钎焊技术的应用与发展

特种连接方法及工艺特种连接方法及工艺 论文论文 钎焊技术的应用与发展钎焊技术的应用与发展 姓名 学号 班级 钎焊技术的应用与发展 摘要 随着科学技术的发展 在未来工业中将越来越多地采用新材料 新结 构和新制造技术 连接技术作为制造技术的一个分支也将得到迅速发展 钎焊技 术作为重要的连接技术 对于新材料的连接及复杂精细结构件的制造 具有独特 的优越性和灵活性 因此钎焊技术在制造业中的应用将越来越多 并将更多地用 于重要部件的连接 关键词 钎焊技术 钎焊设备 钎焊材料 钎焊工艺 钎焊的应用 前 言 钎焊是金属材料连接的重要方法之一 它同电子束焊 激光焊 摩擦焊一起 被认定为先进习机和发动机的的关键焊接技术 钎焊方法很多 不同的钎焊方 法在具体实施中存在差异 但钎焊接头形成的原理是基本相同的 因此 可以 对钎焊做出如下定义 钎焊是一种金属热连接方法 在钎焊过程中 依靠熔化 的钎料或依靠母材连接面与钎料之间的扩散 接触反应钎焊 而形成的液相 在毛细作用下填充母材之间的间隙 并且母材与钎料发生相互作用 然后冷却 凝固 形成冶金结合 1 钎焊的认识 钎焊是指用比母材熔点低的金属材料作为钎料 用液态钎料润湿母材和填 充工件接口间隙并使其与母材相互扩散的焊接方法 钎焊变形小 接头光滑美 观 适合于焊接精密 复杂和由不同材料组成的构件 如蜂窝结构板 透平叶 片 硬质合金刀具和印刷电路板等 钎焊前对工件必须进行细致加工和严格清 洗 除去油污和过厚的氧化膜 保证接口装配间隙 间隙一般要求在 0 01 0 1 毫米之间 利用熔点比母材 被钎焊材料 熔点低的填充金属 称为钎料或焊料 在 低于母材熔点 高于钎料熔点的温度下 利用液态钎料在母材表面润湿 铺展 和在母材间隙中填缝 与母材相互溶解与扩散 而实现零件间的连接的焊接方 法 较之压焊 钎焊时不对焊件施加压力 钎焊形成的焊缝称为钎缝 钎焊所 用的填充金属称为钎料 钎焊过程 表面清洗好的工件以搭接型式装配在一起 把钎料放在接头间隙附近或接头间隙之间 当工件与钎料被加热到稍高于钎料 熔点温度后 钎料熔化 工件未熔化 并借助毛细管作用被吸入和充满固态工 件间隙之间 液态钎料与工件金属相互扩散溶解 冷疑后即形成钎焊接头 2 钎焊材料和焊剂 液态钎料在毛细填隙过程中与母材发生相互物理化学作用 这些相互作用对 钎焊接头的性能影响很大 它们可以分为两种 1 母材向钎料的溶解 钎焊时 一般都发生母材向液体钎料的溶解过程 可使钎料成份合金化 有利于提高接头强度 但母材的过度溶解会使液体钎料 的熔点和粘度升高 流动性变差 往往导致不能填满钎缝间隙 同时可能使母 材表面因过分溶解而出现凹陷等缺陷 2 钎料组份向母材扩散 钎焊时 也出现钎料组份向母材的扩散 扩散 以两种方式进行 一种是钎料组元向整个母材晶粒内部扩散 在母材毗邻钎缝 处的一边形成固溶体层 对接头不会产生不良影响 另一种是钎料组元扩散到 母材的晶粒边界 常常使晶界发脆 尤其是在薄件钎焊时比较明显 钎料的分类 按照钎料的熔化温度范围分为 1 熔点低于 450 的钎料称为软钎料如镓基 铋基 铟基 锡基 铅基 锌 基等合金 2 熔点高于 450 C 的钎料称为硬钎料 俗称难熔钎料 如铝基 镁基 铜 基 银基 锰基 金基 镍基 钯基 钦基等合金 按照钎料的主要合金元素分 钎料按其主要合金元素可分为锡基 铅基 铝基等钎料 3 按照钎料的制成形状分 钎料按其制成形状可分为丝 棒 片 箔 粉状或特殊形状钎料 例如环形 钎料或膏状钎料等 软钎剂 按其成分可分为无机软钎剂 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 组分为无机酸和无机盐 一 般的黑色金属和有色金属 包括不锈钢 耐热钢和镍铬合金等都可使用 但它 残渣有腐蚀性 焊后必须清除干净 和有机软钎剂两类 常用的软钎剂有磷酸水溶液 只限于 300 以下使用 是钎焊含 Cr 不锈钢 或锰青铜的适宜钎剂 氯化锌水溶液和松香 只能用于 300 以下钎焊表面氧 化不严重的金 银 铜等金属 等 硬钎剂 常用的硬钎剂有硼砂 硼酸 活性温度高 均在 800 以上 只能 配合铜基钎料使用 去氧化物能力差 不能去除 Cr Si Al Ti 等的氧化物 KBF4 氟硼酸钾 熔点低 去氧化能力强 是熔点低于 750 银基钎料的适宜 钎剂 等 3 工艺方法 钎焊过程的主要工艺参数是钎焊温度和保温时间 钎焊温度通常选为高于钎 料液相线温度 25 60 C 以保证钎料能填满间隙 钎焊保温时间视工件大 小及钎料与母材相互作用的剧烈程度而定 大件的保温时间应长些 以保证加 热均匀 钎料与母材作用强烈的 保温时间要短 一般说来 一定的保温时间 是促使钎料与母材相互扩散 形成牢固结合所必需的 但过长的保温时间将导 致熔蚀等缺陷的发生 钎焊常用的工艺方法较多 主要是按使用的设备和工作原理区分的 如按 热源区分则有红外 电子束 激光 等离子 辉光放电钎焊等 按工作过程分 有接触反应钎焊和扩散钎焊等 接触反应钎焊是利用钎料与母材反应生成液相 填充接头间隙 扩散钎焊是增加保温扩散时间 使焊缝与母材充分均匀化 从 而获得与母材性能相同的接头 几乎所有的加热热源都可以用作钎焊热源 并 依此将钎焊分类 烙铁钎焊 用于细小简单或很薄零件的软钎焊 波峰钎焊 用于大批量印刷电路板和电子元件的组装焊接 施焊时 250 左 右的熔融焊锡在泵的压力下通过窄缝形成波峰 工件经过波峰实现焊接 这种 方法生产率高 可在流水线上实现自动化生产 火焰钎焊 用可燃气体与氧气或压缩空气混合燃烧的火焰作为热源进行焊接 火焰钎焊设备简单 操作方便 根据工件形状可用多火焰同时加热焊接 这种 方法适用于自行车架 铝水壶嘴等中 小件的焊接 浸沾钎焊 将工件部分或整体浸入覆盖有钎剂的钎料浴槽或只有熔盐的盐浴 槽中加热焊接 这种方法加热均匀 迅速 温度控制较为准确 适合于大批量 生产和大型构件的焊接 盐浴槽中的盐多由钎剂组成 焊后工件上常残存大量 的钎剂 清洗工作量大 炉中钎焊 将装配好钎料的工件放在炉中进行加热焊接 常需要加钎剂 也 可用还原性气体或惰性气体保护 加热比较均匀 大批量生产时可采用连续式 炉 真空钎焊工件加热在真空室内进行 主要用于要求质量高的产品和易 氧化材料的焊接 4 钎焊的设备 PMA 等离子钎焊机 完全代替传统钎焊设备 新一代无需可燃气体的钎焊设 备 采用 IGBT 逆变控制原理 焊接时 火焰非常稳定 整台设备轻巧方便 适 合户外焊接 焊机操作简单 略懂焊机的人即可 不需要特殊培训 本产品不 需要乙炔等易燃易爆炸气体 安全性能大大提高 只需用电就可以 一些不发 达地区 没有氧气或乙炔 汽油等 使用等离子钎焊机优势非常明显 焊接过 程中 可直接使用气体助焊剂代替传统的手工添加硼砂 提高钎焊的湿润性和 流动性 以便减少气孔的的生成 提高焊缝抗拉强度 焊接过程中表面没有氧 化现象 不发黑 不需要进行酸洗 大大提高了效接效率 高频钎焊机是通过感应电流把焊接物加热到一定温度使焊料熔化 从而把 两种一样材质或不同材质的金属润湿后粘连在一起的感应加热设备 高频钎焊 机的频率功率选择 当焊接截面积小于 30 30mm 时 一般选用频率在 60 80KHz 的高频感应焊接设备 当焊接截面积大于 30 30mm 且加工的数量较 多时 可以选择频率在 15 60KHZ 之间 功率稍大一些超音频感应加热设备 因 为钎焊的截面大小不同 则选用的频段 功率也有所不同 高频钎焊机的钎焊 过程 表面用助焊剂 一般选用硼砂 清洗好的工件贴紧在一起 把钎料放在 连接处间隙附近或接头间隙之间 当工件与钎料被加热到稍高于钎料熔点温度 后 钎料熔化 工件未熔化 并借助毛细管作用被吸入和充满固态工件间隙之 间 液态钎焊料与工件金属相互扩散溶解 停止加热后 把工件放入生石灰或 保温砂中保温 对焊缝进行简单的回火 一段时间后 取出即形成钎焊接头 5 检验方法 钎焊接头缺陷的检验方法可分为无损检验和破坏性检验 1 外观检查 外观检查是用肉眼或低倍放大镜检查钎焊接头的表面质量 如钎料是否填满 间隙 钎缝外露的一端是否形成圆角 圆角是否均匀 表面是否光滑 是否有 裂纹 气孔及其它外部缺陷 2 表面缺陷检验 表面缺陷检验法包括荧光检验 着色检验 和磁粉检验 它们用于检查外观 及检查目视发现不了的钎缝表面缺陷 如裂纹 气孔等 荧光检验一般用于小 型工件的检查 大工件则用着色检验 工件的局部检查 磁粉检验只用于带有 磁性的金属 3 内部缺陷检验 主要采用射线检验 超声波检验和致密性检验 射线检验 按源的种类分为 X 射线和 y 射线 是检验重要工件内部缺陷的常用方法 它可显示钎缝中的气 孔 夹渣 未钎透以及钎缝和母材的开裂 超声波检验所能发现的缺陷范围与 射线检验相同 而钎焊结构的致密性检验常用方法有一般的水压试验 气密试 验 气渗透试验 煤油渗漏试验和质谱试验等方法 其中水压试验用于高压容 器 气密试验及气渗透试验用于低压容器 煤油渗透试验用于不受压容器 质 谱试验用于真空密封接头 6 钎焊技术的展望 随着科学技术的快速发展 焊接技术也在迅速的进步 钎焊链接技术已经成 为最广泛应用的链接技术之一 目前硬钎焊技术已经进入钎焊过程数值模式 钎 焊过程的精确控制和钎焊机理研究阶段 接触反应钎焊作为一种先进的材料连接工艺而越来越引起各国科研人员的兴 趣 这项钎焊技术的研究越来越深入 例如 为了出去 AI 合金散热器等构件生 产中繁琐的复合钎料板加工工序 建安大 ALCON 公司提出了一种新型 AI 合金接 触反应钎焊技术 SI 粉 钎剂作为钎焊材料进行 AI 合金钎焊 并取得专利 该技 术的核心思想是 在至少一个连接基体的表面涂覆 SI 粉和氟铝酸钾的混合物作 为钎焊材料 然后将焊件在氮气气氛下加热到 600 左右并保温 在加热工程 中钎剂在 562 有限发生融化冰溶解 AI 基体表面的氧化膜 从而使得 SI 颗粒 与