钎焊接头的形成过程

1、钎焊接头的形成钎焊接头的形成 3.1母材向钎料的溶解 3.2钎料向母材的扩散 3.3钎缝成分与组织的不均匀性 钎焊包含两个过程: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.如果使用钎剂,则还有一个钎剂的填缝过程. 并不是任何熔化的钎剂或钎料均能顺利的填入任何焊件间的间隙中去,必须具备一定的条件,即:液体对固体的润湿以及钎缝的毛细作用是熔化钎剂或钎料填缝的基本条件.3、钎料与母材的相互作用1、钎料的毛细流动、钎料的毛细流动图1:两平行板间液体的毛细作用液体在两平行板之间上升的高度: 式中:a-平行板间隙;-液体的密度;g-重力加速度; 注:h为正值时液体在间隙中上升; 为负值时下降.讨

2、论:对h的影响; a 对h的影响;结论:在为零时完全润湿;a小时才能保证钎料填满间隙;液体在毛细作用下的流动速度: 式中:-液体的粘度;讨论: 对v的影响;h对v的影响;结论: 小时能迅速填满间隙;h大时,v小,固需要足够的钎 焊加热保温时间;2.钎料的润湿与铺展钎料的润湿与铺展图2:液滴在固体表面的平衡条件 讨论:与表面张力有关,当90时液体能润湿固体表面;当时不能润湿. =0时为完全润湿, = 180为完全不润湿.钎焊时要求202.1钎料润湿性的评定钎料润湿性的评定 式中:Vf-单位长度的钎缝钎角的总体积; V-单位长度双层板上的钎料总体积; As-钎角的截面积; n-钎角数; l-覆钎料

3、板的宽度; -钎料层的厚度.图3:钎焊时的流动系数2.2钎料润湿性的影响因素钎料润湿性的影响因素 钎料润湿性理论上从公式可以判定; 但是由于SG、LG、LS数据不全,且受实际条件的影响,不能用于指导实践. 实际判定钎料的润湿性从以下四个方面入手：1）钎料和母材的成分 钎料和母材在液态和固态下均不相互作用，则它们之间的润湿性很差；若钎料能和母材相互溶解或形成化合物，则液态钎料能很好的润湿母材。 例如(图4):在钎料中添加合金元素改善钎料对母材的润湿性。 Sn,Zn,Si与铁形成金属间化合物;Pd,Mn,Ni与铁形成无限固溶体;图4:合金元素对银铜共晶钎料 在钢上铺展面积的影响2)温度的影响温度的

4、影响 为了保证润湿性,选择合适的温度很重要,但是温度过高,润湿性太强,往往造成钎料流失,还会造成母材晶粒长大,溶蚀等缺陷.3)金属表面氧化物的影响金属表面氧化物的影响4) 钎剂的影响 钎焊时使用钎剂可以清除钎料和母材表面的氧化膜,改善润湿,存在钎剂时,钎料铺展平衡方程变为:图7:使用钎剂时液滴在固体表面的平衡钎剂的作用:减小LF,增大 SF5)母材表面状态母材表面状态(粗糙度粗糙度)的影响的影响图8:表面处理对Ag-20Pd-5Mn钎料在不锈钢表面铺展面积的影响(1095)6)表面活性物质的影响表面活性物质的影响3.液态钎料与母材的相互作用推动力推动力-浓度梯度浓度梯度(严格地说应是化学位梯度

5、严格地说应是化学位梯度)分类：分类： 一是母材向液态钎料中的溶解一是母材向液态钎料中的溶解(即通常说的溶解); 二是钎料组分向固态母材中的扩散；二是钎料组分向固态母材中的扩散；相互作用相互作用步骤：钎料组分向母材中扩散达到饱和后，母步骤：钎料组分向母材中扩散达到饱和后，母材才向钎料中溶解。材才向钎料中溶解。 母材向液态钎料中的溶解图图9:9:溶蚀缺陷溶蚀缺陷a)a)溶蚀溶蚀,b),b)溶穿溶穿母材向液态钎料中的溶解溶解现象与状态图的关系图图1010：A A与与B B形成简单固熔体形成简单固熔体溶解现象与状态图的关系 如果所用的钎料为AB的共晶合金E，则A在B中的溶解量就取决于线段(l-l1)的

6、长度。此时可以认为是钎料中已经预先溶解了“l1”这么多的A。所以此时的最大溶解量为(l-l1)。若共晶点E越靠近母材A，则(l-l1)线段就越短，A的溶解量就越少。因此为了减少母材向钎料中的溶解，可在钎料中加入母材成分。图图1010：A A与与B B形成简单固熔体形成简单固熔体溶解现象与状态图的关系图图1111：A A与与B B共晶状态图共晶状态图溶解现象与状态图的关系 图图12 钎缝圆角处镍的溶解深度钎缝圆角处镍的溶解深度 图图13 Ni-B，Ni-Be，Ni-Si状态图状态图 1.Ni-4B，2.Ni-4Be，3.Ni-11Si 的富镍部分示意图的富镍部分示意图溶解速度与温度的关系 溶解速

7、度与温度的关系图图1515：CuCu在在SnSn中的溶解中的溶解速度曲线速度曲线溶解速度与温度的关系图图15：溶解速度与温度的关系：溶解速度与温度的关系钎料与母材之间的扩散 钎料与母材之间的扩散dtdxdCDSdm钎料与母材之间的扩散)exp(0RTQDD钎料与母材之间的扩散钎料与母材之间的扩散钎料与母材之间的扩散图16：铜钎焊铁时，铜在扩散区中的分布1.保温1分钟，2.保温1小时 钎料与母材之间的扩散图17：Al-28Cu-6Si钎料钎焊铝合金时的金相组织 钎料与母材之间的扩散钎料与母材之间的扩散图18： 产生晶间渗入的系统典型状态图(a)简单共晶型，(b) 存在中间相型 钎料与母材之间的扩

8、散钎料与母材之间的扩散图19：含硼镍基钎料钎焊不锈钢时的晶间渗入 钎料与母材之间的扩散图20：产生晶间渗入时的界面张力平衡条件 钎料与母材之间的扩散钎焊接头的金属学形态 钎缝组织示意图1-扩散区，2-界面区，3-钎缝中心区 钎焊接头的金属学形态 钎焊接头的金属学形态用Ni-Cr-Si-B钎料钎焊不锈钢小间隙钎缝的显微组织 钎焊接头的金属学形态钎焊接头的金属学形态铜-镍二元合金状态图 铜钎焊镍时的组织形 钎焊接头的金属学形态铜-锰二元合金状态图 铜钎焊锰时的组织形态 钎焊接头的金属学形态铝-硅二元合金状态图 铝硅钎焊铝时的组织形态 钎焊接头的金属学形态钎焊接头的金属学形态典型二元合金 共晶类型状态图 钎焊接头的金属学形态Bi-Cd接头 Sn-Zn接头 Sn-Bi接头共晶型钎焊接头的组织形态钎焊接头的金属学形态钎焊接头的金属学形态镉-硒二元合金状态图 镉硒接头中的化合物型接合区 钎焊接头的金属学形态形成化合物的典型二元合金状态图 钎焊接头的金属学形态钎焊接头的金属学形态钎焊接头的金属学形态钎焊接头的金属学形态钎焊