企业培训_钎焊技术培训讲义

钎焊技术在制冷行业的应用及特点 第1章金属材料基本知识 1小时 第2章钎焊的基本原理 1小时 第3章制冷行业常用的钎焊材料及特点 2小时 第5章制冷行业常用的钎焊接头的设计 1小时 第5章影响制冷配件钎焊接头质量的因素及控制方法 1小时 第6章钎焊疑难问题解答 1小时 第1章金属材料基本知识 1 1金属材料基本概念 金属 是指具有金属光泽 良好的塑性 优良的导热和导电性的物质 分为有色金属和黑色金属 有色金属 指铁 铬 锰以外的64种金属 十种常用有色金属 有色金属中生产量大 应用广泛的十种金属 我国一般是指 铜 铝 镍 铅 锌 钨 钼 锡 锑 汞 按密度划分 轻有色金属 密度小于4 5克 厘米3 与重有色金属 密度大于4 5克 厘米3 金属材料 以金属或合金制成的材料 习惯上把某些金属化合物 碳化钨 和以半金属 如硅 为基的材料也包括在内 合金 是两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素所组成的具有金属特性的物质 一般分为有色金属合金和黑色金属合金 有色金属合金 指由一种有色金属作为基体 加入另一种 或几种 金属或非金属组分所组成的既具有基本金属通性又具有某些特定性能的物质 重有色金属 一般指密度在4 5以上的有色金属 有 铜 镍 铅 锌 钴 钨 锡 锑 汞 镉 铋等 2 常用金属一般性质 3 焊料生产常用金属牌号Cu 2 标准阴极铜 Ag 1 一号银锭 Zn 0 0号锌锭 Cd 0 0号镉锭 Sn 0 特号锡锭 Ni 1 1号电解镍 DJMn99 7 电解锰 A00 铝 0号铝锭 Pb 1 1号铅锭 Si A B 甲级硅块 In 1 1号铟锭 第2章钎焊的基本原理 焊接的历史 文字记载 古埃及已开始使用焊接技术焊接金银饰品 约4000 6000年 中国秦始皇兵马俑出土的铜车马已采用焊接技术 约2000年 中国最早的关于焊接的文字记载见于明朝的 天工开物 中华小钎用白铜末 而大钎则竭力挥锤以强合之 钎焊 采用比母材熔点低的金属材料作钎料 将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔点的温度 利用液态钎料润湿母材 填充接头间隙并于母材相互扩散实现连接的方法 根据使用钎料的不同 可分为硬钎焊 焊接温度高于450 和软钎焊 焊接温度 450 感应钎焊 火焰钎焊 典型的火焰钎焊示例 空调器厂 冰箱厂生产线 2 1钎焊接头的形成过程钎焊包含这两个过程 一 是钎料填满钎缝的过程 二 是钎料同母材相互作用的过程 如果钎焊时使用钎剂 则还有一个钎剂的填缝过程 具体来说 钎焊时 钎剂在加热熔化后流入焊件的间隙 同时熔化的钎剂与母材表面发生物化作用 从而清净母材表面 为钎料填缝创造条件 随着加热温度的继续升高 钎料开始熔化并填缝 钎料在排除钎剂残渣并填入焊件间隙的同时 熔化的钎料与固态母材之间发生物化作用 当钎料填满间隙 经过一定时间保温后就开始冷却 凝固 完成整个钎焊过程 在不使用钎剂的场合 如真空钎焊和保护气体钎焊 当然也就没有钎剂填缝过程 典型钎焊工艺示例12 渗透良好 填缝良好 2 2钎焊去膜过程2 2 1钎剂去膜在钎焊技术中利用钎剂去膜是目前应用最广泛的一种方法 一 软钎剂1 无机软钎剂这类钎剂具有很高的化学活性 去除氧化物的能力很强 能显著地促进液态钎料对母材的润湿 它们的组分为无机酸和无机盐 可用作钎剂的无机酸有盐酸 氢氟酸和磷酸等 通常以水溶液或酒精溶液形式使用 也可与凡士林调成膏状使用 2 有机软钎剂这类钎剂主要使用了四类有机物 有机酸 如乳酸 硬脂酸 水杨酸 油酸等 有机胺盐 诸如盐酸苯胺 磷酸苯胺 盐酸肼 盐酸二乙胺等 胺和酰胺类有机物 如尿素 乙二胺 乙酰胺 三乙醇胺等 天然树脂 主要是松香类的钎剂 二 硬钎剂现有硬钎料主要是以硼砂 硼酸及它们的混合物作为基体 再添加某些碱金属或碱土金属的氟化物 氟硼酸盐等 来获得合适的活性温度范围和增强去除氧化物的能力 硼酸H3BO3为白色六角片状晶体 可溶于水和酒精 加热时分解 形成硼酐B2O3 2H3BO3 B2O3 H2O 硼酐的熔点为580 它能与铜 锌 镍和铁的氧化物形成易熔的硼酸盐 MeO B2O3 MeO B2O3 第3章制冷行业常用的钎焊材料及特点 按钎料化学成分分类根据组成钎料的主要元素 软钎料 硬钎料都可分成各种基的钎料 软钎料分为Bi基 In基 Sn基 Pb基 Cd基 Zn基等 其熔点范围如图所示 硬钎料分为Al基 Ag基 Cu基 Mn基 Au基 Ni基等 其熔点范围如图所示 3 1钎料 钎剂的分类 钎料型号是怎样表示的 根据GB T6208 1995 钎料型号表示方法 的规定 钎料型号由两部分组成 中间用隔线 分开 第一部分用一个大写英文字母表示钎料的类型 如 S 表示软钎料 B 表示硬钎料 表3 1原机械工业部钎料分类及表示方法 钎剂是如何进行分类的呢 1 软钎剂软钎剂指的是在450 以下钎焊用的钎剂 2 硬钎剂硬钎剂指的是在450 以上钎焊用的钎剂 3 专用钎剂专用钎剂是为那些氧化膜难于去除的金属材料进行钎焊而专门设计的钎剂 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两类 3 2钎料 钎剂的性能 在实际生产中 钎剂应满足哪些性能要求 1 去膜性能通过物理化学作用 钎剂应足以溶解或破坏母材和钎料表面的氧化膜 2 润湿和保护性能钎剂在钎焊温度范围内应该具有表面张力小 粘度低和流动性好的特点 以利于钎剂和液态钎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小于液态钎料的密度 这样钎剂才能均匀地呈薄层覆盖在钎料和母材的表面 有效地隔绝空气 起到保护作用 3 熔化性能钎剂的熔点应低于钎料的熔点 且二者相差不能过大 这样才能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 为钎料的润湿铺展准备条件 4 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 不致于发生钎剂组分的分解 蒸发或碳化而丧失其应有的作用 一般要求钎剂具有不小于100 的热稳定温度范围 5 除渣性能钎剂及其作用产物的密度应小于液态钎料的密度 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清除 6 腐蚀性和毒性钎剂及其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 实用的钎剂并不总能全面满足上述的性能要求 特别是在去膜能力和腐蚀作用两种性能之间往往存在难以克服的矛盾 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其腐蚀作用 目前 冰箱和空调器的钎焊生产中主要采用低银或无银含磷钎料钎焊铜和铜合金件 表2 2列出了常用于钎焊铜及铜合金银钎料的成分和性能 除了银基钎料以外 铜磷钎料也是在生产上广泛应用的空气自钎剂钎料 含磷的铜基钎料在钎焊铜及铜合金时都具有自钎作用 我们将这种具有自钎作用的钎料称为自钎钎料 表2 3列出了常用的铜磷钎料的成分及性能 表3 2银钎料的成分及性能 表3 3铜磷钎料的成分及性能 3 3钎料 钎剂的作用 钎剂有什么作用呢 不同类型的钎剂 具有不同的基体组分 硬钎剂的基体组分多采用热稳定性较好的金属盐或金属盐系统 如 QJ101中的氟硼酸钾 KBF4 QJ102中的氟化钾 KF 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 覆盖母材和钎料表面 防止空气的氧化作用 怎样合理地使用钎剂呢 钎焊时大多数都采用常温下是固态 经加热后会熔化的粉末状钎剂 在冰箱和空调器的钎焊生产中 把钎剂施加到接头上去的主要方法有三种 用钎料丝随时蘸取填加到接头区 预先调成糊状 用钎料丝端部蘸取填加到接头区 焊前调成糊状 预先刷到钎料丝上 1 钎焊过程中 液态钎料在毛细填缝的同时就与母材发生相互作用 这种相互作用的推动力则来源于钎料与母材间的浓度梯度所造成的扩散 一种作用为母材向液态钎料中的溶解 二是钎料组分向母材中的扩散 2 冷却 形成钎焊接头 性能取决于上述作用的结果 钎料的作用 如何正确选择钎料应从经济角度 使用要求 钎料和母材的相互匹配 钎焊加热等方面进行综合考虑来确定 从经济角度出发 在能保证钎焊接头质量的前提下 应选用价格便宜的钎料 从使用要求出发 对钎焊接头强度要求不高的 可以用软钎料钎焊 对钎焊接头强度要求比较高的 则应用硬钎料钎焊 对在低温下工作的软钎料钎焊接头 应使用含锡量低 或添加有防止发生冷脆性元素 如锑 的钎料 3 4钎料 钎剂的设计与选择 选择钎料时又必须考虑钎焊温度对母材性能的影响 对于异种材料的钎焊 应考虑不同材料的热膨胀系数的差别而引起的钎缝开裂等现象 对于陶瓷或硬质合金刀具的钎焊 上述问题尤为突出 应选用熔点低的钎料 对于异种母材 应选用膨胀系数介于两者之间的钎料 钎焊加热方法也影响钎料的选用 总之 钎料的选择是一个综合问题 应从经济观点设计要求母材性能及现有的钎焊设备等通盘进行考虑 1 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 2 钎焊方法的考虑不同的钎焊方法对钎剂提出了不同的要求 如用电阻钎焊时 钎剂应具有一定的导电性 用浸粘钎焊时 钎剂应去除水分 以免沸腾和爆炸 3 钎焊温度的考虑钎焊温度是由母材和钎料决定的 选择钎剂时要使其熔化温度与钎焊温度相适应 钎剂的熔点应低于钎料的熔点 以使钎料在熔化前便由熔化的钎剂所覆盖没 并为钎料的润湿铺展准备条件 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熔化温度低得太多 否则氧化膜去除过早 随后还会重新生成 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 4 钎缝形状的考虑对于钎缝形状复杂的钎焊接头 由于钎焊后钎剂及其残渣不容易完全去除 因此应选择腐蚀性小且易去除的钎剂 3 5无镉 无铅钎料的特点及发展方向 RoHS指令 2006年39号部令 2007年3月1日 2007年7月1日起 在家电产品上禁止使用含镉 含铅的材料 含镉量 100ppm 含铅量 1000ppm对策 选用无镉 无铅材料 改变工艺 成本可能会提高 第4章制冷行业常用的钎焊接头的设计 4 1钎焊接头形式对钎焊接头质量的影响 在实际的铜管套接钎焊生产中 当两个管子的径向间隙很小时 一般在0 05mm 0 25mm之间时 钎焊时都存在毛细作用 4 2不同钎料 钎剂对钎焊接头设计的要求 间隙的大小与钎料和母材的性质 钎焊温度 钎焊时间 钎料的安置等有直接关系 一般钎料与母材的相互作用较弱 则要求较小的间隙 母材与钎料的相互作用较弱 就要求较大的间隙 应该指出 这里所要求的间隙是指在钎焊温度下的间隙 与室温时不一定相同 用钎剂钎焊时 接头的间隙应选得稍大一些 因为钎焊时熔化的钎剂先流入接头 熔化的钎料后流进接头 将熔化的钎剂排出间隙 当接头间隙太小时 熔化的钎料难以将钎剂完全排出间隙 从而形成夹渣 真空或气体保护钎焊时 不会发生上述排渣的过程 接头间隙可选择稍小些 不同的母材应用不同的钎料时所选取的间隙值 4 3不同钎焊工艺对钎焊接头设计的要求 1 火焰钎焊 间隙范围可略宽 2 炉中钎焊 间隙范围应严格控制 3 感应钎焊 间隙范围应适当 钎料的放置方式有哪些用于填缝的钎料 既可以在钎焊过程中送给 也可以在钎焊前预先放置 对于低生产率的钎焊方法 如烙铁钎焊和火焰钎焊 一般采用手工送给方式 使用棒状 条状和管状的钎料 对于高生产率的钎焊方法 如炉中钎焊方法等 广泛采用的是预先放置方式 使用丝状 条状 箔片状及膏状等形态的钎料 钎料的预先放置方式有哪些钎料在焊件上的预先放置方式有明置方式和暗置方式两种 一般而言 对于薄件或简单的钎焊面积不大的接头 宜采用明置方式 对于钎焊面积大或结构复杂的接头 宜采用暗置方式 并将钎料槽开在较厚的零件上 第5章影响制冷配件钎焊接头质量的因素及控制方法 5 1钎料 钎剂的影响5 2钎焊工艺的影响5 3环境因素的影响 钎焊制冷系统管路时 常见的钎焊接头缺陷如图所示 未钎透 夹渣 无圆角 钎缝气孔缺陷产生的原因 此外 钎剂在加热过程中可能分解出气体 母材或钎料中某些高蒸汽压元素的蒸发以及溶解在液态钎料中的气体在钎料凝固时的析出 这些气体在钎料凝固前如来不及全部排出钎缝 也会形成气孔 钎剂夹渣缺陷的产生原因 未钎透缺陷的产生原因 无圆角缺陷的产生原因 怎样防止无底圆角缺陷的产生在冰箱与空调器制冷系统管路钎焊时 为防止无底圆角缺陷的产生 要求钎焊工在钎焊套接管路时遵循以下几点要求 1 注意钎剂的活性 若发现钎剂活性不好时 应查看钎剂是否过期或失效 如果没有过期或失效 应重新选择其它型号或其它工厂生产的钎剂 若钎剂已过期或失效 则应更换合格的钎剂 2 注意正确地进行加热 要对钎焊工件均匀加热 防止只在局部加热 3 添加钎料时 适当地选择钎料的送给量 钎料不能过多 也不能过少 钎料过少时 会发生无底圆角缺陷 钎料过多时 则会产生焊瘤 无底圆角是钎缝中很难从外观直接检查到的缺陷 这就要求气体火焰钎焊工应严格按照工艺要求操作 避免无底圆角的发生 怎样防止未钎透缺陷的产生 在冰箱与空调器制冷系统管路钎焊时 为防止未钎透缺陷的产生 要求钎焊工在钎焊套接管路时遵循以下几点要求 1 钎焊工件的接头间隙不能过大也不能过小 要采用合适的接头间隙 同时 套接的管路不能倾斜 倾斜的管路会造成接头间隙一边过大 另一边过小 2 钎焊前 要对钎焊工件进行处理 当钎焊前表面准备不充分时 也会造成未钎透缺陷的出现 3 注意钎剂的活性 当钎剂活性不良时 应查看钎剂是否过期或失效 如果没有过期或失效 应重新选择其它型号或其它工厂生产的钎剂 若钎剂已过期或失效 则应更换合格的钎剂 4 钎焊加热过程中 要加热均匀 加热温度不能过高 也不能过低 在防止钎缝未钎透缺陷产生时 要求钎焊工人具有很高的操作水平 这就决定钎焊工在实际生产过程中 要不断提高自身的操作水平 提高自身素质 气体火焰钎焊工为防止钎缝不致密性缺陷产生 应做好哪些工作