第4章：-钎焊方法

1、第4章 钎焊方法,第4章 钎焊方法,4.1 钎焊方法的分类 4.2 火焰钎焊 4.3 感应钎焊 4.4 炉中钎焊 4.5 烙铁钎焊 4.6 电阻钎焊 4.7 浸沾钎焊（液体介质中钎焊） 4.8 扩散钎焊 4.9 其它钎焊方法,内容提要,本章介绍了各种钎焊方法分类及其应用范围，着重讲述了火焰钎焊、感应钎焊和炉中钎焊各自的原理、特点、设备、应用和钎焊工艺。,按照不同的特征和标准,钎焊方法有以下6种分类方式: 1.按钎料的熔点: 软钎焊(低于450)； 硬钎焊(高于450) 2.按钎焊温度: 高温钎焊;中温钎焊;低温钎焊。 温度的划分是相对于母材的熔点而言: eg1 钢件:800以上-高温钎焊;55

2、0800-中温钎焊;550以下-低温钎焊; eg2 铝合金: 450以上-高温钎焊;300450-中温钎焊;300以下-低温钎焊.,4.1 钎焊方法的分类,3.按照热源的种类和加热方法：火焰钎焊、炉中钎焊、感应钎焊、电阻钎焊、浸渍钎焊、气相钎焊、烙铁钎焊及超声波钎焊等。 4.按照去除母材表面氧化膜的方式：钎剂钎焊、无钎剂钎焊,自钎剂钎焊、气体保护钎焊、真空钎焊等。 5.按照接头形式特点：毛细钎焊、非毛细钎焊。 液态钎料依靠毛细作用填缝的情况称为毛细钎焊,反之称为非毛细钎焊。 eg:接触反应钎焊和扩散钎焊是最典型的非毛细钎焊。 6.按照被连接的母材或钎料的不同：铝钎焊、不锈钢钎焊、钛合金钎焊、高

3、温合金钎焊、陶瓷钎焊、复合材料钎焊、银钎焊、铜钎焊等.,4.2 火焰钎焊,图1 火焰钎焊,1.火焰钎焊的概念 火焰钎焊：完成钎焊熔化和流动所需要的热量是靠燃气火焰来实现的。 这种方法主要靠一个或多个火焰加热工件,依靠火焰、工件或两者同时的运动，实现对工件的适当加热，实现钎焊连接。,火焰钎焊视频,2火焰钎焊的特点 火焰钎焊的装置简单，钎焊前工件需要进行表面清洗。钎焊后的接头也需要进行表面清理，去掉残留在接头上的钎剂和渣壳。 这种方法只能适用在那些具有不太高的活性和不需要专门保护的母材的连接。火焰钎焊总结起来有如下4个特点：,（1）火焰钎焊在空气中完成，不需要保护气体，通常需要使用钎剂。 含P钎料

4、钎焊紫铜的时候不用使用钎剂，原因:P与氧化物作用，起到自钎剂的作用。 （2）火焰钎焊设备初期投资低，并且操作技术容易掌握。 （3）火焰钎焊是一种方便、灵活的工艺方法，可实现自动化操作。 （4）钎料选择范围广：从低温的银基钎料到高温的镍和铜基钎料，都可以使用。丝状、片状、预成形或膏状形式的钎料都可以使用。,3火焰钎焊原理 用可燃气体与氧气(或压缩空气)混合燃烧的火焰来进行加热的钎焊。 4火焰钎焊分类 火焰硬钎焊 火焰软钎焊 5火焰钎焊的应用 （1）火焰钎焊应用范围广，不受产品数量的限制，一个接头到几百万个接头都可以很便宜的使用火焰钎焊加工。,（2）火焰钎焊在安装和维修的场合也很常见。,图2 手工

5、火焰钎焊,（3）火焰钎焊在大批量生产时，使用半自动或全自动的火焰钎焊。 半自动火焰钎焊：人工放置构件、钎料、钎剂。 全自动火焰钎焊：自动装卸构件，自动填加钎焊材料。,图3 冰箱手工钎焊(半自动),图4 空调两器(冷凝器、蒸发器)钎焊(全自动),图5 冰箱压缩机管口(全自动),6火焰钎焊优点与应用的限制因素 （1）火焰钎焊的优点(11点) 1)可以加工任何数量的接头，批量小可以采用手工钎焊，批量大可以采用自动钎焊。 2)设备轻便，便于现场安装应用。 3)手工火焰钎焊的氧燃气加热设备，资本投入少。 4)氧燃气加热设备，也可用于其他目的。 5)气体火焰能被调节成碳化焰，还原焰，中性焰，氧化焰。 6)

6、火焰钎焊在组装工艺中最实用。采用局部加热的火焰钎焊可以很方便的完成组装连接。,7)钎料可以被预置，也可以在工件加热到合适温度后送进。 8)燃烧气体的种类很多，来源方便可靠。 9)所有在氧化环境中不会氧化的母材，只要能获得合适的钎焊材料就能被火焰钎焊。 10)接头位置不固定或不能使用位置固定的加热方式时，钎焊可以采用手工火焰钎焊。 11)变截面或不同的材料可以通过控制一把或多把焊炬的移动，选择加热部位与合适的热量来钎焊。,1)火焰钎焊是在氧化环境中完成的，钎焊后接头表面有钎剂残渣和热垢。 2)手工火焰钎焊的质量受操作工技能的影响。 3)采用钎剂钎焊的接头相比控制气氛没有使用钎剂的接头更容易发生接

7、头气孔。 4)大部件采用局部加热的火焰钎焊，仍需要过多的加热时间,不经济。 5)高活性母材不适合火焰钎焊，eg:锆和钛。 6)手工钎焊劳动强度大。 7)厚重件采用火焰钎焊加热时,钎焊区域的温度很难超过1000。 8)火焰钎焊含镉钎料，如果钎焊温度超过镉的蒸发温度，将危害人体健康。 9)由于使用钎剂，钎焊后残留的钎剂会引起潜在的腐蚀。,（2）火焰钎焊应用的限制因素(9点),7火焰钎焊设备(简介) 火焰钎焊设备主要组成部分包括：气源，阀门，传输气体的软管或管路系统，焊炬，喷嘴，安全装置以及其它辅助装置。 8.自动化火焰钎焊设备(简介) （1）自动化钎焊设备应考虑的因素 1)工件的组装与加载； 2)

8、预置钎料与钎剂； 3)加热方式； 4)钎焊件的冷却与卸载；,（2）自动化钎焊设备的类型 1)旋转转位火焰钎焊机； 2)联机线形输送线钎焊设备； 3)往返装置； .火焰钎焊用燃气(简介) 用于火焰钎焊的燃气是天然气,丙烷,液化石油气,丙烯,某些专利混合气,乙炔气。 手工火焰钎焊最适用的气体是氧气和丙烷气；氧气和乙炔气。,10火焰钎焊接头设计与钎焊材料 （1）火焰钎焊接头设计 火焰钎焊所要求的接头，除了要遵循接头设计原理外，在火焰钎焊接头设计中需要考虑的是： 1)焊炬要容易接近局部加热的接头面； 2)要使用钎剂(除了铜-铜接头用含P钎料外)； 3)必须了解所用钎料的成分； （2）火焰钎焊用钎料、钎

9、剂 大多数金属适合于火焰钎焊，只有一些活泼的金属，例如钛和锆，因为没有配套使用的钎剂而不推荐使用在火焰钎焊。平常在火焰钎焊中使用的钎料系统是BAg、BCuP和RBCuZn。 使用在火焰钎焊中的钎剂具有氟化物硼酸盐型。,11.火焰钎焊方法与工艺,（）火焰 在火焰钎焊中，为了获得满意的结果，要对火焰进行适当调节。一般来讲，要求使用稍微还原的火焰。 要用内焰而不是焰心来加热钎焊件。 钎焊的接头区域是否能在同一时间达到钎焊温度是重要的，正确的加热是偏向高导热性的接头组件。尽量不要把火焰直接作用在钎料上以及缝隙处的钎剂上，直接加热钎焊材料容易使它们过热、出现烟气，甚至导致钎焊材料失效。 （）钎剂的作用

10、当使用钎剂时，利用钎剂的熔点比钎料的钎焊温度稍微低一点的特性来避免工件过热。,钎剂受热后从粉状（膏状）变为干扁状，继续升温则熔化变为透明的液体，进入活性范围，因此利用钎剂的熔点可以用来指导操作工观察工件是否接近钎焊温度。 通过加热靠近钎焊材料的母材，再由母材通过热传导将热量传递给钎焊材料，同样可以快速完成对钎剂和钎料的加热，实现高效优质连接。 当没有向母材提供充分的热量时，将出现“冷接头”，具有凹凸不平接缝外观的特点，钎料甚至呈现小球状。 （）摆动焊炬 焊炬要不停的摆动，保持一个均匀的温度，尤其是在结合面上的温度要均匀一致的达到钎焊温度。 （）钎料、钎剂的填加 手工火焰钎焊操作中通常采用送进式

11、加钎焊材料，合理的接头设计可以使用预制的钎料或焊膏。当通过手工将钎料丝送到接头上时，先将焊丝头浸在钎剂中，然后用钎料粘钎剂抹到接头上。 （）钎焊接头的冷却 在完成任何钎焊后，必须使接头在没有振动和移动的静止的状态下冷却到在钎料的固相线温度以下。,不同材料的钎焊视频,4.3 感应钎焊,图6 感应钎焊,感应钎焊的概念 感应钎焊:工件放置在交流电的交变磁场中，通过电磁感应在焊件中产生感应电流，利用感应电流在焊件产生的电阻热来实现焊件加热的钎焊方法。 感应加热的目的是将局部加热的接头区域加热到所需的预定温度。 2感应钎焊的特点 （1）感应钎焊的加热方式 感应钎焊是通过感应电流加热的，感应电流流过工件时

12、的电阻热是主要热源，有时被称做I2R损耗。 感应电流在工件的表面是最大的，向内部逐渐减小。因此感应钎焊通常应用相对较低的功率密度0.08-0.24KW/cm2，以防止产生过量的表面热。,高频感应钎焊视频1,图7由电磁场感生出在被感应的工件中 出现的感应电流 线圈电流；工件内的感应电流,图8 感应钎焊应用实例,（2）感应钎焊的优点(6点) 1)选择感应电流作为热源，充分利用局部加热的方式对工件进行加热，通常可以减少构件的性能变化。 2)精确的加热控制，精确稳定的工艺循环，提供了外观平整，光滑，均匀的接头。它生产的接头工艺一致性强，加热造成的合金损耗最小。 3)加热速度快。 4)可以在接头上预置钎

13、料，特别适合自动化或半自动化焊接。 5)使用感应钎焊可以减少和简化夹持装置。 6)产量不高时，如果有现成的感应发生器，用铜管制成的简单的感应器也可以很经济的完成感应钎焊操作。,（3）感应钎焊的缺点(4点) 1)配套系统复杂。尽管通过设计感应器能成功的加热几何形状复杂的接头，但包含几个钎焊接头的复杂组件，加热难度很大甚至不可能实现，推荐选用炉中钎焊。 2)部件装配难度大。感应钎焊要求将要连接零件的装配间隙适当缩小。感应钎焊多是将钎料预置在接头上，如果使用固液相之间有明显温差的钎料，钎料在钎焊过程中流动性差，间隙变化太大，将阻碍填满焊缝，导致不完整的结合。 3)设备初装费用高。感应钎焊特别适合半自

14、动或全自动操作，在加工件的数量有限，没有现成的感应加热设备，不需要特殊要求的情况下，感应钎焊不能作为经济的钎焊方法来使用。 4)需要专门知识。感应发生器要求最好的特性，工艺要求比其他钎焊方法严格，常常需要专门的感应加热专家提供指导。,3.感应钎焊的应用 感应钎焊广泛应用于消费品,工业产品,结构组件,电力电子产品,微型设备,机器和手工工具以及空间部位等。 主要应用于钎焊钢,铜与铜合金,高温合金等的具有对称形状的焊件。,高频感应钎焊视频2（车刀焊接）,感应钎焊相关应用实际图片,图9 采用预置钎料环的感应钎焊,图10 完成感应钎焊的接头,图9和图10所示为紫铜件构成的管件靠感应钎焊组合在一起，使用B

15、Cu91PAg钎料环，不使用钎剂。,图11温控器膜盒底座的感应钎焊,图12冰箱压缩机高压排气管感应钎焊,图12所示为冰箱压缩机内部的高压排气管感应钎焊过程，钢件的钎焊材料是铜钎料，含有铜则采用银钎料，通常是4050的银基钎料。铜和铜部件的钎焊采用磷钎料，使用与母材熔点接近的钎料是感应钎焊的优势之一。,图13 黄铜集气管组件的感应钎焊,图14 黄铜集气管组件的感应钎焊,a）两种规格的紫铜管接头,b）采用插条控制大规格管件在感应器中的位置,c）不采用插条钎焊毛细管接头,图15铜铝异种材料的感应钎焊,图15所示为使用感应钎焊的铜铝异种材料的装配方法。6mm1mm 紫铜与8mm1mm纯铝钎焊，中间的焊

16、环材料为锌镉系钎料、钎剂028Cs/D，钎焊周期7s点，功率12kW。,4感应钎焊设备(简介) （1）感应钎焊加热线圈的设计 （2）感应发生器的形式与规格 （3）感应发生器尺寸 （4）耦合装置,图16,5感应钎焊用钎料与钎剂,（1）感应钎焊用钎料 感应钎焊用钎料的基本要求如下（4点）: 1)能够润湿并合金化将要连接的表面。 2)熔点低于被焊部件的熔点。 3)靠毛细作用,适当的流动性,能满足填满缝隙。 4)接头具有合适的强度,导电性,抗腐蚀性,满足应用中的机械,电气,化学特点。 许多材料可以采用感应钎焊连接，包括碳钢、低合金钢、不锈钢、铸铁，还有铜及铜合金、镍、钴和耐热合金、钛和锆合金、钼合金以

17、及其他新材料（如陶瓷和石墨等）。 常用的感应钎焊钎料有:银基钎料，可以通过感应方法钎焊黑色金属或有色金属。,感应钎焊工件一般要求焊前处理，处理后的接头区域应尽可能快的用钎剂处理。 感应钎焊所用的钎剂，多含有氟盐和碱,有时还含有钾。这些钎剂常以膏状形式使用。 温度在593时钎剂变成流体并具有活性，分解了残余的氧化物，保护了将要连接的金属表面。这些钎剂也促进了湿润性和钎料在熔点以上的流动性,（2）感应钎焊用钎剂,（1）感应钎焊接头设计 接头设计注意事项(4点) 1)加热方式； 2)预置钎料的方式； 3)装配部件的间隙； 4)被焊材料的电特性和热膨胀系数；,6感应钎焊方法,（2）感应钎焊的接头的间隙

18、 通常在用银基钎料钎焊同类材料的工件时，接头间隙一般在0.038-0.051。 如果工件使用不同的加热速度或是不同的材料，将要钎焊的部件会以不同的速度膨胀，所以接头间隙设计要考虑到不同的膨胀影响，以保证在加热到钎焊温度时能有合适的接头间隙。 理想接头的钎焊性，允许钎焊接头厚度对总的钎焊接头的强度无影响。换句话说，无论是测量将要连接接头部件的连接强度、钎料强度，还是测量合金接触表面的强度，结果均应该是单独钎料的强度。,2炉中钎焊的基本特点 （1）炉中钎焊的分类 按炉中钎焊过程中焊件所处的气氛不同，可分为：空气炉中钎焊、保护气氛炉中钎焊（又可分为中性气氛与活性气氛2种）及真空炉中钎焊。,4.4 炉

19、中钎焊,炉中钎焊的概念 炉中钎焊是适合大批量生产的劳动效率较高的自动化钎焊方法。炉中钎焊所用的加热炉种类很多，有金属电阻丝加热炉，石墨加热炉，火焰加热炉。目前应用得最广的是电阻加热炉。将装配好钎料的焊件放入电炉中加热至钎焊温度完成钎焊。,图17真空钎焊炉,（2）炉中钎焊的工序 炉中钎焊有4道工序：清理工件、组装和夹持、钎焊和冷却。 1）清理工件 该工序通常限于去除机械加工时工件表面的油类。比较好的清理方法是碱洗、溶剂清洗和蒸汽去油。 2）组装和夹持 炉中钎焊的组件一般都设计成能用压配合、扩口、铆接或其它不需要夹具的方法进行组装。偶尔才需要使用夹具。,将清理过的零件组装起来，并在待钎焊接头内或附

20、近预置钎料和钎剂。然后，将组件放在托盘上（在间歇或辊底连续炉中钎焊时），或直接放在传送带上（在网带传送炉中钎焊时）送入钎焊炉中。,3）钎焊 将装配好的组件送进炉子的钎焊室，在适当的保护气氛中加热。当工件的温度达到高于钎料熔点的温度时，钎料熔化，在毛细作用下进入接头。 4）冷却 将组件移入炉子的冷却室，在保护气氛（通常与钎焊室的气氛相同）中冷却。直到组件冷却到足够低的温度（通常小于等于150），才将组件移出冷却室。,（3）炉中钎焊的优缺点 1）炉中钎焊的优点 与其它钎焊方法相比，炉中钎焊的主要优点是：作为钎焊材料的保护气氛很便宜，工厂能大量生产；这些气氛还能还原工件表面的薄氧化膜，还能在钎焊过程

21、中防止工件表面进一步氧化；无论用间歇式炉或连续炉，都能以较低的钎焊成本钎焊大批量的组件，且生产效率高；能精确的控制温度，并能使整个工件的温度均匀分布。 2）炉中钎焊的缺点 高温钎焊时工件容易产生晶粒粗化；与其它许多钎焊设备相比，加热设备和气氛发生器初次投资高。 （4）炉中钎焊的使用范围 通常可进行炉中钎焊的零件包括中小型压件、深拉延的薄板金属件、小型锻件和某些铸件。,空气炉中钎焊广泛用于批量钎焊已装配好的零件。 先预置好钎料，将粉状或糊状钎剂覆盖于接头上，然后放入炉中，加热至钎焊温度。依靠钎剂去除钎焊接头处的表面氧化膜，熔化的钎料流入钎缝间隙，冷凝后形成钎焊接头。 炉中钎焊加热均匀，焊件变形小

22、，所用的设备简单，成本较低。虽然炉中钎焊的加热速度较慢，但由于一炉可同时钎焊很多件，生产率仍很高。 它的缺点是：由于加热速度较慢，又是对焊件整体加热，因此钎焊过程中焊件会遭到严重氧化，钎料熔点高时就更为严重。因此，炉中钎焊的应用受到一定限制。,3空气炉中钎焊,采用炉中钎焊可钎焊碳钢、合金钢、铜及其合金、铝及其合金等。 为了缩短焊件在高温停留的时间，钎焊时可先把炉温升到稍高于钎焊温度，再放入焊件进行钎焊。 焊件加热均匀是保证炉中钎焊质量的重要环节。 对于体积较大且结构比较复杂、组合件各处的截面相差大的焊件钎焊时，应尽量保证炉内温度均匀。 焊件钎焊前先在低于钎焊温度下保温一段时间，力求整个焊件加热

23、温度的一致； 对于截面差异大的焊件，可在薄截面一侧与加热体之间放置隔热屏（金属块或板）。,保护气氛炉中钎焊的特点是：加有钎料的焊件是在保护气氛下的电炉中加热钎焊，它可有效地阻止空气的不利影响。 按使用气氛的不同，可分为活性气体 （如氢气、一氧化碳）和惰性气体 （如氩、氮、氦气等）炉中钎焊。 炉中钎焊使用的保护气氛主要用来保护焊件不氧化，并通过改善钢表面的润湿来促进钎料的流动。 ）活性气体 （即还原性气体：2和CO）通常能够改善钢组件表面的润湿性并保持光亮。当氢少、水分多时，需通过冷冻以降低气氛的露点，从而保证表面光亮。 2）惰性气体(中性气体） 氩气、工业氮均可使用。氩气保护性好，工业氮是惰性

24、的。它们不会引起金属氧化，但也不能去除氧化物。,4保护气氛炉中钎焊,1）真空钎焊是在真空条件下，不施加钎剂的一种钎焊方法。主要用于钎焊那些难钎焊的金属和合金，如铝合金、钛合金、高温合金、难熔金属及陶瓷等。 2）真空炉中钎焊的设备 钎焊设备主要由真空钎焊炉和真空系统两部分组成。真空钎焊炉大致有两种类型，热壁炉和冷壁炉。 3）真空钎焊工艺过程 在真空炉中进行钎焊操作时，将加有钎料的焊件装入炉膛关闭炉门。加热前预抽真空，先启动机械泵，再依靠罗茨泵与扩散泵的工作，将钎焊炉抽至要求的真空度，然后开始通电加热。在升温加热的全过程中真空机组应持续工作，以维持炉内的真空度。 加热保温结束后，焊件应继续在真空或

25、保护气氛中冷却至150以下以防氧化。,5.真空钎焊,真空钎焊特别适用母材金属与其他气氛会发生剧烈反应的场合，以及无法可以使用的钎剂和气体的场合。 对于许多同种或异种材料的无钎剂钎焊来讲，真空钎焊是经济的。真空钎焊特别适合于大的、连续的面积或复杂、密集的组件。因为在这些场合下不能将固态或液态的钎剂从界面完全去除。 真空广泛的使用在钎焊不锈钢、超耐热不锈钢、铝合金，高熔点材料等。此外真空钎焊也适合于钎焊陶瓷和活泼、难熔的金属如钛、锆、钶、钼、钽，这些金属的特点是即使很少量的空气气体，也能导致脆性，有时在钎焊温度下开裂。 还有的优点见p39,真空钎焊优点,由于在真空中挥发的金属蒸气将污染真空和抽真空

26、系统，因此真空炉中钎焊不宜使用含高蒸气压元素 （如锌、镉、锂、锰、镁、和磷等）较多的钎料 ，也不适于钎焊含这些元素多的合金。可以能通过合适的真空钎焊工艺、建立局部惰性气体压力来纠正，许多真空钎焊炉可以在局部惰性气体压力下操作。 真空钎焊对焊件的表面粗造度、装配质量、配合公差等比较敏感，对环境要求高。 由于在钎焊前预抽真空以及在冷却时需花费大量时间，在真空中的热量传递比较困难，故钎焊生产周期长。 真空钎焊设备比较复杂，要求较多的投资；对工作环境和工人技术水平也要求较,真空钎焊缺点,真空炉中钎焊实例：,图18 真空炉中钎焊,图19 1Cr18Ni9不锈钢焊件,焊接部位,图20 BNi5钎料,图21

27、 钎料注射器,图22 焊接夹具,焊接工艺： 真空度：10-2Pa； 加热温度：1080； 保温时间：5min； 随炉冷却。,4.5 烙铁钎焊,1.焊接通常以电烙铁（又称为电焊铁）做为加热的工具。 电烙铁是以电能转化为热能工作的。 （1）焊接点及参加焊接的导线头要清洁； （2）电烙铁的功率要恰当； 2.烙铁钎焊常见毛病 （1）假焊或虚焊； （2）钎焊时间太常或钎焊温度过高， 导致相关元件热损坏。,图23 电烙铁,3. 钎焊方法,4.6 电阻钎焊,电阻钎焊分：直接加热式与间接加热式钎焊。 直接加热式钎焊原理：电极压紧两个零件的钎焊处，电流通过钎焊面形成回路，靠通电中钎焊面产生的电阻热加热到钎焊温度实现钎