（材料加工工程专业论文）6063铝合金散热器钎焊设备、工艺及材料的研究.pdf

洗刚工业大学颟士学位论文 t h er e s e a r c ho f b r a z i n ge q u i p m e n t 、t e c h n o l o g y a n di t sm a t e r i a l f o r6 0 6 3a l u m i n u m a l l o yr a d i a t o r a b s t r a c t l o n gt i m e ，a m o n gb r a z i n gf l u x e sw h i c ha r eu s e df o ra l u m i n u ma n di t sa l l o y t h e c n o f i d ef l u xt a k e sl e a d i n gp o s i t i o nt r a d i t i o n a l l y t h ef l u xh a sg o o da b i l i t yo fm o i s t n e s sa n d e l i m i n a t i n go ) 【i d 泌醯f i l m b u t , t h ee x i s t i n gi o no f h a l o g e n c o r r o d e sb a s em e t a l s t r o n g l y ；i nb r a z e d z o n e ，h u m i d i f i e d r e s i d u ee t c hb r a z e d w o r k p i e c e s om u c hh e a v i l ys ot h a t w o r k p i e c e b e d i s c a r d e d ；d u r i n gh e a t i n gp m c e s s i t sp r o p e r t ym a yb ed e g e n e r a t ea sf l u x h y d r o l y z e d t h ef l u xo f p o t a s s i u m f l u o r o a l u m i n a t em i x e ds a l th a sc h a r a c t e r i s t i c si n p m p e r y t h a nc h l o r i d ef l u x u n d o u b t l y i td o e s n ta b s o r bw a t e ra n d d o e s n td i s s o t v ei nw a t e r i ti sn o n - c o r r o s i v e 。b u ti ti s m a i n l ya d a p t e dt of l l n l a c eb r a z i n g i t ss t a b i l i t ya n da c t i v i t yi sn o ti d e a li nt o r c hb r a z i n ga n di t s r e s i d u ei sm u c ha n dt o oh a r dt oc l e a n ht h el i g h to f t h o s e , c e n t e r i n go rt o r c hb r a z i n gf o r6 0 6 3 a l t u n i n u mr a d i a t o r a p p e a r sn e w l yi nt h em a r k e t ，w ed e v e l o pan e wk i n do ff l u x 、b r a z i n g e q u i p m e n t a n d t e c h n o l o g y t h ep r o d u c i n gp r o c e s so fan e wk i n do ff l u xi s m a i n l yr e c i t e d t h ef l u xp o s s e s s e s m e r i t sa n da b a n d o n sd e f e c t so f a b o v e f l u x e s ，t h ef l u xc a nb ea d a p t e dt ot o r c hb r a z i n go f 6 0 6 3 a l u m i n u ma n do t h e ra l l o y s t om a k es u r eo ft h eq u a n t i t yo fv a r i o u sc o m p o s i t i o n , t h et h e o r y o f o r t h o g o n a le x p e r i m e n ta n dr e g r e s s i o n i su s e dt da r r a n g et h ee x p e r i m e n tt oe s t a b l i s ht h e m a t h e m a t i c a lm o d e l kt h em o d e l t h es p r e a d i n ga r e aa n dt h er a t eo f e l i m i n a t i n gr e s i d u es e r v e s a s o b j e c t i v e f u n c t i o n ，t h ef l u xo fn o c o l o k , p o t a s s i u mc h l o r i d e z i n c c h l o r i d e ，n e o d y m i u m c h l o r i d ea s o p t i m i z a t i o nf a c t o r s a f t e r t h e o p t i m i z a t i o n r e s u l ti s f i g u r e d o u ta c c o r d i n gt h e m a t h e m a t i c a lm o d e l t h ef l u xi sm a d e b e s i d e s 。t h ep o r o u sc e r a m i ct o r c h ，t h ea p p e a r a n c es i m i l a rt oy a n d a l g u o ，b e i n gm a d e t oa l u m i n u mr a d i a t o r ss e l f f e a t u r ei sa l s or e c i t e d i ti so u rb r e a k t h r o u g ha n dn e wi d e ai nb r a z i n g e q u i p m e n t f i n a l l y w ab r a z e dr a d i a t o ru s i n gt h en e w - m a d ef l u x ，h l 4 0 0 ，p o r o u sc e r a m i ct o r c h a n dt h eg a so fc 3 h s - 0 2 t h eu s i n gd e m a n di sa t t a i n e dt h r o u g hm e c h a n i c st e s t m e t a l l o g r a p h i c a n a l y s i s t ob r a z e dj o i n ta n dp n e a m a t i ct e s tt ob r a z e d w o r k p i e c e t h er e s e a r c h i sf i n i s h e d s a t i s n c t o f i l y ，。 浇鞭 韭大学硬十掌位论文 k e yw o r d s ：a l u m i n u mf l u x , 6 0 6 3a l u m i n u mr a d i a t o r ，t o r c hb r a z i n g ，o p t i m i z a t i o n d e s i g n ，p o r o u s c e r a m i ct o r c h 。3 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 沈阳工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：型】拉日期：銎些：生妥 关于论文使用授权的说明 本人完全了解沈阳工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：1 墼导师签名：蚀眺 如弓、b 、g 沈阳工业大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 铝钎焊的国内外发展现状 铝及其合金的钎焊问题，是近年来研究最多、发展较快的领域之一。因为在航天、 航空、电子、冶金、机械制造和轻工业等部门广泛的采用铝及铝合金口】。在钎焊材料方 面，先进工业国家首先研究发展了一种新型钎焊材料一中温钎焊膏。在自动火焰钎焊 中，采用钎焊膏能大大提高工效，确保钎焊质量致性，而且能节省钎焊材料【2 j 。在钎 剂方面，七十年代，加拿大的址c a n 公司首先研制开发出纯氟化物钎剂，其最大优点 是焊后残渣无腐蚀性p 】1 4 】。因此被称做“n o c o l o k ”，即无腐蚀之意嘲。在钎焊设备方 面，八十年代美国首先开发用氮基可控气氛作保护气氛的钎焊炉【6 】。近年来又向真空方 面发展，如日本开发出用c o m m o n l i s p 语言编程的真空钎焊用专家系统。德国研制 了采用微处理机自动控制温度一时问规范的新型真空钎焊炉。近几年来，i s o 组织和国 际电工学会等国际组织起草制定了包括铝钎焊在内的有关钎焊技术标准多达2 5 项【l j 。 近年，我国在钎焊领域也取得了一系列成果。 钎焊材料：铝硬钎料趟一s i 系列钎料( 如料4 0 0 ) ，a i s i - c u ( 如料4 0 1 、4 0 2 等) 及a 1 s i - c u - z n ( 如料4 0 3 等) ，在国内较普遍应用 7 1 。九十年代初，昆明贵金属所研究 开发出g a h l 系列高温钎焊膏。该钎焊膏在浸润性能、钎缝强度和耐腐蚀性能等方面 均达到和超过相应成分型钎料的水平，可用于炉中钎焊和手工钎焊【8 掣最近，深圳淼泉 实业有限公司又开发了m q b a l 1 商品质铝合金钎焊膏，制作工艺精细，该钎焊膏能保 证钎料、钎剂之最佳比值，完全发挥出钎料、钎剂之最佳活性与润湿性，适用于铝合 金、铝合金与不锈钢之间的气保护( 氮或氨分解) 炉中及火焰钎焊，铝膏使用量较传统 的钎料和钎剂总量可省百分之三十到五十。 钎焊剂：应用较广泛的一类是氯化物钎荆，典型代表为剂2 0 1 ，其成分为 l i c l 3 2 ，k c l 5 0 ，z n c l 2 1 8 ，其余是n a f 。这些盐都溶于水。氯离子对氧化膜有很 强的吸附作用，很难去除【l 鬯另一类是氟化物钎剂，具有不吸潮，杂质难溶于水，去膜 能力强，钎缝致密性好，钎焊接头耐蚀性好等特划i f l 2 】。针对氟化物钎剂熔点高，火焰 钎焊时活性小的缺点，有些焊接工作者尝试着对它进行改进。中国纺织大学的张露菁通 2 一 沈阳工业大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 铝钎焊的国内外发展现状 铝及其合金的钎焊问题，是近年来研究最多、发展较快的领域之一。因为在航天、 航空、电子、冶金、机械制造和轻工业等部门广泛的采用铝及铝合金口】。在钎焊材料方 面，先进工业国家首先研究发展了一种新型钎焊材料一中温钎焊膏。在自动火焰钎焊 中，采用钎焊膏能大大提高工效，确保钎焊质量致性，而且能节省钎焊材料【2 j 。在钎 剂方面，七十年代，加拿大的址c a n 公司首先研制开发出纯氟化物钎剂，其最大优点 是焊后残渣无腐蚀性p 】1 4 】。因此被称做“n o c o l o k ”，即无腐蚀之意嘲。在钎焊设备方 面，八十年代美国首先开发用氮基可控气氛作保护气氛的钎焊炉【6 】。近年来又向真空方 面发展，如日本开发出用c o m m o n l i s p 语言编程的真空钎焊用专家系统。德国研制 了采用微处理机自动控制温度一时问规范的新型真空钎焊炉。近几年来，i s o 组织和国 际电工学会等国际组织起草制定了包括铝钎焊在内的有关钎焊技术标准多达2 5 项【l j 。 近年，我国在钎焊领域也取得了一系列成果。 钎焊材料：铝硬钎料趟一s i 系列钎料( 如料4 0 0 ) ，a i s i - c u ( 如料4 0 1 、4 0 2 等) 及a 1 s i - c u - z n ( 如料4 0 3 等) ，在国内较普遍应用 7 1 。九十年代初，昆明贵金属所研究 开发出g a h l 系列高温钎焊膏。该钎焊膏在浸润性能、钎缝强度和耐腐蚀性能等方面 均达到和超过相应成分型钎料的水平，可用于炉中钎焊和手工钎焊【8 掣最近，深圳淼泉 实业有限公司又开发了m q b a l 1 商品质铝合金钎焊膏，制作工艺精细，该钎焊膏能保 证钎料、钎剂之最佳比值，完全发挥出钎料、钎剂之最佳活性与润湿性，适用于铝合 金、铝合金与不锈钢之间的气保护( 氮或氨分解) 炉中及火焰钎焊，铝膏使用量较传统 的钎料和钎剂总量可省百分之三十到五十。 钎焊剂：应用较广泛的一类是氯化物钎荆，典型代表为剂2 0 1 ，其成分为 l i c l 3 2 ，k c l 5 0 ，z n c l 2 1 8 ，其余是n a f 。这些盐都溶于水。氯离子对氧化膜有很 强的吸附作用，很难去除【l 鬯另一类是氟化物钎剂，具有不吸潮，杂质难溶于水，去膜 能力强，钎缝致密性好，钎焊接头耐蚀性好等特划i f l 2 】。针对氟化物钎剂熔点高，火焰 钎焊时活性小的缺点，有些焊接工作者尝试着对它进行改进。中国纺织大学的张露菁通 2 一 沈阳工业大学硕士学位论文 过研究在k f a i f 3 加入各种金属氟化物对钎料的铺展性、填缝性的影响，发现) 3 u a 少量 z n f 2 可显著提高钎料的填缝能力。而在另一篇文献“4 3 记载中为了调整氟化物钎剂在 大面积拼焊时的工艺性，更是把钎剂的熔点调整为5 4 0 0c ，活性期达3 0 秒。 钎焊设备：近年来，我国在钎焊设备方面也取得了一定成果。航天公司5 0 4 所根据 多年的生产经验，自行研制了可编定钎焊工艺程序的铝合金空气炉。天津市焊接研究所 钎焊中心在充分借鉴国内外经验上，于一九九六年成功研制出了我国首台氮基可控气氛 连续钎焊炉，现已应用于汽车滤件、真空助力器、空调器、储液罐、压缩机排气罩及四 管件换热器及散热器等的生产。深圳市保安联华实业有限公司自一九九九年以来，先后 开发具有国内独创和国际先进水平的晶体管高频感应加热电源及内热式可控压力钎焊 机两个系列二十多个品种的机电一体化产品，具有较强的独立刨新开发能力。 今后，要根据市场的需要和钎焊技术的发展，研究开发与钎焊相关的新技术、新材 料和新工艺。 在材料创新方面，中温铝钎料及钎剂的研究与开发是未来的重点：在工艺和方法创 新方面，高强铝合金连接技术有待创新和突破；在设备创新方面，对铝合金火女f i f f 焊设 备的研究与开发、炉中钎焊设备的创新具有重要意义【”l 。 1 2 铝制散热器的意义 传统的铸铁散热器因其承压低、体积重、外型粗陋、生产能耗高等诸多无法克服劣 势将逐渐被市场淘汰，为其他材料的散热器所取代。 铝合金高效散热器是经过全面分析研究建筑市场以及现己投入使用的各种类型的散 热器后，结合自身技术特点，研制出的符合中国国情和未来建筑市场潮流的新式高效节 能型辐射对流散热器，这种散热器是传统散热器更新换代的理想产品f 6 1 。 这种散热器外型美观大方，线条流畅；占地面积小，富有装饰性：重量比铸铁片 轻几倍，便于运输安装，适应于高层建筑；金属强度高，金属热强度是铸铁片的几倍； 耐腐蚀；热工性能优异，散热环节无阻，传导迅速。 本课题要做的散热器采用6 0 6 3 优质铝合金型材，外肋方管式，多柱散热片组焊 而成。 沈阳工业大学硕士学位论文 过研究在k f a i f 3 加入各种金属氟化物对钎料的铺展性、填缝性的影响，发现) 3 u a 少量 z n f 2 可显著提高钎料的填缝能力。而在另一篇文献“4 3 记载中为了调整氟化物钎剂在 大面积拼焊时的工艺性，更是把钎剂的熔点调整为5 4 0 0c ，活性期达3 0 秒。 钎焊设备：近年来，我国在钎焊设备方面也取得了一定成果。航天公司5 0 4 所根据 多年的生产经验，自行研制了可编定钎焊工艺程序的铝合金空气炉。天津市焊接研究所 钎焊中心在充分借鉴国内外经验上，于一九九六年成功研制出了我国首台氮基可控气氛 连续钎焊炉，现已应用于汽车滤件、真空助力器、空调器、储液罐、压缩机排气罩及四 管件换热器及散热器等的生产。深圳市保安联华实业有限公司自一九九九年以来，先后 开发具有国内独创和国际先进水平的晶体管高频感应加热电源及内热式可控压力钎焊 机两个系列二十多个品种的机电一体化产品，具有较强的独立刨新开发能力。 今后，要根据市场的需要和钎焊技术的发展，研究开发与钎焊相关的新技术、新材 料和新工艺。 在材料创新方面，中温铝钎料及钎剂的研究与开发是未来的重点：在工艺和方法创 新方面，高强铝合金连接技术有待创新和突破；在设备创新方面，对铝合金火女f i f f 焊设 备的研究与开发、炉中钎焊设备的创新具有重要意义【”l 。 1 2 铝制散热器的意义 传统的铸铁散热器因其承压低、体积重、外型粗陋、生产能耗高等诸多无法克服劣 势将逐渐被市场淘汰，为其他材料的散热器所取代。 铝合金高效散热器是经过全面分析研究建筑市场以及现己投入使用的各种类型的散 热器后，结合自身技术特点，研制出的符合中国国情和未来建筑市场潮流的新式高效节 能型辐射对流散热器，这种散热器是传统散热器更新换代的理想产品f 6 1 。 这种散热器外型美观大方，线条流畅；占地面积小，富有装饰性：重量比铸铁片 轻几倍，便于运输安装，适应于高层建筑；金属强度高，金属热强度是铸铁片的几倍； 耐腐蚀；热工性能优异，散热环节无阻，传导迅速。 本课题要做的散热器采用6 0 6 3 优质铝合金型材，外肋方管式，多柱散热片组焊 而成。 洗阳1 + 业大学硕士学位论文 1 _ 3 本课题的目的和意义 本课题选择火焰钎焊6 0 6 3 铝合金散热器，采用a l s i 钎料。以往对铝合金的钎焊往 往采用氯化物钎剂，虽然这种钎剂的活性强、流动性好，但残渣易吸潮，会形成强烈的 电化学腐蚀。而无腐蚀性的氟铝酸钾钎剂，熔点偏高，对火焰的稳定性小。钎焊后，贱 渣较难去除。在本次试验中，我们决定研制新的钎剂。这种钎剂的活性较大，有较强的 去膜润湿能力，稳定性好、熔点较低，钎焊后去除容易。如果该钎剂试制成功，能解决 大多数铝合金的火焰钎焊问题，特别是满足本课题的要求。 适合于6 0 6 3 散热器的火焰钎焊设备也是本课题的另一主要内容。根据散热器的结 构形状，采用组合的多火孔的火焰钎焊设备。火焰喷嘴是一种经高温烧成体内具有大量 彼此相通并与材料表面也相贯通的孔道结构的陶瓷材料。这种多孔喷嘴，得到的火焰比 较分散，温度比较适当，有利于均匀的加热。特别是为了提高效率，在焊炬上可以装上 多个多孔火焰喷嘴，达到使不同的部位同时焊接的目的。这种组合的多火孔的火焰焊炬 是本课题在钎焊设备上的一个突破。 1 4 铝钎剂的机理 1 4 1 铝钎剂的作用和应有的性甜1 卫 1 ) 钎剂的作用 去膜作用 去除母材和钎料表面的氧化膜，为液态钎料在母材上铺展填缝创造必要条件。 保护作用 以液体薄层覆盖母材和钎料表面，隔绝空气而起到防止氧化的作用。 活化作用 促进界面活化，改善液态钎料对母材表面的润湿能力。 2 ) 钎剂应有的性能 去膜性能 通过物理化学作用，钎剂足以溶解或破坏母材表面的氧化膜。 润湿和保护性能 钎剂在钎焊温度范围内应该表面张力小、粘度低和流动性好，以便于钎剂和液态钎 4 洗阳1 + 业大学硕士学位论文 1 _ 3 本课题的目的和意义 本课题选择火焰钎焊6 0 6 3 铝合金散热器，采用a l s i 钎料。以往对铝合金的钎焊往 往采用氯化物钎剂，虽然这种钎剂的活性强、流动性好，但残渣易吸潮，会形成强烈的 电化学腐蚀。而无腐蚀性的氟铝酸钾钎剂，熔点偏高，对火焰的稳定性小。钎焊后，贱 渣较难去除。在本次试验中，我们决定研制新的钎剂。这种钎剂的活性较大，有较强的 去膜润湿能力，稳定性好、熔点较低，钎焊后去除容易。如果该钎剂试制成功，能解决 大多数铝合金的火焰钎焊问题，特别是满足本课题的要求。 适合于6 0 6 3 散热器的火焰钎焊设备也是本课题的另一主要内容。根据散热器的结 构形状，采用组合的多火孔的火焰钎焊设备。火焰喷嘴是一种经高温烧成体内具有大量 彼此相通并与材料表面也相贯通的孔道结构的陶瓷材料。这种多孔喷嘴，得到的火焰比 较分散，温度比较适当，有利于均匀的加热。特别是为了提高效率，在焊炬上可以装上 多个多孔火焰喷嘴，达到使不同的部位同时焊接的目的。这种组合的多火孔的火焰焊炬 是本课题在钎焊设备上的一个突破。 1 4 铝钎剂的机理 1 4 1 铝钎剂的作用和应有的性甜1 卫 1 ) 钎剂的作用 去膜作用 去除母材和钎料表面的氧化膜，为液态钎料在母材上铺展填缝创造必要条件。 保护作用 以液体薄层覆盖母材和钎料表面，隔绝空气而起到防止氧化的作用。 活化作用 促进界面活化，改善液态钎料对母材表面的润湿能力。 2 ) 钎剂应有的性能 去膜性能 通过物理化学作用，钎剂足以溶解或破坏母材表面的氧化膜。 润湿和保护性能 钎剂在钎焊温度范围内应该表面张力小、粘度低和流动性好，以便于钎剂和液态钎 4 ；尤r ji ：业大学硕士学位论文 料在母材表面的润湿和铺展；同时，钎剂及其作用产物的密度应低于液态钎料的密度， 这样钎剂才能均匀的呈薄层覆盖钎料和母材，有效的隔绝空气，起到保护作用。 熔化性能 钎剂的熔点应低于钎料的熔点，且二者相差不应过大，这样爿保证钎剂在钎料熔化 之前有效地发挥作用，去除钎缝间隙和钎料表面的氧化膜，为钎料润施铺展做准备条 件。 热稳定性能 钎剂在加热过程中应保持其成分和作用稳定不变，不至于发生钎剂组分的分解、蒸 发或碳化而丧失其应有的作用。一般希望钎剂具有不小于1 0 0o c 的热稳定温度范围。 除渣性能 钎剂及其作用产物的密度应小于液奁钎料的密度，以利于液态钎料在填缝时将它们 从间隙中排出，防止它们滞留在钎缝中形成夹渣。此外，钎剂在钎焊后所形成的残渣应 当容易排除。 腐蚀性和毒性 钎剂及残渣不应对母材和钎缝有强烈的腐蚀作用，也不应具有毒性或在使用中析出 有害气体。 事实上，实用的钎荆并不总能全面满足上述要求，特别是在去膜能力和腐蚀作用两 种性能之间往往出现矛盾，通常只能在满足去膜能力要求的前提下依靠工艺措施来防止 起腐蚀作用。 1 4 2 钎剂的组成、分类和选择【1 8 1 1 ) 钎剂的组成 基体组分 硬钎剂的基体组分多采用热稳定的金属盐或金属盐系统；钎剂中基体组分的作用 是：使钎剂具有需要的熔点；起到溶解钎剂中其它组分的作用；铺展时形成致密的液 膜，覆盖母材和钎科表面，防止空气的有害作用。 去膜组分 钎剂中去膜组分通常采用碱金属或碱土金属的氟化物。这类物质能起到溶解母村和 5 ；尤r ji ：业大学硕士学位论文 料在母材表面的润湿和铺展；同时，钎剂及其作用产物的密度应低于液态钎料的密度， 这样钎剂才能均匀的呈薄层覆盖钎料和母材，有效的隔绝空气，起到保护作用。 熔化性能 钎剂的熔点应低于钎料的熔点，且二者相差不应过大，这样爿保证钎剂在钎料熔化 之前有效地发挥作用，去除钎缝间隙和钎料表面的氧化膜，为钎料润施铺展做准备条 件。 热稳定性能 钎剂在加热过程中应保持其成分和作用稳定不变，不至于发生钎剂组分的分解、蒸 发或碳化而丧失其应有的作用。一般希望钎剂具有不小于1 0 0o c 的热稳定温度范围。 除渣性能 钎剂及其作用产物的密度应小于液奁钎料的密度，以利于液态钎料在填缝时将它们 从间隙中排出，防止它们滞留在钎缝中形成夹渣。此外，钎剂在钎焊后所形成的残渣应 当容易排除。 腐蚀性和毒性 钎剂及残渣不应对母材和钎缝有强烈的腐蚀作用，也不应具有毒性或在使用中析出 有害气体。 事实上，实用的钎荆并不总能全面满足上述要求，特别是在去膜能力和腐蚀作用两 种性能之间往往出现矛盾，通常只能在满足去膜能力要求的前提下依靠工艺措施来防止 起腐蚀作用。 1 4 2 钎剂的组成、分类和选择【1 8 1 1 ) 钎剂的组成 基体组分 硬钎剂的基体组分多采用热稳定的金属盐或金属盐系统；钎剂中基体组分的作用 是：使钎剂具有需要的熔点；起到溶解钎剂中其它组分的作用；铺展时形成致密的液 膜，覆盖母材和钎科表面，防止空气的有害作用。 去膜组分 钎剂中去膜组分通常采用碱金属或碱土金属的氟化物。这类物质能起到溶解母村和 5 淀礤工渡大学颈士学经论文 锊释表嚣氧化藏的作嗣。毽各静籁纯耱对不同静金藕氧纯耪的溶熊2 力怒不同酶，因此 应根据篱要清除的氧化膜的性质来选择。如铝用艇钎剂中选用氟化钠或氟化锂作为去膜 组分。钎帮中作为去膜缝分的氟化物的添加量应邋过试骏确定，般不应船得太多。否 则，会提高钎剡的熔点，降低钎料的流动性，从黼影响钎削的性能。 活性组分 活性组分豹萋弼是熬速氧化貘豹清除并改善镑瓣熬镳嶷。索魁静活憋组分蠢蕊金属 卤化物和氧化物。前者能与一必母材作用，从而破坏氧化膜的结合，并在母材表词析出 薄层缝众藩，德遴舞辩熬镳震；羞者链号羲缳懿形或 篆熔熹静络合臻，鸯速氧纯貘懿清 除。 组成钎剂驰缝分在钎帮中掰起酶律用往往不逶单一静，焉是菇闻莛饕上述三方面於 作用。 2 ) 钎荆的分类 攫据实琢憾提，舒剡分麓以下几类； 软钎剂 软锊荆主癸撂豹惫在4 5 0 。c 戮下锋海磊豹锊裁按葵藏霹分光扭软镑裁蘩商撬较锊 剂两类。 硬钎荆 硬锌赛l 主要指在4 5 0 。c 以上钎焊用的钎剂。 专用焊剂 专瘸焊赛g 爨专门为那些氧化膜滩予去除兹金媾耪料进 亍铮爆嚣设计躲锊裁，如铝用 钎剂等。 国气体释裁 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 焊用气体钎帮两稀。 3 ) 钎剡的选撩 在使用钎翔的过程中，钎剂是保证钎焊过程顺利进行和获褥牢固接头的必要条件。 菜转楗瓣能蚕被钎焊土，毪豸主取决于能黉选择至g 合适的舒裁。对赝寿钎焊过程都适用的 一6 - 沈阳工业大学硕士学位论文 钎剂是不存在的，不同组成的钎剂都有其最适宜的钎焊条件及应用范围。选择钎剂时可 以从以下因素出发： 母材和钎料的考虑 母材及钎料的种类是选择钎剂首先应当考虑的因素。例如用锡铅钎料钎焊铜时，可 用活性较小的松香钎剂( 有机软钎剂) ，钎焊钢时可用活性较强的氯化锌水溶液( 无机 软钎剂) ；钎焊不锈钢时可选用活性很强的氯化锌盐酸溶液( 无机软钎剂) 。又如，用 黄铜钎料钎焊普通铜及铜合金时多采用脱水硼砂( 硬钎剂) ，有时还附加硼酸；而在钎 焊不锈钢时使用硼砂和硼酸的钎剂就感到活性不够，必须在钎剂中加入氟化物及其它盐 ( 硬钎剂) 。在钎焊铝及铝合金时，由于氧化膜稳定性大，因此必须选用铝钎焊专用钎 剂。 钎焊方法的考虑 不同的钎焊方法对钎剂提出不同的要求。如用电阻钎焊时，钎剂应具一定的导电 性；用浸渍钎焊时，钎剂应去除水分，以免沸腾和爆炸。又如感应钎焊的时间短，加热 速度快，要求钎剂的反应要快，活性要大：而炉中钎焊的钎焊时间长，加热速度慢，要 求钎剂的潘f 生可小些，但热稳定性要好。 钎焊温度的考虑 钎焊温度是由母材和钎料所决定的，选择钎剂时要使其融化温度与钎焊温度相适 应。钎剂的熔点应低于钎料的熔点，以使钎料在融化前便由融化的钎剂所覆盖，并为钎 料润湿铺展准备条件；为了防止钎剂的蒸发，钎剂的沸点应比钎焊温度高；钎剂的最低 活性温度不能比钎料的融化温度低得太多，否则氧化膜去除过早，随后还会生成，而钎 剂已消耗完，这点对于钎焊时间长、加热速度缓慢的钎焊过程尤为重要。 钎缝形状的考虑 对于复杂形状的钎焊接头，由于钎焊后钎剂及其残渣不容易去除，因此应选择腐蚀 性小且易去除的钎剂。 1 4 _ 3 铝用钎剂去除a h 0 3 膜的机制 1 ) 铝用氯化物钎剂的去膜机制“9 1 2 0 - t 铝用氯化物钎剂主要是靠氧化一还原反应去除a 1 2 0 3 膜的。在钎焊温度下，钎剂中 7 沈阳工业大学硕士学位论文 的各组分都呈离子态存在，在熔盐中刖的电极电位比很多种重金属的电极电位都小， 钎焊时氯离子使a 1 2 0 3 膜受到一定程度的破坏，熔融钎剂从破损处渗透过a 1 2 0 3 薄膜与 母材a l 相接触，由于和重金属电极电位不同，钎剂的重金属离子就会从a 1 上获得 电子丽被还原，触失去电子而氧化。 a 1 3 e a 1 3 + m e ”+ x 。_ m “ ( 1 1 ) ( 1 2 ) 铝的离子化使a 1 2 0 3 失去了依附，m e 的析出把a 1 2 0 3 膜浮起来。并在熔态物理力如界面 张力和搅动力等的作用下使2 0 3 膜破碎，钎料就在该金属液膜上或膜下进行润湿和漫 流，同时把a 1 2 0 3 推向四周，很显然，钎料推开a 1 2 0 3 膜的难易与析出金属膜的性质、 状态和比重等因素有关。在钎焊温度下，析出的金属膜是液态( 或它与母材形成的合金 是液态) 如z n 、s n 、p b 、b i 、s i 等，础2 0 3 膜漂浮在液膜上，钎料推开它就容易，使之 润湿漫流和填缝都变得顺利。反之金属膜是固态，a 1 2 0 3 膜不是漂浮起来而是紧贴在上 面，钎料在润湿漫流过程中推开它就困难，这就会使钎料填缝性能变差。如果析出的金 属膜不仅是固态，而且还不和钎料相互润湿，那么这种重金属盐在钎剂中就起不到表面 活性剂的作用。还有另外一种情况，析出的金属膜虽然和母材与钎料不发生相互溶解作 用，但在钎焊温度下呈液态存在，如c d 或1 1 等金属膜，它们不论液态或固态都不和铝 发生相互作用( 例如钎剂中加入c d c h 或t 1 c 1 时就是如此) 。液膜的存在时间就是钎剂 的最佳活性时间。 根据上面的观点可以引出下面的推断：铝和铝合金在真空钎焊过程中，只要规范参 数合适，钎料是能够进行钻缝的。这就是在钎料润湿漫流填缝时，正好是m e 蒸气通过 a 1 2 0 3 膜的裂纹与母材形成液态合金膜的时候。 在钎剂中除了那些电极电位比m 大的金属盐类作为表面活性剂以外，电极电位比 铝大的氧化物也同样可以作为表面活性物质，在钎焊过程中它将起下列反应： 3 m e o + 2 a 1 = a 1 2 0 3 + 3 m e 8 ( 1 3 ) 浣翔工照丈学硕士学位论文 铡如镑奏l 中鸯羹入s i 0 2 螽 3 s 1 0 2 _ - 4 a i = 2 a 1 2 0 3 + 3 s i( 1 。4 ) s i 静橇出与燃澎成越。s i 台金，提毫了镑辩熬澜漫洼能。 上述的氧化还原反应，是锱和铝合金是所脊反应型钎剂去除a 1 2 0 3 膜的基本原理， 众所溺知，醣剂2 0 1 为代表静鬣伍物释翻是靠这原瑗去除氧纯膜翡 2 ) 钎嵛u 溶解a 1 2 0 3 的作用 以剂2 0 1 为代表的氯化物钎剂这种溶解作用是很弱的，k f - a 1 f 3 鍪! 氟化物锅钎帮则 缀聩照。其缓戏为k f ：a 1 f ：4 5 ：5 5 ( 重量) 。 为了证实作为铝钎剂使用的k f - a i f 3 共晶有溶解a 1 2 0 3 膜的作用，做了如下的试 验； 分析纯的k f 、a i f 3 制备钎剂，也就是说将以杂质出现的袭藤活性物质减到最小， 在毫l 备过程中爝鎏糕嚣溢，不搜魑 壬侮海瓷，逡祥磊l 德懿钎弃侥然穰好，这说臻钎裁不 是靠嵌面活性物质进行氧化还原反成去膜的。 让钎齐j 赢接和纯的a 1 2 0 膜相作用，如果评剂是靠氧亿一还原反应去膜的话。由予 _ a l 母李孝已不存在，反应无法避行薄膜仍不受损坏，如果钎弃u 仍g 够溶鳃a h 0 3 膜，并有 很高的溶解速度，那么钎剂溶化后，农钎剂作用范围内就会立即出现溶孔。 试验结鬃涯强，| 疆a 磷垄氯纯物舞赛g 滚鹅a 毛0 3 豹佟爰楚缀强垂尊。 照然，k f a i f 3 激氟化物钎剂溶解氧化膜的作用机制很明显，但是在钎剂中加入 z n c h ，c d c l 2 p b c l 2 、n i c l 2 、s i 0 2 等，秘箨有橇寝豹金鼹液貘或会金滚蔟辑窭。磷究还发 现，在制备k f - a i f 3 型氟化物钎剂过程中，e 自于氟化物对含s i 的化含物的高度腐蚀 性，常常使嚣皿上( 例如瓷璐灞，宙粘土的石麓等) 的s i 进入钎荆，谣锌裁中钓a l 起 着稳定s i 的作用。含量0 。o i 的s i8 8 足以在母材袁蕊形成足够黔活性层，并使熔点较 高的氟铝酸钾钎剂大大提高其活性印骖1 1 4 ，4 镅用氯化锈铥剡配割方法潮 1 ) 配方的确定 。9 。 浣翔工照丈学硕士学位论文 铡如镑奏l 中鸯羹入s i 0 2 螽 3 s 1 0 2 _ - 4 a i = 2 a 1 2 0 3 + 3 s i( 1 。4 ) s i 静橇出与燃澎成越。s i 台金，提毫了镑辩熬澜漫洼能。 上述的氧化还原反应，是锱和铝合金是所脊反应型钎剂去除a 1 2 0 3 膜的基本原理， 众所溺知，醣剂2 0 1 为代表静鬣伍物释翻是靠这原瑗去除氧纯膜翡 2 ) 钎嵛u 溶解a 1 2 0 3 的作用 以剂2 0 1 为代表的氯化物钎剂这种溶解作用是很弱的，k f - a 1 f 3 鍪! 氟化物锅钎帮则 缀聩照。其缓戏为k f ：a 1 f ：4 5 ：5 5 ( 重量) 。 为了证实作为铝钎剂使用的k f - a i f 3 共晶有溶解a 1 2 0 3 膜的作用，做了如下的试 验； 分析纯的k f 、a i f 3 制备钎剂，也就是说将以杂质出现的袭藤活性物质减到最小， 在毫l 备过程中爝鎏糕嚣溢，不搜魑 壬侮海瓷，逡祥磊l 德懿钎弃侥然穰好，这说臻钎裁不 是靠嵌面活性物质进行氧化还原反成去膜的。 让钎齐j 赢接和纯的a 1 2 0 膜相作用，如果评剂是靠氧亿一还原反应去膜的话。由予 _ a l 母李孝已不存在，反应无法避行薄膜仍不受损坏，如果钎弃u 仍g 够溶鳃a h 0 3 膜，并有 很高的溶解速度，那么钎剂溶化后，农钎剂作用范围内就会立即出现溶孔。 试验结鬃涯强，| 疆a 磷垄氯纯物舞赛g 滚鹅a 毛0 3 豹佟爰楚缀强垂尊。 照然，k f a i f 3 激氟化物钎剂溶解氧化膜的作用机制很明显，但是在钎剂中加入 z n c h ，c d c l 2 p b c l 2 、n i c l 2 、s i 0 2 等，秘箨有橇寝豹金鼹液貘或会金滚蔟辑窭。磷究还发 现，在制备k f - a i f 3 型氟化物钎剂过程中，e 自于氟化物对含s i 的化含物的高度腐蚀 性，常常使嚣皿上( 例如瓷璐灞，宙粘土的石麓等) 的s i 进入钎荆，谣锌裁中钓a l 起 着稳定s i 的作用。含量0 。o i 的s i8 8 足以在母材袁蕊形成足够黔活性层，并使熔点较 高的氟铝酸钾钎剂大大提高其活性印骖1 1 4 ，4 镅用氯化锈铥剡配割方法潮 1 ) 配方的确定 。9 。 沈阳工业大学硕士学位论文 适合于制作铝钎剂的共晶成分质量百分比为i c f ：a i f 3 = 4 5 8 ：5 4 2 。由于市售原料 是含有结晶水氟化钾和氟化铝，折合原料的百分比是k f 2 h 2 0 ：a b 。3 5 h 2 0 = 4 2 ： 5 8 。防止k f 含量偏高而导致熔化温度迅速上升，将配方调整为：k f 2 h 2 0 ： a i f 3 3 5 h , o = ( 4 1 4 2 ) ：( 5 8 5 7 ) 。 2 ) 配制方法 冶炼法 熔炼法是高温下熔炼配制钎剂的方法。其制作工艺流程图见图1 1 ，用该法制备的 氟化物钎剂的优点是，彻底脱去水分；成分稳定；钎剂中几乎不存在游离的i ( f 、 a l f ，。缺点是需熔炼和粉碎，制作不方便。 0 研磨法 研磨法是在常温下配制钎剂的一种方法，其制作工艺流程图见图1 2 。用该方法配 制钎剂的优点是，配制方法简单方便，易于操作，钎剂质量较稳定。缺点是生产效率太 低，且环境湿度对研磨结果有影响。同时，钎剂中有游离的k f 和a i f 3 出现。 o 水调法 水调法是常温下配制钎剂的方法，其制作工艺流程图见图1 3 。用这方法配制钎剂 是在常温下进行的，故方法简单方便，但有k 2 a i f 3 产物，游离较多的a 1 f 3 。 一i o 沈刚工业大学硕士学位论文 图1 2 研磨法配制钎剂工艺流程图 图1 3 水调法配制钎剂工艺流程图 图1 4 水煮法配制钎剂工艺流程图 沈阳工业大学硕士学位论文 水煮法 这是一种将钎剂倒入水中，借加热沸腾搅拌而配制的方法，其制作工艺流程图见图 1 4 。用这种方法配制钎剂，工艺简单，但与水调法一样，钎剂中仍出现游离的 k 2 a 1 f 5 a 1 f 3 。 实际上，尽管除熔炼法外，其余三种方法制得的钎剂中存在着除构成共晶外的游离 物质，但不至于过多影响钎焊性能，鉴于水调法、水煮法操作方便、生产效率高，推荐 在批量生产中采用。 一1 2 沈阳王业大学硕士学位论文 2 钎裁鲍优化设计 2 。l 试验优化自急饿越 生 长期以来，在试验领域中特别是对于多因素试验，传统的试验方法只能被动的处理 试验数据，不仪造成蠢尉睦蘧鸯g 试验次数，嚣巍往往不戆提绥突分哥靠瓣信怠。试验攘 化就题通过广义试验( 包括实物试验与非实物试验) ，简效率地找出问题在一定条件下 的最优解，它楚应用数学的一个分支。试验往傀扶不同的优良我岛发：鲔正交径、均匀 性、饱和性、旋转性、嗍良性。合理设计试验方案，有效的控制试验干扰，科学处 理试验数据，全面进行优化分析，直接实现优化目标，已或为现代化技术的一个方面。 试验优化零用豹技术有试验设计翻慰归设计。回归设计产生予上世纪五十年代，它 是综合回归分析与试验设计的现代发展而建立起来的试验优化领域的一个分支，也是数 理凌诗学科懿一个瑟发爨。它将方案竣诗、数撰楚理与疆强方稷熬耪瘦绫一起来遴嚣爨 化，融成为现代通用的一种试验优化技术。回归设计主要从各种优良性出发，利用正交 表、h 阵、翠纯形、中心组合法和正交多项式隧及计算梳技术编舞l 试验方案，蕊接求取 各种线性和a # 线性回曩方程。它是现代建模的一种最优化技术。常用的网归设计法有多 元线性正交设计、二次组合设计、正交多项式设计、d 一最优设计、混料设计等。本课 题是从歪交性出发，利用正交袭，求敬线性回归方程对舒荆进行优化设计。 试验优化技术的推广应用，是一项在经济效益上十分领先的工作。据报道，日本推 广疫鬃试验竣诗懿头卡年鄄熬令六枣鼗，建耀歪交袭巴超避一菩万人次对予剑造利 润和提高生产率起了巨大的作用。我圈自七十年代以来，试验优化技术实际应用越来越 广，欷得了非常可喜翡成采。摇糨臻镭诗，投正交试验设计豹应霜箴莱嚣蓠毫超过万 次，经济效益在若干亿元以上，但是与开展这一工作最发达的国家相比，与我国应该达 到的应用规横相比，还有相当大的差躐。大力推广试验优化技术促进科研事业的迅速发 展，不仅具有瞽遍的实际意义，也具蠢一定的逡切性。 2 2 鼹优化的步骤剐 1 ) 建立最谯讫翡数攀模鍪 要对一个焊接实际问题进行优化，必须首先把这个问题用函数、方程式和不等式描 一1 3 沈阳王业大学硕士学位论文 2 钎裁鲍优化设计 2 。l 试验优化自急饿越 生 长期以来，在试验领域中特别是对于多因素试验，传统的试验方法只能被动的处理 试验数据，不仪造成蠢尉睦蘧鸯g 试验次数，嚣巍往往不戆提绥突分哥靠瓣信怠。试验攘 化就题通过广义试验( 包括实物试验与非实物试验) ，简效率地找出问题在一定条件下 的最优解，它楚应用数学的一个分支。试验往傀扶不同的优良我岛发：鲔正交径、均匀 性、饱和性、旋转性、嗍良性。合理设计试验方案，有效的控制试验干扰，科学处 理试验数据，全面进行优化分析，直接实现优化目标，已或为现代化技术的一个方面。 试验优化零用豹技术有试验设计翻慰归设计。回归设计产生予上世纪五十年代，它 是综合回归分析与试验设计的现代发展而建立起来的试验优化领域的一个分支，也是数 理凌诗学科懿一个瑟发爨。它将方案竣诗、数撰楚理与疆强方稷熬耪瘦绫一起来遴嚣爨 化，融成为现代通用的一种试验优化技术。回归设计主要从各种优良性出发，利用正交 表、h 阵、翠纯形、中心组合法和正交多项式隧及计算梳技术编舞l 试验方案，蕊接求取 各种线性和a # 线性回曩方程。它是现代建模的一种最优化技术。常用的网归设计法有多 元线性正交设计、二次组合设计、正交多项式设计、d 一最优设计、混料设计等。本课 题是从歪交性出发，利用正交袭，求敬线性回归方程对舒荆进行优化设计。 试验优化技术的推广应用，是一项在经济效益上十分领先的工作。据报道，日本推 广疫鬃试验竣诗懿头卡年鄄熬令六枣鼗，建耀歪交袭巴超避一菩万人次对予剑造利 润和提高生产率起了巨大的作用。我圈自七十年代以来，试验优化技术实际应用越来越 广，欷得了非常可喜翡成采。摇糨臻镭诗，投正交试验设计豹应霜箴莱嚣蓠毫超过万 次，经济效益在若干亿元以上，但是与开展这一工作最发达的国家相比，与我国应该达 到的应用规横相比，还有相当大的差躐。大力推广试验优化技术促进科研事业的迅速发 展，不仅具有瞽遍的实际意义，也具蠢一定的逡切性。 2 2 鼹优化的步骤剐 1 ) 建立最谯讫翡数攀模鍪 要对一个焊接实际问题进行优化，必须首先把这个问题用函数、方程式和不等式描 一1 3 沈阳工业大学硕士学位论文 述出来，即建立问题的数学模型。最优化问题的数学由三