钎焊方法及工艺

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1、1、钎焊方法及工艺 IWE-3/1.22-23 1.1 钎焊 钎焊与熔化焊不同，它是采用液相线温度 比母材固相线温度低的金属材料作钎料， 将母材和钎料加热到钎料熔化，利用液态 钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材溶 解和扩散而实现连接母材的方法。 钎焊是一种用于材料连接或材料涂层的热 连接方法，在连接处是通过钎料的熔化或 接触而的扩散作用实现焊接，母材没有达 到熔化温度。 每种钎料应具有与母材相关的两个特性： 1)钎料的熔点应低于母材的熔点， 2)钎料在母材上必须浸润，也就是说，钎料 和母材之问的分界面间隙通过扩散实现合 金化。 工作温度是指在钎焊位置钎料浸润时的条 件下最低的表面温度。 450

2、 900 软钎焊 硬钎焊 高温钎焊 焊接与硬钎焊温度分布的比较： 1.2 钎焊基本原理 钎焊的生产过程 : 如钎焊前准备、零件装配和 固定、钎焊、钎焊后清理及质量检验等。 其中钎焊过程应包括熔态钎料的填充过程及钎 料与母材的相互作用。 (1)熔态钎料的填充过程： 能实现这一过程的 必要条件： 钎料的润湿和毛细作用 。 影响钎料润湿作用的 主要因素： 钎料和母材组成； 钎焊湿度： 母材表面氧化物；母材表面粗糙度； 钎剂。 (2)钎料与母材的相互作用。 这种作用可归为两种： 一种是固态母材向液态钎料的溶解； 另一种是液态钎料向母材的扩散。 这些相互作用对钎焊接头性能影响很大。 1.3钎焊方法分类

3、根据所使用的热源来命名及分类， 见表 1。 1.4典型钎焊方法介绍 图 2 常用钎焊方法 1.6钎焊接头设计 (1)设计原则 ： 首先考虑接头强度 其次还要考虑组合件的尺寸精度 零件的装配定位； 钎料的安置； 接头间隙等。 (2)接头设计时应注意的几点 搭接长度， 它是保证接头与母材具有相 等承载能力的关键。 搭接长度 L= 式中： b 母材的拉接强度 (MP a) 钎焊接头的拉剪强度 (MPa) 母材厚度 a 安全参数 ba 在生产实践中， 银基、铜基、镍基等强度较高的钎焊的接 头，搭接长度通常取为薄件厚度的 2 3倍； 锡铅等软钎料钎焊的接头，可取为薄件厚 度的 45倍，但不希望搭接长度大

4、于是 15mm。因为此时钎料很难填满间隙，往往 形成大量缺陷。 由于工件的形状不同，搭接接头的具体形 式各不相同。 图 3 平板钎焊接头形式 图 4 管件钎焊接头形式 图 5 T型和斜角钎焊接头 图 6 端面密封接头 图 7 管或棒与板的接头形式 图 8 线接触钎焊接头 接头与载荷关系问题 接头设计时应避免在载荷作用下接头处发 生应力集中，另外在受撕裂、冲击、振动 等载荷作用时也应特别注意接头设计的合 理性。 图 9列举了一些实例。 图 9 受动载或重载荷接头的合理设计或不合理设计（ 15） 开设工艺孔 工艺孔是指为满足工艺上的要求而在接头上 开的孔。钎焊时空气受热膨胀空气有可能阻 碍钎料的填

5、隙，也可能使已填满间隙的钎料 重新排列，见图 10。 图 l0 开设工艺孔示意图 接头间隙 间隙的大小在很大程度上影响钎焊接头强 度和钎缝的致密性。 由于钎焊是靠毛细力作用使钎料填满间隙 的。 间隙过小，钎料流入困难，在钎缝内形成 夹渣或未钎透，导致接头强度下降： 间隙过大，毛细作用减弱，钎料能填满间 隙，也会使接头的致密性变坏，强度下降。 (3)钎焊接头质量检验 钎焊接头缺陷 a、 填隙不良、部分间隙未被填满； b、 钎缝气孔 ； c、 钎缝夹渣； d、 钎缝开裂 ； e、 母材开裂； f、 钎料流失； g、 母材被溶蚀。 接头检验方法 a、 外观检查； b、 表面缺陷检查； c、 内部缺陷

6、检查：包括 X射线和， 射 线、超声波和致密性检验。 2、钎焊材料 2.1对钎焊材料的基本要求 a) 合适的熔化温度范围，一般比母材的熔化 温度低； b) 在钎焊温度下具有良好的润湿作用，能充 填充接头间隙； c) 与母材的物理、化学作用应保证它们之问 形成牢固的结合； d) 成份稳定尽可能减少钎焊温度下元素的损 耗：少含或不含稀有金属和贵重金属； e) 能满足钎焊接头物理、化学及力学性能等 要求。 2.2钎料的分类 （重点） 两大类： 软钎料 (易熔钎料，熔点低于 450 )； 硬钎料 (难熔钎料，熔点高于 450 ) 。 软钎料主要包括： 铋基、铟基、锡基、镉基、锌基和铅 基等钎料。 硬钎

7、料主要包括： 铝基、银基、铜基、锰基、镍基、金基、 钯基、镁基、钼基和钛基等钎料。 2.3 钎料型号 (牌号 )表示方法 (1)相关标准及规定 （ P8/12） 2.4典型钎料简介 (1)软钎料 (熔点低于 450*(2的钎料 ) 锡铅钎料 软钎料中应用最广的一种。 高锡铅合金含 Sn6 1.9时，即形成熔点为 183 的 共晶。 纯锡加入铅后强度提高，在共品成份附近时强度和 硬度最高，但导电率则随铅量增大而降低。 锡铅合金中有时加入锑，用以减轻钎料在液态时的 氧化程度，并提高接头的热稳定性。含锑一般控制 在 3以下，以免钎料发脆。若加入银可使晶粒细 化并提高耐腐蚀性。 锡铅钎料工作温度不能太

8、高，当温度高于 100时； 强度急剧下降，含锡高的锡铅料在低温下有冷脆性。 锡铅焊料已纳入国家 (GB3131-88)。 (2)硬钎料 硬钎料由于强度高，可用于钎焊受力构件， 应用愈来愈广， 钎焊钢和铜用的银基钎料和铜基钎料， 钎焊铝用的铝基钎料等 高温场合镍基钎料愈来愈受到人们的重视。 铜基钎料 铜基钎料由于其经济性好，在钢、合金钢、 铜和铜合金的钎焊方面获得了广泛的应用。 标准 GB64l8-93中将铜基钎粉分为铜，铜锌 和铜磷钎料。 银基钎料 银基钎料是应用最广泛的一类硬钎料，由于 熔化温度不很高，能润湿很多金属，并且有 良好的强度、延性、导热性、导电性和抗腐 蚀性。广泛应用于钎焊低碳钢

9、、结构钢、不 锈钢、铜及铜合金、可伐合金、难熔金属等。 (3)钎剂 钎剂的主要用途：去除母材和液态钎料表 而上的氧化物，保护母材和钎料在加热过 程中不致进一步氧化以及改善钎料对母材 表面的润湿能力。 钎剂应具备以下条件： 具有足够的去除母材及钎料表面氧化物 的能力； 熔化温度及最低活性温度略低于钎料的 熔化温度； 在钎焊温度下具备足够的润湿能力。 有关钎剂方面已纳入国家标准的有： GB/T15829.1-1995软钎焊用钎剂分类； 标记与包装 GB/T15829.2-1995软钎焊用钎剂 树脂类钎剂 GB/T15829.3-1995软钎焊用钎剂 有机物类钎剂 GB/T15829.4-1995软

10、钎焊川钎剂 无机物类钎剂 JB/T6045 -1992硬钎焊用钎剂 3、各种材料的钎焊 (1)材料的钎焊性 是指材料对钎焊加工的适应性，即材料在一定 的钎焊条件下获得优质接头的难易程度。 1）钎焊性的好坏首先与材料表面形成的氧化 物成分及其去除的难易程度有关。 例如铜和铁表面氧化物的稳定性低容易去除， 故钎焊性好；铬的氧化物稳定性高，不易去除， 含铬的金属必须采用活性大的钎剂或纯度高的 还原性气体才能将其除去。铝的氧化物更难去 除，相对来说，铝的钎焊性就差。 2）钎焊性的好坏还表现在钎焊加热温度对工 件材料组织及性能的影响上。 例如，硬铝 LYl2的固相线温度相当低，目 前还没有合适的钎料使其

11、在硬钎焊时不发生过 烧，故钎焊性差。 3）钎焊性的又一重要标志是钎料对它的润湿 作用。 多数钎料对铜、钢的润湿作用都比较好，对钼、 钨的差。前者钎焊性好，后者钎焊性差。 4）钎焊性好坏又与工件材料同钎料作用后的 产物性能有关。 钛和钛合金同大多数钎料作用会在界面区形成 脆性化合物相，故钛的钎焊性差。 又如，低碳钢在炉中钎焊时对保护气氛的 纯度要求较低，而含铝、钛等元素的高温 合金只有在真空钎焊时才能获得良好的钎 焊接头。 总之，钎焊性不但取决于材料本身，而且 与钎料、钎剂和钎焊方法有关，故必须根 据具体情况进行评定。 (2)钎料的选择原则 使用要求； 钎料与母材的互匹配； 经济角度等方面进行全

12、面考虑。 表 4给出了各种材料组合适用的钎料。 钎料的选择具体从以下几个方面考虑： 从使用要求出发，对钎焊接头强度要求不 高和工作温度不高的可用软钎焊， 对要求导电性好的电气零件，应选用含锡量 高的锡铅钎料或含银量高的银基钎料： 选择钎料时，应考虑钎料与母材的相互作 用。 选择钎料时还应考虑钎焊加热温度的影响。 钎焊加热方法对钎料选择也有一定的影响。 从经济观点出发， 4、钎焊的质量控制 与熔化焊的质量控制一样，钎焊的质量控制越来越 被各个国家所重视，在欧洲已经颁布了许多相关的 标准和规程，包括钎焊接头的检验，钎焊的工艺评 定，钎焊操作人员的培训及考试认证等方面，本节 仅将相关标准及规程列举如

13、下。 Enl3133(2000) 硬钎焊硬钎焊工的考试 ENl3134(2000) 硬钎焊硬钎焊工艺评定 ENl2797(2000) 硬钎焊焊钎焊接头的破坏性检验 ENl2799(2000) 硬钎焊硬钎焊接头的非破坏性检验 prENl 8279(2003) 硬钎焊接头中的不规则性 (缺陷 )评定 DVS Richtlinie-1183(2002) 金属材料钎焊培训课程 1、塑料的类型 塑料是一种以高分子量合成树脂为主要成份的人工 合成材料 (合成树脂是高分子化合物，也称聚合 物。 ) 生产塑料的原料含有碳，如石油、天然气、木材、 煤、乙烷等，则它属有机化学范畴。在这些物质中 存在不饱合键，如单

14、个分子、单体的乙烯、氯乙烯 等。这些单分子、单体的物质可以通过化学反应形 成多分子 (也称大分子 )多体物质，如聚乙烯 (PE)、 聚氯乙烯 (PVC)。由单分子结构的物质 (大多为气态 或液态 )转变成多分子结构的物质这一过程称为聚 合作用。 塑料的结构 是由链状分子构成，或称纤维 状分子。与棉花的网状纤维相类似，是无 序卷绕状。根据分子链的构造，塑料可分 热塑性塑料、弹性塑料 (合成橡胶 )和热固性 塑料 (图 1)。 在实际中，人们使用的塑料不是纯塑料，而是添加 了些辅助材料，如稳定剂、强化剂和着色剂等。由 此获得特殊性能和降低成本。 (1) 热塑性塑料 通过链分子的“卷绕作用，即分子运

15、动的阻碍 作用，塑料在受热时，不象水那样只处于一种固定 的液态形式，而是处于不同状态的变化之中，即： 硬一弹塑料一热塑性，达到热塑性状态，就可焊接。 在一定温度下，热塑性塑料可以达到热塑性状态乃 至熔融流动，冷却后，又变成一定的形状。热塑性 塑料加工成型方便，在固体状态也有一定的可塑性， 能象金属一样进行冷加工。由于热塑性塑料具有这 些性能，故适宜于进行二次或多次加工，也可以进 行焊接 由于分子结构不同，其材料的强度性能也 不同。 图 2 热塑性塑料的构造 热塑性塑料温度升高时开始变软，温度降低 时恢复原有状态，等温度达到热塑性温度后， 则可以进行焊接。这就是说，纤维状分子在 力的作用下产生运

16、动，使材料发生形变成为 可能。冷却后，热塑性塑料就凝固成新的形 状。然而，如果对他重新进行加热，则具有 重新恢复原来形状的趋势 (恢复能力 )。 溶解物质的作用也可以使接头表而达到热塑 性状态，从而使焊接成为可能。 (2)弹性塑料 该类塑料由于内部结构的原因 (粗网目交联链 状分子结构 )，而不能熔化，不能达到热塑性 状态，故不具备可焊性。 (3)热固性塑料 这类塑料由于内部结构的原因 (细网目交 联链状分子结构 )在受热时不会变软，一直 处于硬状态，直到破坏，因此不具备可焊 性。从另一角度看，能够进行焊接的塑料， 其材料熔化指数 MFI应在某一范围。 德国标准 DIN53735对此做了规定。

17、在 DIN 16776中给出了 MFI的分类组别。德国焊接 学会规程 2201TI给出了 HDPE熔化指数在 005 010时可以焊接，每一种塑料都相对 应一熔化指数 (表 1)。 热塑性塑料在热塑性状态和压力的作用下就 可实现焊接。 是机械连接 (二个焊件纤维状分子互相非规则 的卷绕 )。 通常仅相同类型的塑料可以焊接。 热塑性塑料的焊接原理是： (1)焊接面处于热塑性状态 (加热 )； (2)在一固定外压力的作用下实现焊接 (焊接压 力 )； (3)保持，冷却直至接头凝固结束焊接 (冷却 )。 2、热塑性塑料的焊接原理 3、热塑性塑料焊接方法的分类 (表 2) 德国标准 DIN 191第

18、3部分 塑料焊接方法 表 2塑料焊接方法分类 3、热塑性塑料焊接方法的分类 (表 2) 德国标准 DIN 191第 3部分 塑料焊接方法 4、塑料焊接设备 见德国焊接学会规程 DVS2207T3。 4.1热风焊设备 1)手工热风焊接设备 所谓热风焊就是将热风作为热源 (见图 3)。 2)机械热风焊接设备 机械热风焊接设备用热风作为热源，也称 挤压式焊接设备。 (图 4) 4.2加热元件焊接设备 1)加热板式焊接设备 德国焊接学会规程 DVS2207T1 m管、板加热元 件焊接 规定了加热板式焊接方法。 加热板为焊接热源。加热板焊机主要由恒温电加 热板 (温度最高可达 270 )、双面电动平整切

19、削刀、 对中固定支架、压力装置等部分组成。 、 2)承插式焊接设备 承插式焊接设备以加热凸凹套模为加热元件提供 焊接热源用于管道焊接 (图 5)。 3)热丝套筒式焊接设备 热丝套筒式焊接设备的铜线圈通电后产生焦耳效 应，使电热丝发热为热源。该设备主要由电源控 制箱、热丝套筒和固定支架等组成，用于管道焊 接 (图 6)。 4.3超声波焊接设备 超声波焊接设备的主要组成部分： 超声波发生器； 声波传递压头； 振动声波极和转换器 底座； 压力机； 控制装置 德国标准 DINl 320/4规定了听觉可辨认的噪音为 16HZ 16KHZ。工业中应用的超声波焊接设备的 频率通常是在 20 40KHZ之间，

20、超出听觉范围， 可以不采取防护措施。 4.4高频焊接设备 高频塑料焊机由高频发生器，带有滤波器 的高频电路、匹配器、工作装置、控制装 置和电极组成 (图 8)。 作用 : 将网路低频电能转变成高频电能，塑 料焊接经常采用的工作频率为 27.12MHZ， 并且其偏差为土 0.6，这是国际上认可的 工业频率，其功率一般为 0.6 150kW。 PS， PP， PE不适用高频焊接；硬 PVC,软 PVC,ABS,PA适用高频焊接。 6、焊接工艺 6.1热风焊 6.1.1手工热风摆动焊 (WF)德国焊接学会规程 DVS2207T3对此做了规定 所谓热风焊就是将热风作为热源。焊接材料根据需 要可以是焊条

21、 (硬 )，也可以是带状的 (软 )。焊接时 将焊条往坡口里压，随着热风的加热使焊件坡口侧 和焊条都处于热塑性状态，在外加压力的作用下实 现焊接。通常软、硬 PVC， PE均采用此法焊接， 焊接速度在 250mm min左右。 1)手工热风摆动焊 (图 9) 2)坡口形式 (图 1 0) 热风焊主要用来焊接板材。 3)操作要领 (图 11) 6.2加热元件焊 德国焊接学会规程 DV$2207T1对此做了规 定 6.2.1加热板式焊接 (HS)(图 16) 6.2.2承插式焊接 (图 l 7) 6.2.3热丝套筒式焊接 (图 18) 6.3塑料超声波焊 6.4高频焊（ HF） （见德国焊接学会规程 DVS2219） 7、塑料焊工的培训与考试 为什么要进行焊工培训与考试 这了保证焊接质量，受压塑料管 (如气、水管 )的焊 接和敷设仅允许按德国气、水协会 (DVGW)的规程 GW330来施工，而且只允许通过了考试的焊工上岗， 另外还必须有工程监理。 焊接还必须按德国焊接学会注意事项 DVS220第一 部分实施并制定出合适的焊接工艺要点。 前所述，用于气和水的塑料压力管的焊接，只允许 使用为其专门设计的焊接设备， 即手动加热元件 对焊机，而热风焊是不允许的。 塑料焊工的培训和考试要按照 DVS2212第一部分进 行，在德国可在 Aachen或 Dortmund两城市进行。