接触反应钎焊和熔钎焊.

一，接触反应钎焊定义：接触反应钎焊是利用某些异种金属能形成共晶的特点，在界面接触反应良好且加热至高于共晶温度的条件下，依靠金属原子间的互扩散在界面处形成共晶反应液态金属层，随后冷凝结晶，从而把金属连接起来的方法。归结而言：接触反应钎焊是一种依靠材料间的共晶反应所产生的液相合金来实现连接的“自钎料”钎焊技术原理：若金属A与B能形成共晶或形成低熔固熔体，则在A与B接触良好的情况下加热到高于共晶温度或低熔固熔体熔化温度以上，依靠A和B的相互扩散，在界面处形成共晶体或低熔固熔体，从而把A与B连接起来。特点（1）接触反应钎焊在焊接过程当中无需钎剂，这样就避免了钎剂对环境的污染，焊后产品不需清洗，钎缝无化学腐蚀。（2）接触反应钎焊对环境及焊件表面要求低、压力小，它避免了常规钎焊工艺中液态钎料宏观填缝过程引起的“大、小包围”现象，因此钎缝致密性很高，适合予大面积、高致密性连接场合。影响因素对于铝合金接触反应钎焊而言，加热温度、保温时间以及压力是三个比较重要的因素。加热温度：加热温度对于钎焊来讲是一个比较重要的参数，温度过高或过低都不合适。温度过低，达不到钎焊的过程，起不了连接金属的目的；当温度过高时，由于工件加热过程经历的时间长，会显著增加中间层在加热过程中向基体中的扩散“损失”量，从而减少参与反应的总量，最终影响到反应液相的产生量。如果温度过高，会增大对母材软化的程度，减小基体的强度。保温时间：对于保温时间，适当延长保温时间可以增加反应进行的程度，从而增加液相量及其铺展面积，随着保温时间的延长，钎缝内液相的厚度逐渐增大，并且温度越高，增长的趋势就越大。但是随着反应源的消耗，保温时间的影响会越来越小，直至最后消失，液相铺展面积将趋于稳定。因此，一味的延长保温时间并不能促进液相铺展面积的增加。压重：接触反应钎焊时，对被连接金属加以一定的压重往往是很重要的。加压的目的是使母材与钎料形成紧密的接触，以利于接触反应熔化的进行。压的紧，母材之间的接触点越多，液相形成的速度越快，接触面上形成的液相越完全。二，熔钎焊定义：熔钎焊是利用二种合金熔点相差很大的特点，在焊接的过程中使低熔点的合金处于熔化状态，形成熔焊形式的接头；而使高熔点合金始终保持在固态，形成钎焊形式的接头，所以熔钎焊接头兼顾熔焊与钎焊两种特征，能够实现异种合金有效地高质量地连接。熔钎焊是熔点相差较大的异种材料连接的理想的焊接方法工艺特点：与普通电弧熔化焊相比，熔钎焊电弧热量集中，对簿板及薄壁容器进行钎焊时变形量很小，焊接热影响区小，操作方便，节能高效又易于实现自动化。同时又因其电弧特有的去除氧化膜作用，带电离子、电子的冲击活化作用，因此可以克服钎剂对母材的腐蚀副作用，焊后不用清洗，在生产中得到了广泛应用。三，以铝合金和不锈钢材料的连接为例，分析采用接触反应钎焊和熔-钎焊连接的焊接性，并就存在的主要问题提出具体措施。1以铝合金与不锈钢的接触反应钎焊焊接性研究铝合金以其比强度大、比刚度高、重量轻、耐腐蚀等一系列特性,又铁与铝既能形成固溶体，金属间化合物，又能形成共晶体，如下相图示知：铝/钢二元合金相图由于共晶温度不同，铁在铝中的溶解度有很大差异，共晶温度越低，铁在铝中的溶解度越低。在焊缝中含微量的铁和铝，冷却过程中会出现金属间化合物（FeAl3）的晶粒。铁的质量分数达1.8%时，在645℃能形成Al+FeAl3的共晶体。随着铝中含铁量的增加，还会出现其他AL和Fe的化合物。其中只有Fe2AL5在一定温度下能熔化，不溶化的化合物给焊接带来很大困难。由于铁与铝处于化合物状态，使焊缝的强度和硬度提高，塑性下降。因此，铝及铝合金与钢的焊接性较差。由于铝及铝合金与钢的焊接性较差，故焊接时存在以下问题(1)Al和Fe相互作用时，易形成一系列金属间化合物，如FeAl3,Fe2Al7.Fe2AL5等这些化合物使接头变脆。(2)物理性能相差较大,常用铝合金的线膨胀系数为(23～27)10-6/℃,不锈钢为(12～18)×10-6/℃,铝合金的线膨胀系数比不锈钢大1倍左右,易引发较大的焊接应力。(3)Al具有较强的化学活性,材料表面极易形成稳定而致密的氧化膜,同时焊接过程中因氧化而产生夹杂物,破坏了接头的连续性。(4)焊缝成分不均匀。由于钢和铝的熔点差异与密度差异均很大，当钢时，液态铝浮在钢液上面，冷却结晶后焊缝成分不均匀。由此可见,采用熔焊等焊接方法直接连接铝合金与不锈钢是极其困难的。为此选择以Ni、Ag为复合镀层,通过接触反应钎焊连接6063铝合金和不锈钢(1Cr18Ni9Ti)。工艺参数：焊接在真空钎焊炉中进行,真空度不低于1×10-3Pa。试样采用搭接形式,入炉前经过金相砂纸打磨并用超声波丙酮清洗。接触反应钎焊工艺参数:温度580℃,保温时间分别为1、5和20Min。为了防止焊接过程中试样移动,施加0.1MPa的压力。钎焊加热速度为45℃/min,焊接后试样随炉冷却。针对以上在焊接过程中可能出现的问题，提出以下改进措施。1）在不锈钢表面镀镍和银等中间层金属。在温度580℃的温度下保温1分钟和5分钟，这样镀镍层就能良好的阻挡AL和Fe原子的相互扩散为AL-Fe化合物，在短时快速的钎焊条件下完成连接过程。从而避免脆性金属间化合物的生成,可以有效提高焊接接头的性能。2）改进加热工艺高频感应加热的特点是加热速度快,而快速加热容易造成刀体内部和外部冷热不均,很容易造成较大的内应力,甚至造成开裂。我们在大量的实践基础上对高频感应加热工艺进行了改进,即在加热过程中采取1～2次预热,具体操作是:将焊接加热时间等分,加热时,每到一个等分时间就切断电源停留数秒后重新通电。这样可以使焊接件内外受热均匀,减小内应力,提高焊接质量。3）钎焊后的处理工艺改进硬质合金刀具钎焊后之所以产生裂纹,主要取决于焊件表面的应力大小及状态。焊后应力与焊接面积成正比,当焊接面积较大时,焊后保温可以有效减小钎焊刀具的应力状态。2，铝合金与不锈钢的TIG熔钎焊研究。铝合金/不锈钢异种金属结构能够有效的发挥两种材料的优势，具有比重轻、强度高、耐蚀性优良等特点。在航空航天、交通运输等部门应用广泛。但由于铝合金及不锈钢两种材料在热物理性能及力学性能等方面存在着巨大差异，在反应过程中极易生成脆性的金属间化合物，降低接头的力学性能，是焊接领域的难点问题。尽管压力焊、钎焊等方法能够实现两者的连接，但工艺条件苛刻，一般要求工件具有一定的尺寸形状。相比而言，电弧熔-钎焊方法因具有热输入量小，操作方便且易于实现自动化等特点，在铝/不锈钢连接领域具有特殊的优势。目前主要有电子束、激光及氩弧熔钎焊焊三类方法。该方法由于能够精确的控制焊接热输入，保证两者之间形成的金属间化合物在一个合适的水平，可以实现铝/钢的可靠连接。与普通电弧焊相比，铝/钢电弧熔-钎焊具有自身的特点。异种金属熔-钎焊的实质是充分利用异种金属的熔点差异，焊接过程中熔化的低熔点材料和固相的高熔点材料通过反应而结合在一起，这种结合过程同时兼备熔焊和钎焊的特点，接头形式一般为对接或者搭接。铝合金/不锈钢TIG熔-钎焊对接焊接过程示意图Al-Cu6焊丝下铝合金/不锈钢TIG熔-钎焊接头横截面从上图中可以看出：接头具有熔焊和钎焊的双重特征，即在铝合金一侧为熔焊焊缝，且存在明显的熔合区；在不锈钢一侧为钎焊结合，即不锈钢不熔化，依靠钎料在不锈钢表面的润湿铺展形成化合物层实现紧密连接。焊接工艺：本文的铝合金和不锈钢的钎焊链接采用以TIG电弧为热源，焊接方式属于MIG熔-钎焊的范畴，分别从控制焊接热输入，改变铝基钎料的成分与对不锈钢板表面进行不同预处理等方面，对铝合金与不锈钢接行了搭接和对接的TIG熔-钎焊试验研究。铝合金与不锈钢在熔钎焊过程中的焊接性问题。由于这两种金属的性能差异很大，这势必会对铝/钢的连接造成一定的困难，在焊接时存在以下问题(1)被焊接头容易氧化。焊接时，在铝母材表面和熔池表面易形成难熔的氧化膜，阻碍了液态金属的结合。使焊缝容易产生夹渣，性能降低。(2)焊缝成分不均匀。由于钢和铝的熔点差异与密度差异均很大，当钢完全熔化时，液态铝浮在钢液上面，冷却结晶后焊缝成分不均匀。(3)焊接变形大。钢与铝的热导率、线胀系数相差较大，焊接时易引起很大的应力，焊接接头会产生严重的变形，甚至导致裂纹。(4)容易产生裂纹。焊接过程中，会产生各种脆性金属间化合物，在焊接应力作用下，焊接接头很容易产生裂纹，甚至拉裂。铝及铝合金与钢焊接时，存在以上困难，必须采取特殊的工艺措施和选择合适的焊接方法，才能获得满意的焊接接头。1）添加某些合金元素如Cu,Mn，Ni，Zn能够降低焊接材料的熔点，增强铝基焊料在钢表面的润湿性和铺展性，抑制Al-Fe金属间化合物的生成，改变Al-Fe金属间化合物的形态及分布，进而改善铝/钢接头性能2）在实验以前，对不锈钢表面及中间层金属进行打磨及去油污等净化处理。3）进行适当时间的保温。