体情况进行评定。

(2)钎料的选择原则

钎料的选择应从使用要求,钎料与母材的互匹配以及经济角度等方面进行全面考虑。表4给出了各种材料组合适用的钎料。

表4 各种材料组合适用的钎料

Al及其合金Be、V、

Zr及其合

Cu及其合

Mo、Nb、

Ta、W及

其合金

Ni及其合

Ti及

其合金

碳钢及

低合金钢

铸铁

不锈钢

Al及其合

Al-①Sn-Zn Zn-Al Zn-Cd

Be、V、Zr

及其合金

不推荐无规定

Cu及其合

金Sn-Zn

Zn-Cd

Zn-Al

Ag-

Ag-

Cd-

Cu-P

Sn-Pb

Mo、Nb、

Ta、W及

其合金

不推荐无规定Ag- 无规定

Ni 及其合

金 不推荐

Ag-

Ag- Au- Cu-Zn Ag- Cu Ni- Ag- Ni- Au- Pd- Cu- Mn-

Ti 及其合

金 Al-Si 无规定 Ag- 无规定 Ag- 无规定

碳钢及低合金钢

Al-Si Ag- Ag- Sn-Pb Au- Cu-Zn Cd- Ag- Cu Ni- Ag- Sn-Pb Au- Cu- Ni Ag-

Ag- Cu-Zn Au- Ni- Cd-Sn-Pb Cu

铸铁 不推荐 Ag- Ag- Sn-Pb Au Cu-Zn Cd- Ag- Cu Ni- Ag- Cu ② Cu-Zn ③ Ni- Ag- Ag- Cu-Zn Sn-Pb Ag- Cu-Zn Ni- Sn-Pb

工具钢 不推荐 不推荐 Ag- Cu-Zn Ni- 不推荐 Ag- Cu Cu-Zn Ni- 不推荐 Ag- Cu Cu-Zn Ni- Ag- Cu-Zn Ni- Ag- Cu Cu- Ni- 不锈钢 Al-Si Ag- Ag- Cd- Au- Sn-Pb Cu-Zn

Ag- Cu Ni-

Ag- Ni- Au- Pd- Cu- Sn-Pb Mn-

Ag-

Ag- Sn-Pb Au- Cu- Ni-

Ag- Cu- Ni- Sn-Pb

Ag- Cu Ni-

Ag- Ni- Au- Pd- Cu- Sn-Pb Mn-

钎料的选择具体从以下几个方面考虑: ① 从使用要求出发,对钎焊接头强度要求不高和工作温度不高的可用软钎焊,对在低温下工作的接头,应使用含锡量低的钎料。要求高温强度和抗氧化性好的接头,宜用镍基钎料。但含硼的钎料,不适用于核反应堆。

对要求抗腐蚀性好的铝钎焊接头,应采用铝硅钎料钎焊;铝的软钎焊接头应采用保护措施。用Sn92AgSbCu 和Sn84.5AgSb 钎料钎焊的铜接头的抗腐蚀性比用HlAgPb97钎料钎焊的好,前者可用于在较高温度和高温度条件下工作的工件。

对要求导电性好的电气零件,应选用含锡量高的锡铅钎料或含银量高的银基钎料;直空密封接头,应采用真空级钎料。

② 选择钎料时,应考虑钎料与母材的相互作用。铜磷钎料不能钎焊钢和镍,因为会在界面生成极脆的磷化物相。镉基钎料钎焊铜时,很容易在界面形成脆性的铜镉化合物而使接头变脆。用BNi-1镍基钎料钎焊不锈钢薄件时,因有熔穿倾向而不予推荐。

③ 选择钎料时还应考虑钎焊加热温度的影响。如对于已调质处理的2Cr13工件,可先用B40AgCuZnCd 钎料,使其钎焊温度低于700℃,以免工件发生退火。对于冷作硬化铜材,为了防止母材钎焊后软化,应选用钎焊温度不超过300℃的钎料。

④ 钎焊加热方法对钎料选择也有一定的影响。炉中钎焊时,不宜选用含易挥发元素,如锌、镉的钎料。真空钎焊要求钎料不含高蒸气压元素。

⑤ 从经济观点出发,应选用价格便宜的钎料。如制冷机中铜管的钎焊,使用银基钎料固然质量很好,但是用铜磷银或铜磷锡钎料钎焊的接头也不错,后者的价格要比前者便宜得多。

图11 各类硬钎料的熔化温度范围 图12 各类软钎料的熔化温度范围

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