钎焊基础知识

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。

2．钎剂的分类及特点钎焊熔剂（钎剂）是钎焊过程中用的熔剂，与钎料配合使用，是保证钎焊过程顺利进行和获得致密接头不可缺少的。

钎剂的作用是清除熔融钎料和母材表面的氧化物，保护钎料及母材表面不被继续氧化，改善钎料对母材的润湿性能，促进界面活化，使其能顺利地实现钎焊过程。

钎剂与钎料的合理选用对钎焊接头的质量起关键作用。

2.1 对钎剂的基本要求a、钎剂的熔点和最低活性温度比钎料低，在活性温度范围内有足够的流动性。

在钎料熔化之前钎剂就应熔化并开始起作用，去除钎缝间隙和钎料表面的氧化膜，为液态钎料的铺展润湿创造条件。

b、应具有良好的热稳定性，使钎剂在加热过程中保持其成分和作用稳定不变。

一般说来钎剂应具有不小于100℃的热稳定温度范围。

c、能很好地溶解或破坏被钎焊金属和钎料表面的氧化膜。

钎剂中各组分的汽化（蒸发）温度比钎焊温度高，以避免钎剂挥发而丧失作用。

d、在钎焊温度范围内钎剂应黏度小、流动性好，能很好地润湿钎焊金属、减少液态钎料的界面张力。

e、熔融钎剂及清除氧化膜后的生成物密度应较小，有利于上浮，呈薄膜层均匀覆盖在钎焊金属表面，有效地隔绝空气，促进钎料润湿和铺展，不致滞留在钎缝中形成夹渣。

f、熔融钎剂残渣不应对钎焊金属和钎缝有强烈的腐蚀作用，钎剂挥发物的毒性小。

2.2 钎剂的分类钎剂的组成物质主要取决于所要清除氧化物的物理化学性质。

构成钎剂的组成物质可以是单一组元（如硼砂、氯化锌等），也可以是多组元系统。

多组元系统通常由基体组元、去膜组元和活性组元组成。

钎剂的分类与钎料分类相适应，通常分为软钎剂、硬钎剂、铝用钎剂等，分别适用于不同的场合。

各种钎焊熔剂和气体钎剂的分类见表2。

（1）软钎剂软钎剂是指在450℃以下钎焊用的钎剂，由成膜物质、活化物质、助剂、稀释剂和溶剂等组成，可分为无机软钎剂和有机软钎剂两类。

无机软钎剂具有很高的化学活性，去除氧化物的能力很强，热稳定性好，能促进液态钎料对钎焊金属的润湿，保证钎焊质量。

这类钎剂适应钎焊温度范围较宽，但其残渣有强烈的腐蚀作用，故又称为腐蚀性软钎料，钎焊后必须清除干净。

无机软钎剂可用于不锈钢、耐热钢、镍基合金等。

有机软钎剂有水溶性和天然树脂（松香）之分，对母材几乎没有腐蚀性，故称非腐蚀性软钎剂。

常用软钎剂的成分和性能见表3。

（2）硬钎剂硬钎剂是指在450℃以上钎焊用的钎剂。

黑色金属常用的硬钎剂的主要组分是硼砂、硼酸及其混合物。

为了得到合适的熔点和增强去除氧化物的能力，可以添加各种碱金属或碱土金属的氟化物、氟硼酸盐等。

硼砂（Na2B4O7·10H2O）是单斜类白色透明晶体，易溶于水，加热到200℃以上结晶水可全部蒸发。

硼砂应在脱水后使用。

硼砂中的硼酐与金属氧化物作用形成易熔的硼酸盐，并进一步分解形成偏硼酸钠与硼酸盐形成熔点更低的混合物，而达到去除氧化物的目的，故可用作钎剂。

常用硬钎剂的成分、特点及用途见表4。

其中FB102钎剂是应用最广泛的通用钎剂；FB103钎剂的钎焊温度最低，特别适用于银铜锌镉钎料；FB104钎剂不含KBF4，钎剂不易挥发，在加热速度较慢情况下仍可保持较长时间的活性。

硼砂和硼酸的混合物是应用很广泛的钎剂，但它们的活性温度很高，均在800℃以上，因此也只适合于800℃以上的钎焊，一般只能配合铜基钎料使用。

去除氧化物的能力不强，不能去除Cr、Si、Al、Ti等的氧化物，故不能用于钎焊含这些元素的合金钢、不锈钢和高温合金等。

这类残渣呈玻璃硬壳状，不溶于水，虽腐蚀性不大，但清除困难。

（3）铝用钎剂铝表面的氧化膜致密、稳定。

钎焊铝及铝合金时必须专门的铝用钎剂。

铝合金用钎剂按其使用温度分为铝用软钎剂和铝用硬钎剂两类。

铝用软钎剂又分为有机钎剂和反应钎剂，其成分、特点及用途见表5。

铝用硬钎剂的基本组成是碱金属及碱土金属的氯化物，其成分、特点及用途见表6。

注：1、钎焊时，焊前应将工件钎焊部分洗刷干净，工件还应预热。

2、钎剂不宜沾得过多，一般薄薄一层即可，焊缝宜一次钎焊完。

3、钎焊后接头必须用热水反复冲洗或煮沸，并在50～80℃的质量分数为2%的酪酐（Cr2O3）溶液中保持15min，再用冷水冲洗，以免发生腐蚀。

（4）气体钎剂气体钎剂是一种特殊类型的钎剂，按钎焊方法可分为炉中钎焊用气体钎剂和火焰钎焊用气体钎剂。

这类钎剂最大的优点是钎焊后没有钎剂残渣，钎焊接头不需清洗。

但这类钎剂及其反应物大多有一定的毒性，使用时应采取相应的安全措施。

常用气体钎剂的种类和用途见表7。

在炉中钎焊中可用作钎剂的气体主要是气态的无机卤化物，包括氯化氢、氟化氢、三氟化硼、三氯化硼和三氯化磷等气体。

氯化氢和氟化氢对母材有强烈的腐蚀性，一般不单独使用，只在惰性气体保护钎焊中添加少量来提高去膜能力。

三氟化硼是最常用的炉中钎焊用气体钎剂，特点是对母材的腐蚀作用小。

去膜能力强，能保证钎料有较好的润湿性，可用于钎焊不锈钢和耐热合金。

但去膜后生成的产物熔点较高，只适合于高温钎焊（1050～1150℃）。

三氟化硼可以由放在钎焊容器中的氟硼酸钾在800～900℃完全分解产生，并添加在惰性气体中使用，其体积分数应控制在0.001%～0.1%的范围内。

三氯化硼和三氯化磷气体对氧化物有更强的活性，且反应生成的产物熔点较低或易挥发，可在包括高温和中温的较宽温度范围（300～1000℃）进行碳钢及不锈钢、铜及铜合金、铝及铝合金的钎焊。

该气体钎剂也应添加到惰性气体中使用，并使体积分数控制在0.001%～0.1%的范围内。

火焰钎焊时，可采用硼有机化合物的蒸气作为气体钎剂，如硼酸甲酯蒸气等。

该蒸气在燃气中供给，并在火焰中与氧反应生成硼酐，从而起到钎剂作用，可在高于900℃的的钎焊碳钢、铜及铜合金等。

2.3 钎剂的型号与牌号（1）钎剂型号硬钎焊用钎剂型号由字母“FB”和根据钎剂的主要组分划分的四种代号“1，2，3，4”及钎剂顺序号表示；型号尾部分别用大写字母S（粉末状、粒状）、P（膏状）、L（液态）表示钎剂的形态。

钎剂主要化学组分的分类见表8.8。

钎剂型号举例：（2）钎剂牌号钎剂牌号前加字母“QJ”表示钎焊熔剂；牌号第一位数字表示钎剂的用途，其中，1为银焊料钎焊用，2为钎焊铝及铝合金用；牌号第二、第三位数字表示同一类型钎剂的不同牌号。

钎剂的品种很多，应根据钎焊温度及钎焊工艺要求合理选用。

常用钎焊熔剂的牌号及用途见表9。

常用硬钎剂的牌号、成分及用途见表10。

牌号名称用途QJ101 QJ102 QJ103 QJ104 QJ201 QJ203 QJ207 银钎焊熔剂银钎焊熔剂特制银钎焊熔剂银钎焊熔剂铝钎焊熔剂铝电缆钎焊熔剂高温铝钎焊熔剂在550～850℃范围钎焊各种铜及铜合金、钢及不锈钢等在600～850℃范围钎焊各种铜及铜合金、钢及不锈钢等，活性极强在550～750℃范围钎焊各种铜及铜合金、钢及不锈钢等在650～850℃范围钎焊各种铜及铜合金、钢及不锈钢等在450～620℃范围钎焊铝及铝合金，活性极强在270～380℃范围钎焊铝及铝合金、铜及铜合金、钢等钎剂与钎料（二）3 钎料的分类及特点钎料是钎焊时的填充材料，钎焊件依靠熔化的钎料连接起来，钎料自身的性能及其与母材间的相互作用在很大程度上决定了钎焊接头的性能，因此钎焊接头的质量主要取决于钎料。

3.1 对钎料的基本要求a、具有适当的熔点，钎料的熔点至少应比母材的熔点低几十摄氏度。

二者熔点过分接近使钎焊过程不易控制，甚至导致母材晶粒过烧或局部熔化。

b、具有良好的润湿性，应能在母材表面充分铺展并充分填满钎缝间隙。

为保证钎料良好润湿和填缝，在钎料流入接头间隙之前就应处于完全熔化状态。

应将钎料的液相线看作钎焊时可采用的最低温度，接头的整个截面必须加热到液相线温度或更高的温度。

c、能与母材发生溶解、反应扩散等相互作用，并形成牢固的冶金结合。

钎料与母材界面适当的相互作用可以使钎料发生合金化反应，提高钎焊接头的力学性能。

d、应具有稳定和均匀的成分，在钎焊过程中应尽量避免出现偏析现象和易挥发元素的烧损。

e、得到的钎焊接头应能满足使用要求，如力学性能和物理化学性能等方面的要求。

还应考虑钎料的经济性，在满足工艺性能和使用性能的前提下，尽量少用或不用稀有金属和贵金属，降低生产成本。

3.2 钎料的分类钎料通常按其熔化温度范围分类，熔化温度低于450℃的称为软钎料，高于450℃的称为硬钎料，高于950℃的称为高温钎料。

有时根据熔化温度和钎焊接头的强度不同，将钎料分为易熔钎料（软钎料）和难熔钎料（硬钎料）。

根据组成钎料的主要元素，软钎料分为铋基、姻基、锡基、铅基、镉基、锌基等；硬钎料分为铝基、银基、铜基、锰基、金基、镍基等；各类钎料的熔化温度范围见表11。

3.3 钎料的型号与牌号（1）钎料的型号根据GB/T 6208—95《钎焊型号表示方法》标准规定，钎料型号由两部分组成，钎料型号两部分之间用短划“-”分开。

钎料型号中第一部分用一个大定英文字母表示钎料的类型：首字母“S”表示软钎料，“B”表示硬钎焊。