第六章釬焊連接原理

1、焊接成型原理,長春工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院課件制作：徐世偉指導(dǎo)教師：劉耀東,,,,,第六章 釬焊連接原理,釬焊連接的基本特征,液態(tài)釬料與固態(tài)母材的潤濕、鋪展及填縫,金屬表面氧化膜的去除機(jī)制及釬劑的作用,液體釬料與固體母材的相互作用,6.1,6.2,6.3,6.4,,,,釬縫的金相組織,釬料、釬劑及其選用,釬焊方法與工藝及接頭質(zhì)量控制,6.5,6.6,6.7,§6.1 釬焊連接的原理及基本特征,6.1.1 釬焊（Br

2、aze Welding） 利用熔點(diǎn)比母材（被釬焊材料）熔點(diǎn)低的填充金屬（稱為釬料或焊料），在低于母材熔點(diǎn)、高于釬料熔點(diǎn)的溫度下，利用液態(tài)釬料在母材表面潤濕、鋪展和在母材間隙中填縫，與母材相互溶解與擴(kuò)散，而實(shí)現(xiàn)零件間的連接的焊接方法。 釬焊是一種古老的焊接方法。,6.1.2釬焊原理,6.1.2釬焊原理 釬焊是利用液態(tài)釬料在母材表面潤濕、鋪展與母材相互溶解和擴(kuò)散以及在母材間隙中潤濕、毛細(xì)流動(dòng)、填縫與母材相互溶解和擴(kuò)

3、散而實(shí)現(xiàn)零件間的連接的。,6.1.3 釬焊的分類 工程中通常將釬焊按溫度分為兩類： （1）硬釬焊 液相溫度在4500C以上的釬焊材料用于釬焊時(shí)稱為硬釬焊； （2）軟釬焊 4500C以下的釬焊材料用于釬焊時(shí)稱為軟釬焊。 某些國家將釬焊溫度超過900℃而又不使用釬劑的釬焊方法（如真空釬焊、氣體保護(hù)釬焊）稱作高溫釬焊。,6.1.4 釬焊的特點(diǎn) （1）釬焊的溫度是比較低的（一般遠(yuǎn)低于母材的熔點(diǎn)）； （2

4、）與熔焊相比，釬焊時(shí)只有釬料熔化而母材保持固態(tài)； （3）對(duì)母材的物理化學(xué)性能沒有明顯的不利影響； （4）可對(duì)釬件整體均勻加熱，引起的應(yīng)力和變形小，容易保證焊件的尺寸精度； （5）由于存在焊件整體加熱的可能性，這對(duì)微型機(jī)密、形狀復(fù)雜、開敞性差的焊件結(jié)構(gòu)特別適宜，甚至可以一次性完成多縫多零件的連接；,（6）釬焊可以容易解決不少異種金屬、金屬于非金屬材料的連接，如鋁-不銹鋼、鈦-不銹鋼、金屬-陶瓷、金屬-復(fù)合材料等連接；

5、 （7）鑒于釬焊對(duì)熱源要求較低，工藝過程較為簡單，故極易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，保證了焊件有更高的可靠性； （8）釬焊設(shè)備簡單，生產(chǎn)投資費(fèi)用少； 為此，釬焊工藝技術(shù)在材料連接的工程實(shí)際中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。,但是，釬焊也有它本身的缺點(diǎn)： 釬焊接頭強(qiáng)度比較低、耐熱能力比較差，由于母材與釬料成分相差較大而引起的電化學(xué)腐蝕致使耐蝕力較差及對(duì)裝配要求比較高等。,,Contents,§6.2 液

6、態(tài)釬料與固態(tài)母材的潤濕、鋪展及填縫,6.2.1 液態(tài)金屬的填隙原理液體金屬能填充接頭間隙，必須具備一定的條件，此條件就是潤濕作用和毛細(xì)作用。（1）潤濕作用（液態(tài)釬料的潤濕性） 潤濕——液態(tài)物體與固態(tài)物體接觸后相互沾附的現(xiàn) 象。 可分為浸漬潤濕、附著潤濕和鋪展?jié)櫇瘛?當(dāng)液體處于自由狀態(tài)，其將力圖保持球形！當(dāng)液體與固體接觸，如果內(nèi)聚力＞附著力，液體就不能沾附在固體表面——不潤濕！,當(dāng)液體的附著力大于其內(nèi)聚力時(shí)，液體就能

7、粘附在固體表面——發(fā)生潤濕作用。,衡量液體對(duì)母材潤濕能力的大小，可用液相與固相接觸時(shí)的接觸夾角θ的大小來表示。,當(dāng)cosθ為正值時(shí)，即0°＜θ＜90°，這時(shí)液體能潤濕固體； 當(dāng)cosθ為負(fù)值時(shí)，即90°＜θ＜180°，這時(shí)可認(rèn)為液體不能潤濕固體。 θ=0表示液體完全潤濕固體；θ=180°表示完全不潤濕。 釬焊時(shí)，釬料的潤濕角應(yīng)小于20°。,上述液體與固體相互潤濕

8、的前提是他們之間無化學(xué)反 應(yīng)發(fā)生。液體釬料對(duì)固態(tài)金屬的潤濕程度可由潤濕角θ 、鋪展面積S及潤濕系數(shù)W來表示：W=Scosθ。,（2）毛細(xì)作用（釬料的毛細(xì)填隙） 液體在兩平行板間隙中，其液面高度會(huì)相對(duì)于板外液面自動(dòng)上升或下降的現(xiàn)象。,θ——潤濕角 h ——液面上升的高度,當(dāng)θ＜90°、 h＞0，液體沿間隙上升——潤濕（酒精溫度計(jì)）。當(dāng)θ＞90°、 h＜0，液體沿間隙下降——不潤濕（水銀溫度計(jì)）。

9、 釬焊時(shí)，只有在液態(tài)釬料能充分潤濕母材的條件下（液面“上升”），釬料才能填滿釬縫。,液體沿間隙“上升”的高度ｈ與間隙大小2r成反比——釬焊 接頭設(shè)計(jì)、裝配時(shí)應(yīng)使間隙??！　　 液體沿間隙“上升”的速度與ｈ成反比——應(yīng)保證足夠的 釬焊溫度和保溫時(shí)間。,在實(shí)際生產(chǎn)中，絕大部分釬焊過程是毛細(xì)釬焊過程，即釬焊時(shí)液態(tài)釬料不是單純地沿固態(tài)母材表面鋪展，而是流入并填充接頭間隙。間隙通常很小，類似毛細(xì)管。釬料就是依靠毛細(xì)作用而在間隙內(nèi)流動(dòng)的

10、?！　?以上結(jié)果也是指在液體與固體沒有互相作用條件下得到的。,6.2.2 影響釬料潤濕作用的因素：（1）釬料和母材成分——如二者在液態(tài)和固態(tài)下均 無物理化學(xué)作用，則潤濕作用差。如液態(tài)釬料與母材相互溶解或形成化合物，則潤濕較好。 可通過第三者的作用來改善潤濕作用。（2）釬焊溫度——利于潤濕。太高，易使釬料流散、溶蝕或晶粒粗大。（3）表面氧化物——妨礙潤濕。（4）母材表面狀態(tài)——粗些好。（5）釬劑——適當(dāng)?shù)拟F劑有良好

11、作用。,在實(shí)際填縫過程中，液態(tài)釬料與固態(tài)金屬母材間存在著溶解、擴(kuò)散作用，致使液態(tài)釬料的成分、密度、粘度和熔點(diǎn)都發(fā)生變化。 液態(tài)釬料填縫速度是不均勻的，釬料填縫前沿不整齊、流動(dòng)路線紊亂將會(huì)直接影響釬焊接頭質(zhì)量，形成釬縫不致密，產(chǎn)生夾氣、夾渣等缺陷。這些變化都將影響釬料的潤濕和填縫作用。,6.2.3 影響釬料毛細(xì)填縫的因素: 釬料和母材成分、釬焊溫度、母材表面氧化物、母材表面粗糙度、釬劑、間隙、釬料與母材

12、的相互作用。,,Contents,§6.3 金屬表面氧化膜的去除機(jī)制及釬劑的作用,6.3.1 金屬表面氧化膜的去除機(jī)制 在有氧化膜的金屬表面上，液態(tài)釬料難與金屬發(fā)生潤濕。因此，分析金屬表面氧化膜的形成并予以去除是釬焊必不可少的工藝過程。（1）對(duì)于純金屬而言 該金屬與周圍氣氛所產(chǎn)的結(jié)合產(chǎn)物（膜）的穩(wěn)定性取決于膜的結(jié)構(gòu)和存在條件。例如親氧的金屬鋁、鈹、鎂等，它們的表面膜主要是氧化物。 另一些金屬如銅、鐵等

13、他們除與氧結(jié)合外還與CO2有相當(dāng)?shù)挠H和力，表面層中常發(fā)現(xiàn)有堿式碳酸鹽存在。 兩性金屬如錫。鋅等表面通常存在Sn(OH)2或Zn(OH)2等。,表面膜的結(jié)構(gòu)決定了膜的致密程度，通常，結(jié)晶度低或者無定形結(jié)構(gòu)的表面摸具有較大的致密度，例如鋁表面的γ-Al2O3，鐵表面的Fe3O4都具有低的結(jié)晶度和高的致密度，他們能夠保護(hù)金屬被進(jìn)一步氧化。 在一定條件下加熱促進(jìn)表面膜增厚。清潔表面的金屬與周圍氣氛反應(yīng)很快，因此，表面膜去

14、除后的新表面膜又會(huì)立即生成，例如鋁、鎂和鈦等。,（2）對(duì)于合金而言 由于合金中有利于降低表面能的組元以及親表面氣氛的組元即使在固體態(tài)下，也不停向表面擴(kuò)散，則會(huì)形成復(fù)雜的表面膜。 由于這些擴(kuò)散，是的合金的某些組元和表面膜形成縱深的結(jié)合，合金表面膜與基底金屬的結(jié)合往往要牢固得多。由于合金成分是多元的，表面膜也可能還是多元的，他們表面的氧化膜也可能是由幾種氧化物組成，這些都將增加了去除難度。,（3）表面膜的

15、去除 通常采用機(jī)械方法（圖銼、磨、噴丸）、物理方法（如超聲波清洗）以及化學(xué)侵蝕。然而，在釬焊加熱的條件下，新的表面氧化膜又形成。因此，十分有必要采取措施清除表面氧化膜且防止他們進(jìn)一步被氧化。 目前釬焊技術(shù)中普遍采用釬劑來去除膜，在有的場合，則采用氣體介質(zhì)來去膜。 研究表明，在釬劑的作用下金屬表面膜的清除有溶解、反應(yīng)、剝落、松動(dòng)或被流動(dòng)的釬料推開等多種過程。,（4）釬劑去除表面膜

16、的機(jī)制 在較高溫度下釬焊銅合金或鐵合金時(shí)，選用釬劑的主要成分是B2O3，又稱硼酸酐。熔融態(tài)的硼酸酐對(duì)過渡金屬的氧化物有很大的溶解度。例如在釬焊銅及其合金時(shí)，表面膜與硼酸配或硼砂產(chǎn)生下列反應(yīng)：,并溶于過量的硼酸配之中。這是個(gè)典型的以溶解作用去除氧化膜的機(jī)制。黃銅表面膜中的ZnO,鐵合金表面的Fe2O3均以類似的方式生成Zn(BO2)2和2Fe2O3·3 B2O3并溶于過量的B2O3而除去。,CuO + 2H

17、2BO3 = Cu(BO2)2 + 3H2O CuO + B2O3 = Cu(BO2)2 CuO + Na2B4O7 = Cu(BO2)2 +Na2B2O4,多數(shù)合金表面膜的清除不是一個(gè)簡單溶解機(jī)制，在一些含鉻、鈦、鎢、鉬的合金鋼或耐熱鋼釬焊時(shí)，盡管在B2O3中加人增強(qiáng)釬劑活性的氟化物也不足以清除 表面膜。如在釬焊高鉻合金時(shí)，只有需通過在釬劑中加人Al-Cu-Mg合金以進(jìn)一

18、步增強(qiáng)活性，使在高溫850~1150℃下借取代反應(yīng)，將鉻氧化膜破除：,鋁及鋁合金表面膜在氯化物為主的釬劑中去除基本上是一個(gè)松動(dòng)、破碎，為流布的釬料所推開的過程。高溫下γ-Al2O3在氟化物熔鹽中雖有一定的溶解度，,Cr2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Cr Cr2O3 + 3Mg = 3Mg O + 2Cr,但在氧化物為主的鋁釬劑中氟化物含量很低，因此鋁氧化膜在氧化物釬劑中的溶解作用決非主要的。

19、這類釬劑的去膜作用是促使氧化膜從鋁表面機(jī)械地脫落下來，破碎成細(xì)片，作為懸浮物進(jìn)人熔化的釬劑中，最后與釬劑殘?jiān)黄鸨怀ァ?也有觀點(diǎn)認(rèn)為，是利用釬劑對(duì)鋁的電化學(xué)腐蝕來剝脫附著在鋁上的氧化膜。但在熔融的全氟化物釬劑（K3AlF5-KAlF4）中，一項(xiàng)研究表明鋁氧化膜是主要被溶解去掉的。 釬焊過程在釬劑的作用下一旦開始往往在幾秒至幾十秒鐘內(nèi)便完成，實(shí)際釬焊中釬劑去膜作用寧可認(rèn)為是一綜合的過程。,對(duì)于一些不用釬劑而在空氣進(jìn)行

20、釬焊，往往借釬料中的揮發(fā)組元在加熱時(shí)與表面膜反應(yīng)將其還原破壞或趁母材表面膜的破隙滲人膜下，再由它和母材的互溶與潤濕以及釬料的流動(dòng)來推開氧化膜。例如，用Cu一P釬料釬焊銅，鋅基釬料釬焊鋁合金等等。 在真空條件下的釬焊，其金屬表面膜的破壞對(duì)不同的金屬合金其機(jī)制是不同的。有些金屬氧化膜在真空下加熱到一定溫度可能揮發(fā)除去，如CrO3和Fe2O3鋼的氧化物在溫度高于1000℃、1.33MPa時(shí)會(huì)揮發(fā)而去除;但在真空下，鈦的氧化膜在溫度高于70

21、0℃時(shí)強(qiáng)烈地溶入鈦中，這又是氧化膜溶解去除的一個(gè)典型例子。,在另一些情況是金屬表面膜在真空中加熱時(shí)發(fā)生破裂,熔態(tài)釬料由裂縫滲入而潤濕母材,這也是一種去膜的方式;真空釬焊不銹鋼時(shí),超過900℃其本身所含的碳即足以使氧化膜被還原而破壞;而真空釬焊鋁時(shí)則是微量Mg的蒸氣直接對(duì)鋁氧化膜的還原置換,并滲人膜下母材表層達(dá)到破壞表面氧化膜與母材的結(jié)合。 由上可見，無論哪一種釬焊方法和對(duì)象，其表面膜的脫除機(jī)制都不是完全相同的，有些去

22、膜機(jī)制尚在深人研究之中，不可能用一個(gè)統(tǒng)一的模式來理解去膜過程。,應(yīng)該看到，釬焊實(shí)際上是一個(gè)：破膜一潤濕一鋪展一擴(kuò)散一凝固的過程，這個(gè)過程是相當(dāng)復(fù)雜交錯(cuò)的，并不一定能明確地劃分出各個(gè)階段來。尤其不應(yīng)將“去膜”看成是一個(gè)獨(dú)立的階段，或產(chǎn)生“只有母材表面膜先去光了才會(huì)開始下一個(gè)過程”的觀點(diǎn)。,,Contents,§6.4 液體釬料與固體母材的相互作用,釬焊時(shí)，熔化的釬料在毛細(xì)填縫過程中往往還會(huì)與母材發(fā)生相互物理化學(xué)作用。這些作用可以

23、歸結(jié)為兩個(gè)方面：（1）母材向釬料的溶解 溶解作用對(duì)釬焊的影響： 利——“清理”作用、合金化 弊——化合物（脆）、填縫性變差、熔蝕,母材在液態(tài)釬料中的溶解量G可表示為：,式中 , G — 單位面積母材的質(zhì)量； ρy — 液態(tài)釬料的密度； Cy — 母材在液態(tài)釬料中的極限溶解度； Vy — 液態(tài)釬料

24、體積； S — 液、固相的接觸面積； α— 母材的原子在液態(tài)釬料中的溶解系數(shù)； t — 接觸時(shí)間。 由此式子可見：母材向釬料的溶解量與母材在釬料中的極限溶解度有關(guān)；與液態(tài)釬料的數(shù)量有關(guān)；亦與釬焊的工藝參數(shù)（溫度、保溫時(shí)間等）有關(guān)。,,,,⑵ 釬料組分向母材的擴(kuò)散釬料與母材的相互作用可以形成下列組織：固溶體

25、、化合物和共晶體；釬焊時(shí)，釬料的組份會(huì)向固態(tài)母材進(jìn)行擴(kuò)散。其擴(kuò)散量不僅與溫度有關(guān)還與擴(kuò)散組分的濃度梯度、擴(kuò)散系數(shù)、擴(kuò)散面積和擴(kuò)散時(shí)間有關(guān)。擴(kuò)散規(guī)律由下式確定，即,,,式中： Dm — 釬料組份的擴(kuò)散系數(shù)； D — 擴(kuò)散系數(shù)； S — 擴(kuò)散面積； dt — 擴(kuò)散時(shí)間 Dc / Dx — 在擴(kuò)散方向上擴(kuò)散組分的濃度

26、梯度。,（3）釬焊過程的分解,,Contents,§6.5 釬縫的金相組織,釬焊接頭基本上由三個(gè)區(qū)域組成，從母材向釬縫中心依次是擴(kuò)散區(qū)、界面區(qū)和中心區(qū)(圖6-5)。,在擴(kuò)散區(qū)其組織是釬料組分向母材擴(kuò)散形成的。 界面區(qū)組織是母材向釬料溶解、冷卻后形成的。 釬縫的中心區(qū)的組織則由于母材的溶解和釬料組分的擴(kuò)散以及結(jié)晶時(shí)的偏析，其組織也不同于釬料的原始組織。,根據(jù)一般的結(jié)品原理，凝固過程取決兩個(gè)素:即液相單位容積內(nèi)晶核的形

27、成速度以及它的生長速度。 如果在液相內(nèi)有合金固態(tài)質(zhì)點(diǎn)或合金的某個(gè)相存在，則會(huì)使晶核形成的自由能減小。顯然，在釬焊時(shí)，與液態(tài)釬料接觸的母材界面便是釬縫現(xiàn)成的結(jié)晶晶核。 但是,由于釬料同母材的成分、熔點(diǎn)有著很大的差別。因此,釬縫的結(jié)晶和組織有其明顯的特征。,6.5.1 固溶體釬縫組織 當(dāng)釬焊純金屬和單相合金時(shí)，如果選用的釬料與母材基體相同，本身也是單相合金，只是含一些合金元素。那么隨著凝固過程的進(jìn)行，液

28、態(tài)釬料就從母材晶粒表面向液態(tài)金屬繼續(xù)生長。這種結(jié)晶叫作交互結(jié)晶。例如用黃銅來釬焊銅時(shí)就可以看到黃銅晶粒在銅晶粒的基礎(chǔ)上連續(xù)生長，形成共同晶粒(圖6-6). 如果母材是純金屬和單相合金，而釬料與母材的基體相同,但本身是雙相和多相組織的,則并不總是出現(xiàn)交互結(jié)晶。在一定的條件下可以出現(xiàn)局部的交互結(jié)晶。Al-12Si共晶釬料釬焊鋁時(shí)就是這樣。在界面區(qū)可發(fā)現(xiàn)一層參差不齊地向釬縫中心生成的硅在鋁中的固溶體(圖6-7),圖6-6 用黃銅釬焊銅時(shí)

29、的接頭金相組織,圖6-7 鋁硅釬料釬鋁合金時(shí)的釬縫金相組織(600℃，10 min,150×),一般說來，在狀態(tài)圖上釬料與母材能形成固溶體，釬焊后在界面區(qū)即可能出現(xiàn)固溶體。固溶體組織是具有良好的強(qiáng)度和塑性，對(duì)接頭性能是有利的。,6.5.2 共晶體釬縫組織 釬縫中可能出現(xiàn)共晶組織，一方面是釬料本身含有大量的共晶體組織，如銅磷、銀銅、鋁硅、錫鉛等釬料;另一方面是母材與釬料能形成共晶體。利用釬料和母材作用形成共晶

30、體的這一可能性，可用來進(jìn)行接觸反應(yīng)釬焊。典型的生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)例是用純銀來接觸反應(yīng)釬焊銅。圖6-8所示了這種共晶體接頭的形貌。,在釬焊過程中，釬料熔化進(jìn)人釬縫 時(shí)，母材即向熔態(tài)釬料中溶解，隨著釬料向前方流動(dòng)，和母材同組元的成分增多，即逐漸呈亞共晶組織。釬流動(dòng)距離愈長，,圖6一8 1000℃時(shí)純銀釬焊銅 的釬縫組織,母材向釬料中的溶解作用愈來愈減緩。在冷凝時(shí)，熔態(tài)釬料中的過剩相(與母材同種組元)即

31、沿著母材的某些晶粒為晶核結(jié)晶長大。在冷卻速度較快時(shí)，過剩相不能完全沿著以母材晶粒為晶核析出，而會(huì)在尚未凝固的釬料中間以云朵狀初晶的形式析出，形成典型的亞共晶釬縫組織(圖6一9)。,圖6-9 用AI-Si 共晶釬料釬焊鋁時(shí)的釬縫結(jié)構(gòu) 1~6 為釬縫上依次截取的部分結(jié)構(gòu) 釬焊溫度600℃ 釬縫流長200mm,6.5.3金屬間化合物釬縫組織 釬料中一個(gè)組元如果含量較大又能與母材生成金屬間化合物，則在釬縫中會(huì)出現(xiàn)這些

32、化合物的特征。母材和釬料在界面上形成金屬間化合物的過程可能如下:在溫度T時(shí)，以B釬料釬焊A(圖6一10)則A迅速向B中溶解，界面區(qū)的濃度可達(dá)C，冷凝時(shí)，首先在界面上析出金屬間化合物。如果A-B系存在幾種化合物，在一定條件下(如釬焊溫度過高)，母材向釬料的溶解在界面區(qū)先生成含母材少的一種化合物，當(dāng)仍未達(dá)到該溫度卞的平衡狀態(tài)時(shí)，A、B之間還將繼續(xù)擴(kuò)散，釬縫冷凝后就有可能形成另外一種或幾種化合物。,例如，用錫釬焊銅的溫度達(dá)到350℃,則界面除

33、形成Cn6Sn5(η相)外,還有含銅量較高的化合物Cn3Sn（ε相)。除了溶解、擴(kuò)散形成化合物外，界面區(qū)的化合物也可能由母材和釬料直接化學(xué)反應(yīng)形成。,圖6—10形成化合物的狀態(tài)圖,在實(shí)際的釬焊中，釬料往往是某種合金系。如果某組分能與母材形成化合物，并且它對(duì)母材的親和力又顯著大于對(duì)釬料基體金屬的親和力，則在該組分濃度很低的情況下就會(huì)出現(xiàn)化合物層，例如，以Ag-Si釬料釬焊低碳鋼(含Si僅低達(dá)1%)就是這樣。反過來，以Ag—Zn釬料,由于Z

34、n對(duì)釬料基體Ag的親和力比對(duì)母材Fe的親和力釬焊低碳鋼，大得多，即使該組分濃度很高(含w（Zn）可高達(dá)50%)也不易產(chǎn)生化合物層。如該組分對(duì)二者的親和力大小相近，則它在釬料中的濃度達(dá)到一定值后才形化合物層，例如，同樣Ag一Sn釬料釬焊低碳鋼，含w（Sn）小于14.5%}，不出現(xiàn)化合物相，含w（Sn） <26%，則出現(xiàn)了脆性的化合物。,鑒于以上的規(guī)律，若在釬料中加人能同釬料形成化合物但不同母材形成化合物的組分，或者控制同母材形成化合

35、物的組分濃度，均可避免或減少釬縫界面上出現(xiàn)化合物層。另外，從釬焊工藝上來看，溫度高、保溫時(shí)間長，化合物層便會(huì)增厚。,,Contents,§6.6 釬料、釬劑及其選用,6.6.1 釬料 （1）對(duì)釬料的基本要求 ①合適的熔點(diǎn)（比母材的低幾十度）； ②具有良好的潤濕性； ③與母材充分發(fā)生溶解、擴(kuò)散； ④成分穩(wěn)定均勻； ⑤所得接頭滿足技術(shù)要求； ⑥具有經(jīng)濟(jì)性（少用稀有金屬）；

36、 ⑦具有安全性（少用有毒及重金屬）。,釬焊材料包括釬料和釬劑。釬料和釬劑的合理選擇對(duì)釬焊接頭的質(zhì)量有著舉足輕重的作用。,2、釬料的分類與編號(hào)（1）釬料可按下列三種方法進(jìn)行分類。按熔點(diǎn)：熔點(diǎn)在450℃以下的稱為軟釬料，高于450℃的稱為硬釬料（難熔釬料），高于950℃的稱高溫釬料。按化學(xué)成：不論軟硬，根據(jù)組成釬料的主要金屬元素，相應(yīng)稱為×基釬料，如Ni基釬料等。按釬焊工藝性能：自釬性釬料、真空釬料、復(fù)合釬料。 釬

37、料按供貨要求可制成帶、絲、鑄條、非晶態(tài)箔材、普通箔材、粉末、環(huán)狀、膏狀、含釬劑芯管材（絲材）、藥皮釬料、膠帶狀釬料等。,6.6.2 釬料型號(hào)表示方法 由于歷史原因，釬料的編號(hào)方法很多，主要有： ⑴國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T6028-1995用型號(hào)表示， S表示軟 釬料，B表示硬釬料 如：S-Sn60Pb40Sb、BAg72Cu ⑵ 原機(jī)械工業(yè)部《焊接材料產(chǎn)品樣本》（1997）用牌 號(hào)表示 如

38、HL1×× （焊料1×× ） 第一位數(shù)字表示釬料的化學(xué)組成類型，二、三位數(shù)字表示 同一類型的不同牌號(hào)。如：HLAgCu26-4 此外，還有電子工業(yè)部、化學(xué)工業(yè)部的老標(biāo)準(zhǔn)，選用時(shí)應(yīng)注意。,（1）軟釬料 Sn基及Pb基軟釬料：對(duì)銅等多種金屬均具有良好的潤濕和鋪展能力，在電子工業(yè)中應(yīng)用最廣泛。Cd基釬料：主要為鎘銀合金，耐熱性、抗腐蝕性能好。Zn基釬料Au基軟釬料其他低

39、熔點(diǎn)軟釬料。包括：　　 ①In（銦）基釬料；②Bi（鉍）基釬料； ③Ga（鎵）基釬料無鉛軟釬料,（2）硬釬料,（2）硬釬料 硬釬料由于強(qiáng)度相對(duì)較高，可用于釬焊受力構(gòu)件。硬釬料包括：,Ag釬料 Cu基釬料 AI基釬料 Mn基釬料 Ni基釬料 Au基釬料 含Pd釬料 真空級(jí)釬料,其他釬料。包括： ①Ti基釬料 ②Fe基釬料 ③Co基釬料 ④Pt

40、基釬料 ⑤膏狀釬料,四川省有色冶金研究院之無鉛釬料,,揚(yáng)中市金星焊料有限公司之銅磷釬料,釬焊帶,AI基釬料：用于釬焊鋁及鋁合金 Ag基釬料：綜合性能優(yōu)良，可以釬焊各種金屬，是應(yīng)用 最廣的一類硬釬料?！u基釬料： 銅釬料：釬焊碳鋼、低合金鋼。 銅鋅釬料：多種釬焊方法焊多種金屬。 銅磷釬料：主要用于釬焊銅和銅合金，在電機(jī)制造和制冷 設(shè)備上應(yīng)用廣泛。　　Ni基釬料：性能優(yōu)良，可焊多種金屬

41、。,6.6.3 釬劑 釬劑的作用是去除母材和液態(tài)釬料表面上的氧化物，保護(hù)母材和釬料在加熱過程中不被進(jìn)一步氧化以及改善釬料在母材表面的潤濕性能。（1）對(duì)釬劑的基本要求 ①足夠之溶解或破壞表面氧化膜能力； ②釬焊溫度范圍內(nèi)表面張力小、粘度低、流動(dòng)性好、密 度低； ③熔點(diǎn)低于釬料合適溫度； ④成分及作用穩(wěn)定（穩(wěn)定溫度≥100℃）； ⑤產(chǎn)物密度低、易排除； ⑥無強(qiáng)烈腐蝕作用、無毒性。,（2）釬劑的分類 釬劑分為軟

42、釬劑與硬釬劑兩大類、按特殊用途又可再分為鋁用釬劑、粉末狀釬劑、液體釬劑、氣體釬劑、膏狀釬劑、免清洗釬劑等。,（3）軟釬劑 主要分為非腐蝕性釬劑和腐蝕性釬劑兩大類。有機(jī)軟釬劑（非腐蝕性軟釬劑） 水溶性類 松香（天然樹脂）類 非(弱)腐蝕性軟釬劑的化學(xué)活性比較弱、熱穩(wěn)定性尚好，對(duì)母材幾乎沒有腐蝕性作用，但只有純松香或加入少量的機(jī)脂類的軟釬劑屬于非腐蝕性，而加入胺類、有機(jī)鹵化物類的軟釬劑，稱其為弱腐蝕性軟釬更為準(zhǔn)確。焊后一

43、般不清洗?！∷上悖ㄖ荒苡糜?00℃以下釬焊表面氧化不嚴(yán)重的金、銀、銅等金屬）是最常用的非腐蝕性軟釬劑。,無機(jī)軟釬劑 （腐蝕性軟釬劑） 腐蝕性軟釬劑由無機(jī)酸或（和）無機(jī)鹽組成。這類釬劑化學(xué)活性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好，能有效地去除母材表面的氧化物，促進(jìn)釬料對(duì)母材的潤濕，可用于黑色金屬和有色金屬的釬焊。但殘留釬劑對(duì)釬焊接頭具有強(qiáng)烈的腐蝕性，釬焊后的殘留物必須徹底洗凈。 氯化鋅水溶液是最常用的腐蝕性軟釬劑。,（4）硬釬劑 硬

44、釬劑指的是在450℃以上進(jìn)行釬焊用的釬劑。 黑色金屬常用的硬釬劑的主要組分是硼砂、硼酸及其混合物為基體，以某些堿（土）金屬的氟化物、氟硼酸鹽等為添加劑。具有合適的活性溫度范圍和去除氧化物能力?？赦F焊多種金屬，焊后殘?jiān)鼞?yīng)去除。　 硼砂、硼酸及其混合物的粘度大、活性溫度相當(dāng)高。必須在800℃以上使用，并且不能去除Cr、Si、Al、Ti等氧化物；殘?jiān)y于去除。故只能適用于熔化溫度較高的一些釬料，如銅鋅釬料來釬焊銅和銅合金、

45、碳鋼。,鋁及鋁合金用釬劑　 近年來，國內(nèi)外對(duì)鋁釬焊用釬劑的研究，成果較多，并在生產(chǎn)中得到越來越多的應(yīng)用。 免清洗軟釬劑　 免清洗釬劑的最大特點(diǎn)是省去了清洗工序，因而減少了與清洗工序相關(guān)聯(lián)的設(shè)備、材料、能源和廢物處理等方面的費(fèi)用，有利于降低成本。,各種軟硬釬料釬焊熔劑焊材,,Contents,§6.7 釬焊方法與工藝及接頭質(zhì)量控制,6.7.1 釬焊的方法 （１）烙鐵釬焊(iron soldering),特點(diǎn)：溫度低

46、 應(yīng)用范圍 ： 1、適用于釬焊溫度低于300℃的軟釬焊（用錫鉛或鉛基釬料） 2、釬焊薄件、小件需釬劑,（２）火焰釬焊(torch brazing ; torch soldering) 特點(diǎn)：簡單靈活、應(yīng)用廣泛 應(yīng)用范圍 ：一般應(yīng)用中性焰或輕微炭化焰/通用氣焊炬或?qū)Ｓ免F焊炬（軟釬焊也可用噴燈）先加熱工件：,1、適用于釬焊某些受焊件形狀、尺寸及設(shè)備等限制而不能用其它方法釬焊的焊件 2、可采用火焰自動(dòng)釬焊 3

47、、可焊接鋼、不銹鋼、硬質(zhì)合金、鑄鐵、銅、銀、鋁等及其合金 4、常用釬料有銅鋅、銅磷、銀基、鋁基及鋅鋁釬料,（3）浸漬釬焊(dip brazing ; dip soldering) 將工件部分或整體浸入覆蓋有釬劑的釬料浴槽或只有熔鹽的鹽浴槽中加熱焊接。這種方法加熱均勻、迅速、溫度控制較為準(zhǔn)確，適合于大批量生產(chǎn)和大型構(gòu)件的焊接。鹽浴槽中的鹽多由釬劑組成。焊后工件上常殘存大量的釬劑，清洗工作量大。,4、波峰釬焊(flow

48、soldering ; wave soldering ; spray soldering) 用于大批量印刷電路板和電子元件的組裝焊接。施焊時(shí),250℃左右的熔融焊錫在泵的壓力下通過窄縫形成波峰，工件經(jīng)過波峰實(shí)現(xiàn)焊接。這種方法生產(chǎn)率高，可在流水線上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。,單面波峰釬焊,5、電阻釬焊(resistance brazing)（加熱極快，生產(chǎn)率高）,6、感應(yīng)釬焊(induction brazing)用高頻、中頻或工頻感

49、應(yīng)電流作為熱源的焊接方法。高頻加熱適合于焊接薄壁管件。采用同軸電纜和分合式感應(yīng)圈可在遠(yuǎn)離電源的現(xiàn)場進(jìn)行釬焊，特別適用于某些大型構(gòu)件，如火箭上需要拆卸的管道接頭的焊接。 特點(diǎn)：加熱迅速，氧化少。,7、爐中釬焊(furnace brazing ; furnace soldering)（整體加熱，變形小，適合于批量生產(chǎn)）,真空釬焊系統(tǒng),鋁釬焊爐,8、其它釬焊形式：氣相釬焊、接觸反應(yīng)釬焊（contact-reaction brazing）、超

50、聲波釬焊（ultrasonic soldering）、擴(kuò)散釬焊（diffusion brazing）、光學(xué)釬焊（light soldering；light brazing）、（infra-red brazing；infra-red soldering）、電弧釬焊等。,光學(xué)釬焊,管道高溫感應(yīng)釬焊,6.7.2 釬焊工藝 釬焊生產(chǎn)工藝包括釬焊前工件表面準(zhǔn)備、裝配、安置釬料、 釬焊、釬后處理等各工序。 （1）釬焊接頭

51、設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)釬焊接頭時(shí)，首先應(yīng)考慮接頭的強(qiáng)度，其次還要考慮如何保證組合件的尺寸精度、零件的裝配定位、釬料的安置、釬焊接頭的間隙等工藝問題。釬焊接頭大多采用搭接形式。搭接長度可按下式計(jì)算：　 式中 L ：板件搭接長度；H：焊件厚度；σb：焊件材料的抗拉強(qiáng)度；τj釬焊接頭的抗剪強(qiáng)度。,,在生產(chǎn)實(shí)踐中，對(duì)采用銀基、銅基、鎳基等強(qiáng)度較高的釬料釬焊接頭，搭接長度通常取為薄件厚度的2～3倍；對(duì)用錫鉛等軟釬料釬焊接頭，可取

52、為薄件厚度的4～5倍,但不希望搭接長度大于15mm。,a)平板釬焊的接頭形式,1、2、3—對(duì)接形式 4—蓋板形式 5、6—搭接形式 7—雙蓋板形式8—搭接加蓋板形式 9、10—彎邊和鎖邊形式,（2）釬焊的各種接頭形式,b) T形和斜角釬焊的接頭形式,11、22、13、14、—T形接頭 15、16、17、18、19、20、21—斜角形式,c)管或棒與板的接頭形式,26、30—較少用 27

53、、28、29—常用 31、32、33—多用 34、35、36—板厚接頭,d)線接觸釬焊的接頭形式,37——一些典型接頭38——管狀散熱器接頭39——夾層結(jié)構(gòu)接頭40——蜂窩結(jié)構(gòu)接頭,e)管件釬焊的接頭形式,22—內(nèi)孔徑相同 23—外徑相同24—外徑允許有差別 25—不能有差別的外徑,設(shè)計(jì)釬焊接頭時(shí)應(yīng)考慮應(yīng)力集中問題。接頭的工藝性設(shè)計(jì)包括接頭的裝配定位、安置釬料、限制釬料流動(dòng)等。工藝孔是為滿足工藝上的要求而在接頭上開的

54、孔，這對(duì)于密閉窗口尤為重要。密閉窗口必須開工藝孔（20—24a）。對(duì)于其他接頭，為使受熱膨脹的空氣逸出，也應(yīng)開設(shè)類似的工藝孔。接頭間隙 間隙的大小在很大的程度上影響釬縫的致密性和接頭強(qiáng)度。用釬劑釬焊時(shí)，接頭的間隙應(yīng)選得大一些。,釬焊接頭的定位方法,a)重力定位 b)緊配合 c)滾花 d)翻邊,e)擴(kuò)口 f)旋壓 g)模鍛 h)收口,i)

55、咬邊 j)開槽和彎邊 k)夾緊 l)定位銷,m)螺釘 n)鉚接 o)點(diǎn)焊,6.7.2.1 焊件表面準(zhǔn)備 釬焊前必須仔細(xì)地清除工件表面的氧化物、油脂、臟物及油漆等。有時(shí)，釬焊前還必須將零件預(yù)先鍍覆某種金屬層?！?(1)清除油污　油污可用機(jī)溶劑去除。常用的有機(jī)溶劑有酒精、四氯化碳、汽油、三氯乙烯、二氯乙烷及三氯

56、乙烷等。　 (2)清除氧化物　釬焊前，零件表面的氧化物可用機(jī)械方法、化學(xué)浸蝕法和電化學(xué)浸蝕方法進(jìn)行。,6.7.2.2 裝配和固定,6.7.2.2釬料的放置　 在各種釬焊方法中，除火焰釬焊和烙鐵釬焊外，大多數(shù)是將釬料預(yù)先安置在接頭上的。安置釬料時(shí)應(yīng)盡可能利用釬料的重力作用和間隙的毛細(xì)作用來促進(jìn)釬料填滿間隙。　 膏狀釬料應(yīng)直接涂在釬焊處；粉末狀釬料可用粘結(jié)劑調(diào)合后粘附在接頭上。,a)環(huán)狀釬料的放置,1、2—環(huán)狀釬

57、料的合理放置 3、4—防止沿法蘭平面流失的放置5、6—釬料緊貼接頭的放置 7、8—接頭上開出釬料放置槽,b)箔狀釬料的放置,P—代表施加壓力,6.7.2.3 涂阻流劑　 為了防止釬料流失，有時(shí)需要涂阻流劑。阻流劑主要是由氧化物與適當(dāng)?shù)恼辰觿┙M成。釬焊前將糊狀阻流劑涂在鄰近接頭的零件表面上。阻流劑在保護(hù)氣氛爐中釬焊和真空爐中釬焊中用得很廣。,6.7.2.4 釬焊工藝參數(shù)及確定 釬焊過程的主要工藝是釬焊溫度和保

58、溫時(shí)間。 釬焊溫度通常選為高于釬料液相線溫度25～60℃。 釬焊保溫時(shí)間視工件大小、釬料與母材相互作用的劇 烈程度而定。過長的保溫時(shí)間將導(dǎo)致溶蝕等缺陷的發(fā) 生。加熱速度冷卻速度,6.7.2.5 焊后清洗　 釬劑殘?jiān)蠖鄶?shù)對(duì)釬焊接頭起腐蝕作用，也妨礙對(duì)釬縫的檢查，常需清除干凈?！?軟釬劑松香不會(huì)起腐蝕作用，不必清洗。　 由有機(jī)酸及鹽組成的釬劑，一般都溶于水，可采用熱水洗滌。　 由無機(jī)酸組成的軟釬劑溶

59、于水，因此可用熱水洗滌。,硬釬焊用的硼砂釬劑殘?jiān)旧喜蝗苡谒?，很難清除，一般用噴砂去除?！?含氟硼酸鉀或氟化鎵的硬釬劑（如劑102）殘?jiān)捎盟蠡蛟跈幟仕釤崴星宄??！?鋁用軟釬劑殘?jiān)捎糜袡C(jī)溶劑（例如甲醇）清除。鋁用硬釬劑殘?jiān)鼘?duì)鋁具有很大的腐蝕性，釬焊后必須清除干凈?！?對(duì)于有氟化物組成的無腐蝕性鋁釬劑。,釬焊生產(chǎn)過程中，接頭常常會(huì)出現(xiàn)一些缺陷，如氣孔、夾渣、未焊透、裂縫和溶蝕、溶析等。這些缺陷的存在，難以保證接頭

60、的質(zhì)量。因此，分析釬焊接頭缺陷的成因，制定防止措施，是釬焊質(zhì)量控制的經(jīng)常性工作。,6 .7 .3 釬焊接頭缺陷成因及質(zhì)量控制,釬縫中各種氣孔、夾渣、未釬透、裂縫等缺陷的存在不僅降低接頭的強(qiáng)度也使接頭的氣密性大受影響。這類不致密性缺陷的產(chǎn)生除與釬焊工藝參數(shù)(溫度、保溫時(shí)間、冷卻速度)不當(dāng)、焊前清理不干凈、釬料，釬劑不合適外，還與釬焊過程中熔化釬料及釬劑的填縫過程有很大的關(guān)系。 大量試驗(yàn)證明，在常用的平行間隙情況下，液態(tài)釬劑或釬料

61、在填縫時(shí)不是均勻、整齊地流人間隙，而是以不同的速度、不規(guī)則的路線流人間隙的，這是產(chǎn)生不致密性缺陷的根本原因之一。,1. 接頭不致密性缺陷,從理論上說，如果接頭間隙均勻，且問隙內(nèi)部金屬表面粗糙度和清潔度是均一的，則液態(tài)釬劑或液態(tài)釬料在間隙內(nèi)部的填縫過程中速度和走向應(yīng)該比較均勻整齊的。而實(shí)際情況常常不是這樣。 一方面，由于間隙內(nèi)部的金屬表面不可能絕對(duì)平齊，清潔度也有所差異，加之液態(tài)釬劑和釬料同金屬表面的物理化學(xué)作用等因素的影響，使釬劑

62、和釬料在填縫時(shí)常常以不整齊的前沿向前推進(jìn)。通?？偸氢F劑先熔化，熔化的釬劑在平行間隙中不整齊的填縫，將一部分氣體包住，被包圍的區(qū)域無法去膜且氣體很難被排出。當(dāng)熔化的釬料填縫時(shí)，由于包圍處的金屬缺乏釬劑的去膜作用,釬料也無法填充,結(jié)果形成小包圍的現(xiàn)象(圖6一22)。,殘留在包圍圈內(nèi)的氣體便形成了氣孔。同樣的道理，在釬料填縫時(shí)也會(huì)造成對(duì)釬劑的小包圍現(xiàn)象，結(jié)果形成小塊的夾渣。這種不致密性缺陷就這樣形成了。,另一方面，在平行間隙條件下釬焊時(shí)，釬縫

63、外圍受釬劑或氣體介質(zhì)去氧化膜的,圖6一22實(shí)際的填縫過程和小包圍缺陷形成過程示意圖,作用比間隙內(nèi)部更為充分，同時(shí)釬縫外圍的溫度往往比間隙內(nèi)部高，其結(jié)果將使釬料在外圍流動(dòng)比在間隙內(nèi)部填縫要快，這就可能造成釬料對(duì)間隙內(nèi)部的氣體或釬劑的大包圍現(xiàn)象，如圖6-23所示。一旦形成了大,包圍后，所夾的氣體或殘?jiān)秃茈y從很窄的平行間隙中排出，使釬縫中形成大塊的氣孔和夾渣缺陷。此外，釬劑在加熱過程中可能分解出氣體，母材或釬料中某些高蒸氣壓元素的蒸發(fā)以及

64、溶解在液態(tài)釬料中的氣體在釬料凝固時(shí)會(huì)析出。這些氣體在釬料凝固前如來不及全部排出釬縫，也會(huì)形成氣孔。,圖6一23 釬縫中大包圍缺陷形成示意圖,從以上分析來看，在一般釬焊過程中，尤其對(duì)較大釬接面的接頭，要完全消除這類缺陷是很困難的。但仍應(yīng)采用相應(yīng)的措施，盡量減少產(chǎn)生的可能性。下面的措施有利于提高釬縫致密性: (1)適當(dāng)增大釬縫間隙。適當(dāng)增大間隙，可使縫隙表面高低不平而造成的縫隙差值較小，因而毛細(xì)作用力比較均勻，這樣有助于

65、釬料比較均勻的填縫，可以減少由于小包圍現(xiàn)象而形成的缺陷。 (2)采用不等間隙。不等間隙也就是不平行間隙。然而完全采用不等間隙，焊件的裝配精度難以保證。但可以采用部分不等間隙，不等間隙接頭的示意圖如圖6一24所示。其夾角a以30～60為宜。,對(duì)不等間隙來說，小間隙端的毛細(xì)作用最強(qiáng)，無論從小間隙端添加釬料如圖6-25(a)還是從大間隙端或側(cè)端填縫如圖6=25(b),(c)，總是先填滿小間隙，逐漸再向大間隙發(fā)展。這樣就大大

66、減少了小包圍的傾向，較易獲得致密的釬縫?；陂g樣原因，不等間隙也有利于減少,圖6-24不等間隙接頭 示意圖,圖6-25不等間隙對(duì)釬劉或釬料填縫的影響,大包圍現(xiàn)象。因?yàn)槿刍拟F料總先在小間隙外圍形成釬角，再向大間隙外圍推進(jìn)。最后，不等間隙對(duì)間隙內(nèi)已形成的氣孔或夾渣也有一定的排除可能性，因?yàn)楸话鼑臍怏w或夾渣都有向大間隙端移動(dòng)的傾向。 采用不等間隙可以提高釬縫的致密性，但是，由于影響釬縫致密性的因素(如前所述)很多，因此

67、并不能解決全部問題，在這方面還有待于進(jìn)一步的研究，以確保釬焊質(zhì)量。,2.熔析和溶蝕 釬焊時(shí)釬縫往往并不光滑，有的釬焊在釬料的流人端留下一個(gè)剩余的釬料瘤，有時(shí)又會(huì)留下一個(gè)凹坑，前者稱熔析后者稱為熔蝕。二者產(chǎn)生的根本原因在于釬料的組成和釬焊溫度搭配不當(dāng)。熔析的現(xiàn)象主要在應(yīng)用亞共晶釬料時(shí)容易發(fā)生。圖6一26示出共晶型料的相圖。主成分B和母材具有相同的組元，如果釬料的成分為a，工作溫度為T1釬焊時(shí)存在的是組成為s的固相和組成為c`的液

68、相。釬焊進(jìn)行時(shí)，液相c`順著釬縫流走，剩下的是組成為s固相，而s只有,相當(dāng)于s’的溫度時(shí)才有可能熔化，但它已接近母材B的熔點(diǎn)BT , 因此注定它將成為一個(gè)贅瘤留下，只能用隨后的機(jī)加工將其除掉。如果一開始工件的溫度是T2或高于T2的溫度，釬料熔化后其中便不存在固相，釬料流走后則不會(huì)有任何高熔點(diǎn)的殘余留下。,圖6一26熔析的解釋,釬料成于分愈靠近B，上述熔析現(xiàn)象就會(huì)愈嚴(yán)重。通常，釬焊溫度總是高于釬料的液相，也即成分為a的亞共晶釬料其釬焊至