原理:
钎焊是指低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后,利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法。钎焊时,首先要去除母材接触面上的氧化膜和油污,以利于毛细管在钎料熔化后发挥作用,增加钎料的润湿性和毛细流动性。根据钎料熔点的不同,钎焊又分为硬钎焊(钎料熔点温度高于450℃)和软钎焊(钎料熔点温度低于450℃)。
特点:
1)钎焊加热温度较低,对母材组织和性能的影响较小。
2)钎焊接头平整光滑,外形美观。
3)工件变形较小,尤其是采用均匀加热的钎焊方法,工件的变形可减小到最低程度,容易保证工件的尺寸精度。
4)某些钎焊方法一次可焊成几十条或成百条钎缝,生产率高。
5)可以实现异种金属或合金、金属与非金属的连接。
6)钎焊设备简单,生产投资费用少。
7)接头强度低,耐热性差,且焊前清整要求严格,钎料价格较贵。
方法分类:
钎焊常常根据热源或加热方法来分类,常用的钎焊方法有炉中钎焊、火焰钎焊、浸渍钎焊、感应钎焊和电阻钎焊。此外,还有一些其他钎焊方法,如电弧钎焊、激光钎焊、红外钎焊等。
①炉中钎焊:按钎焊过程中钎焊区的气氛组成,炉中钎焊可分为三大类,即空气炉中钎焊、保护气氛炉中钎焊、真空炉中钎焊。
空气炉中钎焊:把装配好的加有钎料和钎剂的工件放入普通的工业电炉中加热至钎焊温度。依靠钎剂去除钎焊表面的氧化膜,轩料熔化后流人钎缝间隙,冷凝后形成接头。
空气炉中钎焊加热均匀,工件变形小,需用的设备简单通用,成本较低。虽然加热速度较慢,但因一炉可同时钎焊多件,生产率仍然很高。其严重缺点是:由于加热时间长,又是对工件整体加热,因此工件在钎焊过程中会遭到严重氧化,钎焊温度高时尤为显著。
保护气氛炉中钎焊:保护气氛炉中钎焊也称控制气氛炉中钎焊。其特点是加有钎料的工件是在活性或中性气氛保护下加热钎焊的。
活性气体以氢和一氧化碳为主要成分,不仅能防止空气侵人,还能还原工件表面的氧化物,有助于钎料润湿母材。活性气体的还原能力不但同氢气和氧化碳的含量有关,而且取决于气体的含水量和二氧化碳的含量。气体的含水量以露点来表示。含水量越小,露点越低。当钎焊钢和铜等金属时,由于这些金属的氧化物容易还原,允许气体中的二氧化碳含量和露点高些;当钎焊含铬、锰量较多的合金时,如不锈钢,由于这些元素的氧化物难以还原,应选用露点低和二氧化碳含量小的气体。
保护气氛炉中钎焊设备由供气系统、钎焊炉和温度控制等装置组成。供气系统包括气源装置及管道、阀门等。
真空炉中钎焊:真空炉中钎焊是在抽出空气的炉中或钎焊室中钎焊,特别适合于钎焊面积很大而连续的接头。这种接头在普通钎焊时难以彻底清除钎焊界面的固态或液态钎剂,或保护气体不能排尽藏在紧贴钎焊界面中的气体。真空钎焊也适用于连接某些特殊的金属,包括钛、锆、铌、钼和钽。
真空炉中钎焊
②火焰钎焊:火焰钎焊是利用可燃气体(包括液体燃料的蒸气)吹以空气或纯氧点燃后的火焰进行加热。火焰钎焊加热温度范围宽,从酒精喷灯的数百摄氏度到氧乙炔火焰超过3000C。最常用的是氧乙炔焰。氧乙炔焰的内焰区温度最高,可达3000C以上,因此广泛用于气焊。
火焰钎焊的主要工具是钎炬。和气炬一样,它的作用是使可燃气体与氧或空气按适当的比例混合后,从出口喷出,燃烧形成火焰。因此构造也与气焊炬相似。当采用氧乙炔焰时,一般即可使用普通气焊炬,但最好配上多孔喷嘴,这样得到的火焰比较柔和,断面较大,温度比较适当,有利于保证均匀加热。使用其他火焰的钎炬也均具有多喷嘴,或有类似功能的喷嘴结构。为适应大量生产的需要,火焰钎焊也可以实现机械化。此时,钎焊装置可以设计成工件运动,或者钎炬组运动。
火焰钎焊的应用很广,主要用于铜基、银基钎料钎焊碳钢、低合金钢、不锈钢、铜及铜合金的薄壁和小型工件,也用于铝基钎料钎焊铝及铝合金。火焰钎焊的缺点是:手工操作时加热温度难掌握,因此要求工人有较高的技术;火焰钎焊是一个局部加热过程,可能在母材中引起应力或变形。
火焰钎焊
③浸渍钎焊:浸渍钎焊是把钎焊工件的局部或整体浸人盐混合物熔体或钎料熔体中,依靠这些液体介质的热量来实现钎焊过程。由于液体介质的热容量大、导热快,能迅速而均匀地加热钎焊工件,因此这种钎焊方法的生产率高,工件的变形、晶粒长大和脱碳等现象都不显著。钎焊过程中液体介质又能隔绝空气,保护工件不 受氧化。并且,熔体温度能精确地控制在+59C 范围内,因此钎焊过程容易实现机械化。有时,在钎焊的同时还能完成淬火、渗碳、渗氮等热处理过程。由于这些特点,工业上广泛使用这种钎焊方法来钎焊各种合金。
浸渍钎焊按使用的液体介质不同分为两类:盐浴钎焊和金属浴钎焊。
盐浴钎焊:盐浴钎焊最大的优点是由于盐浴槽的热容量很大,工件升温的速度极快并且加热均匀,特别是钎焊温度可作精密控制,有时甚至可在比母材的固相线只低2~3C的条件下钎焊。此外,无特殊情况不需另加钎剂。盐浴钎焊的缺点是焊后清洗较困难,盐浴蒸气和废水易引起环境污染,耗电量大。
盐浴钎焊的基本设备是盐浴槽,现在工业上用的盐浴槽大多是电热的。其加热方式有两种:一种是外热式,即槽外电阻丝加热,它的加热速度慢,且盐浴槽必须用导热好的金属制作,由于不耐盐熔液的腐蚀,因此应用不广;另一种加热方式是得到广泛采用的内热式盐浴槽,它靠电流通过盐熔液时产生的电阻热,来加热自身并进行钎焊。
金属浴钎焊:这种钎焊方法的过程是将经过表面清理并装配好的工件用钎剂处理,然后浸人熔化的钎料中。熔化的钎料把零件钎焊处加热到钎焊温度,同时渗人钎缝间隙中,并在工件提起时保持在间隙内,凝固形成接头。
这种钎焊方法主要用于以软钎料钎焊钢、铜及铜合金。特别是对那些钎缝多而密集的产品,诸如蜂窝式换热器、电机电枢、汽车水箱等,用这种方法钎焊比用其他方法优越。
④电阻钎焊:电阻钎焊是利用电流通过工件或与工件接触的加热块所产生的电阻热,加热工件和熔化钎料的钎焊方法。钎焊时对钎焊处应施加一定的压力。电阻钎焊分直接加热和间接加热两种方式。
直接加热电阻钎焊:直接加热电阻钎焊,钎焊处由通过的电流直接加热,加热很快,但要求钎焊面紧密贴合。加热程度视 电流大小和压力而定,加热电流在6000 ~ 15000A,压力在100~2000N之间。电极材料可选用铜、铬铜、钼、钨、石墨和铜钨烧结合金。
间接加热电阻钎焊,电流可只通过一个工件,另一个工件的加热和钎料的熔化是依靠被通电加热的工件的热传导来实现的。也可以将电流通过一个较大的石墨板,工件放在此板上,依靠由电流加热的石墨板的传热实行加热。间接加热电阻钎焊的加热电流介于100~3000A之间,电极压力为50~500N。
电阻钎焊的优点是:①加热迅速、生产率高;②加热十分集中,对周围的热影响小;③工艺较简单、劳动条件好,而且过程容易实现自动化。但适于钎焊的接头尺寸不能太大,形状也不能太复杂,这是电阻钎焊应用的局限性。电阻钎焊主要用于钎焊刀具、带锯、电机的定子线圈、导线端头,以及各种电触点等。
⑤感应钎焊:感应钎焊是依靠工件在交流电的交变磁场中,产生感应电流的电阻热来加热的钎焊方法。由于热量由工件本身产生,因此加热迅速,工件表面的氧化比炉中钎焊少,并可防止母材的晶粒长大和再结晶的发展。此外,还可实现对工件的局部加热。交流电源按频率可分为工频、中频和高频。工频很少用于钎焊,感应钎焊常用的是高频和中频。
感应钎焊广泛地用于钎焊钢、不锈钢、铜和铜合金、高温合金等,既可用于软钎焊,也可用于硬钎焊,主要用来钎焊比较小的工件,特别适用于对称形状的工件,如管状接头、管与法兰、轴和盘的连接等。
感应钎焊
钎料:
钎焊材料是钎焊过程中在低于母材( 被钎金属)熔点的温度下熔化并填充钎焊接头的钎料(金属和/或合金),及起到去除或破坏母材被钎焊部位氧化膜作用的钎剂的总称。钎焊材料根据所起作用的不同,分为钎料和钎剂。钎焊材料质量的好坏、性能的优劣,以及合理选择和应用钎焊材料,对钎焊接头的质量起着举足轻重的作用。
钎料按组成分软钎料有铋基、铟基、锡基、镉基、锌基和铅基等钎料。硬钎料有铝基、银基、铜基、锰基、镍基、金基、钯基、镁基、钼基和钛基等钎料。
钎剂:
钎剂的作用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被进--步氧化,以及改善钎料在母材表面的润湿铺展性能。因此钎剂必须具有足够的“活性”,即去除母材及钎料表面氧化物的能力;熔化温度及最低“活性”温度应稍低于钎料的熔化温度;在钎焊温度下具有足够的润湿铺展能力。
钎剂分为软钎剂与硬钎剂两大类。按特殊用途,钎剂可再分为铝用钎剂、铜基钎料钎焊不锈钢钎剂;按形态,钎剂可分为粉末状钎剂、液体钎剂、气体钎剂、膏状钎剂、免清洗钎剂等。
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