1.焊接分类
熔化焊:焊接过程中母材和填充金属都熔化,二者是化学结合。如:手工电弧焊,CO2,TIG,MIG,埋弧,MAG,等离子,激光,电子束。
压力焊:焊接时不用焊料,被连接金属间是化学或物理结合。焊缝窄,影响区域小。电阻(点、缝)闪光,摩擦,冷压。
钎焊:钎料温度低于母材温度,焊接时钎料熔化母材不熔化,二者之间是物理结合。习惯以焊接温度450度划分为硬钎焊和软钎焊。硬钎焊主要有:火焰钎焊、感应钎焊,炉中钎焊,电阻钎焊等。
2.钎焊特点
钎焊属于固相连接,它与熔化焊方法不同之处在于:钎焊时母材不熔化,采用比母材熔化温度低的钎料,加热温度采取低于母材固相线而高于钎料液相线(50-100°C)的一种连接方法。当钎料加热到熔化温度,利用液态钎料在母材表面或者间隙中的润湿作用,毛细流动,与母材相互作用(溶解、扩散或者产生金属间化合物)而实现零部件间的连接。
同熔化焊和压力焊方法相比,钎焊具有以下优点:
2.1 钎焊加热温度较低,对母材组织和性能影响较小;
2.2 钎焊接头平整光滑,外形美观;
2.3 焊件变形较小,尤其是采用均匀加热(如炉中钎焊)的钎焊方法,焊件的变形可减小到最低程度,容易保证焊件的尺寸精度;
2.4 某些钎焊方法一次可焊成几十条或成百条钎缝,生产率高;
2.5 可以实现异种金属或合金、金属与非金属的连接;
但是,钎焊也有他本身的缺点,由于母材与钎料成分得不同,难免会引起接头的电化学腐蚀。在钎焊大多数材料时,钎焊接头强度与母材不能达到同等强度。
3.被焊材料
金属:铜及铜合金,铝合金,钛合金,铁与钢,高温合金,硬质合金等。
非金属(陶瓷,金刚石,石墨)
4.钎料与钎剂
4.1 钎料主要有以下几种:
Cu基,CuP,Ag基,Al基,Ni基,Sn基,Ti基
| 钎料 | 应用范围 | |
| 硬 钎 料 | Cu基钎料 | 纯铜钎料可用来钎焊碳钢,不锈钢,硬质合金。黄铜钎料(H62),可用来钎焊受力大、需要接头塑性铜、钢制零件。为防止Zn的挥发,可在H62中加入少量Si;加入少量的Sn可提高钎料的铺展性。 |
| CuP钎料 | 是一种应用广泛的空气自钎剂钎料。常用于铜及铜合金的钎焊,不需要额外使用钎剂。但是不能用于钎焊钢、镍基合金、和铜镍合金。 | |
| Ag基钎料 | 银基钎料能润湿很多金属,并具有良好的强度、塑性等综合性能。钎焊温度低,被广泛应用于钎焊铜及铜合金、低碳钢、结构钢、不锈钢、硬质合金等。 | |
| Al基钎料 | 主要用于钎焊铝及铝合金。铝基钎料主要以铝和其他金属的共晶为基础,常用的有BAlSi12。 | |
| Ni基钎料 | 用于钎焊不锈钢、高温合金的零件。镍基钎料以镍为主体,添加B、Si、P等能降低其熔点的金属元素。主要以粉状、膏状、非晶态。 | |
| 软 钎 料 | Sn基钎料 | 软钎料中应用最广泛的是锡铅钎料,当WSn=61.9%时,形成熔点为1830C的共晶。锡铅钎料的工作温度不超过1000C,在低温下有冷脆性。 |
| Pb基钎料 | 一般用于钎焊铜及铜合金,可以在1500C以下工作温度使用。钎焊接头在潮湿环境下耐蚀性较差。 | |
钎剂的作用:去除氧化膜、增加钎料的流动性、防止钎料在加热时氧化。主要由硼砂、硼酸氟化物,氯化物等组成。
5.钎焊方法
| 常用钎焊方法 | 优 点 | 缺 点 |
| 烙铁 | 操作便利,广泛用于电子行业中。 | 只适用于软钎料、钎焊薄小件。 |
| 火焰 | 通用性强,工艺过程较简单。可用于Al基钎料钎焊铝合金或Cu、Ag基钎料钎焊碳钢、铜合金小型焊件。 | 加热温度难以控制、局部加热产生应力。 |
| 电阻 | 加热迅速,易于实现自动化;加热集中,对周围母材影响小。 | 对钎焊接头的形状和尺寸要求严格,因此应用受到局限。 |
| 感应 | 热效率高,广泛用于钢、高温合金等具有对称形状的焊件。 | 难以准确控制钎焊温度,对壁厚不均或非对称的焊件,加热不易均匀。 |
| 浸沾 | 加热迅速均匀、钎焊温度易于控制。生产效率高,分为盐浴钎焊和熔化钎料的浸沾钎焊。 | 生产成本高,不适于钎焊有深孔、盲孔和封闭型的焊件。 |
| 炉焊 | 加热均匀,焊件不易变形,生产效率高。 | 保护性气氛炉和真空钎焊炉。钎焊设备成本高,且真空钎焊不能使用含P\\Cd\\Zn\\Mg\\Li 等蒸气压高的元素的焊料。 |
6.1 焊前处理:
零件表面脱脂:有机溶剂清洗、碱液清洗、超声波清洗。
清除表面氧化物:机械清除、酸洗。
预镀覆:母材上镀覆。
6.2 焊后处理:
钎焊后热处理:改善接头组织进行扩散热处理、消除钎焊热应力低温退火热处理。
| 钎焊中使用的钎剂种类 | 清除办法 |
| 有机软钎剂 | 汽油、酒精等 |
| ZnCl2 NH4Cl | 10%NaOH清洗,后用热水和冷水洗净 |
| 硼砂和硼酸钎剂 | 机械擦拭或沸水中长时间浸煮 |
| 氟化钙 | 机械划擦或沸水中长时间浸煮 |
| 铝用氯化物硬钎剂 | 先在50-600C的水中仔细清洗,后在60-800C的2%铬酐溶液中作表面钝化处理。 |
材料的钎焊性是指材料在一定的钎焊条件下获得优质接头的难易程度。对某种材料而言,若采用的钎焊工艺越简单,钎焊接头的质量越好,则该种材料的钎焊性越好;反之,如果采用复杂的钎焊工艺也难获得优质接头,那么该种材料的钎焊性就差。
影响材料钎焊性的首要因素是材料本身的性质。例如 Cu和 Fe的表面氧化物疏松而容易去除,因而 Cu和 Fe的钎焊性好;Al的表面氧化物非常致密稳定而难以去除,因而铝的钎焊性差。
材料的钎焊性可从工艺因素(包括采用何种钎料、钎剂和钎焊方法)来考察。例如大多数钎料对Cu和Fe的润湿作用都比较好,而对 W和 Mo的润湿作用差,故 Cu和 Fe的钎焊性好,而W和Mo的钎焊性差;又如 Ti及其合金同大多数钎料作用后会在界面区形成脆性化合物,故Ti的钎焊性差;再如低碳钢在炉中钎焊时对保护气氛的要求较低,而含AI、Ti的高温合金只有在真空钎焊时才能获得良好的接头,故低碳钢的钎焊性好,而高温合金的钎焊性差。 总而言之,材料的钎焊性不但决定于材料本身,而且与钎料、钎剂和钎焊方法有关,因此必须根据具体情况进行综合评定。
不同材料适用的钎焊方式
| 焊接方法 材料 | 硬钎焊 | 软钎焊 | ||||||
| 火焰 钎焊 | 炉中 钎焊 | 感应加热钎焊 | 电阻加热钎焊 | 浸渍钎焊 | 红外线钎 焊 | 扩散钎焊 | ||
| 碳钢 | △ | △ | △ | △ | △ | △ | △ | △ |
| 低合金钢 | △ | △ | △ | △ | △ | △ | △ | △ |
| 不 锈 钢 | △ | △ | △ | △ | △ | △ | △ | △ |
| 铸 铁 | △ | △ | △ | △ | △ | |||
| 镍和合金 | △ | △ | △ | △ | △ | △ | △ | △ |
| 铝和合金 | △ | △ | △ | △ | △ | △ | △ | △ |
| 钛和合金 | △ | △ | △ | △ | ||||
| 铜和合金 | △ | △ | △ | △ | △ | △ | ||
| 镁和合金 | △ | △ | △ | |||||
| 难熔合金 | △ | △ | △ | △ | △ | △ | ||