钎焊基础知识

江苏凯隆电器有限公司随着科学技技术的发展，焊接方法和焊接技术也得到了快速的发展，焊接方法有：手工电弧焊、气体保护焊、摩擦焊、超声波焊、等离子弧焊、激光焊、电子束焊、钎焊、电阻焊、扩散焊、爆炸焊、电渣焊等；我们公司采用的焊接方法有：手工电弧焊、气体保护焊、钎焊和电阻焊，而触头系统加工大多采用钎焊方法。钎焊是利用钎料，在低于母材熔点而高于钎料熔点的温度下，与母材一起加热，钎料熔化后，通过毛细作用，扩散并填满钎缝间隙而形成的牢固接头的一种焊接方法。钎料的特点：1)钎焊时只有钎料熔化而母材保持固态，钎料的熔点低于母材的熔点；2）焊接过程中钎料和母材的组织和力学性能变化不大，应力和变形可减小到最低程度，容易保证工件的尺寸精度；3)接头平整光滑，工艺简单；4）可同时焊接多个工件，一次可焊成几十条或上百条钎缝，生产率高；4）可以实现异种金属、金属与非金属和连接；5）钎焊设备简单，生产投资费用少。钎焊的缺陷：钎焊接头强度比较低，耐热性较差，并且采用了多种搭接形式，增加了母材消耗和结构重量。钎焊的应用：适合焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件，如蜂窝结构板、叶片、硬质合金刀具和印制电路板等，我公司用于触头系统中铜与铜、铜与银之间的连接，CPS中的动静触头也是采用钎焊焊接，机加工的蜗轮焊接和刀具的焊接也属于钎焊。1）按照热源和加热方法不同分为：火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、电阻钎焊、烙铁钎焊、浸渍钎焊、超声波钎焊、激光钎焊和气相钎焊等。2）按照钎焊温度高低分为：高温钎焊、中温钎焊和低温钎焊，加热温度高于800度的称为高温钎焊，加热温度在550～800度之间的称为中温钎焊，低于550度的称为低温钎焊。3）根据使用钎料熔点的不同，钎焊一般以钎料液相线温度450度为界分为：软钎焊和硬钎焊。软钎焊接头强度较低，硬钎焊接头强度高。我公司多采用硬钎焊。除此，还有按照接头形成特点、去除母材表面氧化膜等多种分类方法，在此不作一一介绍。钎焊一般包括以下过程：1）设计钎焊接头形式和间隙大小；2）钎焊前的准备，包括清除工件表面的油脂、氧化膜等，以及对工件表面进行镀覆处理；3）用平夹具、点焊、铆焊或其它形式对工件进行装配定位；4）放置钎料；5）选择合适的钎剂；6）确定焊接参数，主要是焊接温度和焊接时间；7）进行加热焊接；8）焊后清理（用机械或化学法去残渣）；9）对钎缝进行质量检验。钎焊接头的形式较多，但是常使用的有搭接、对接、斜接及T形接等四种基本形式。搭接的接头强度最高，其次是斜接，最差是对接，所以要承受载荷的零件，一般采用搭接，搭接接头的装配与对接接头相比也比较简单。在生产实践中，焊件的搭接长度通常为钎焊金属厚度3倍以上，但一般不超过15mm,因为搭接长度超过15mm以上时，在钎焊操作时很难获得完美的钎缝。钎焊前，必须仔细地清除工件表面的氧化物、油脂、脏物及油漆等。因为熔化了的钎料不能润湿未经清理的零件表面，也无法填充接头间隙。有时为改善母材的钎焊性及提高接头的耐蚀性，钎焊前还必须将零件预先镀覆处理。工件表面处理的方法：1）用有机溶剂去除油污，如用酒精、四氯化碳、汽油等。小批生产时，可将零件浸在有机有机中清洗干净；2）清除氧化物：可用机械法、化学浸蚀法和电化学浸蚀法清除。机械法可用锉刀、金属刷、砂纸、砂轮、喷砂等去除氧化膜；其中锉刀或砂纸清理可用于单件或小批生产，清理时形成的沟槽还有利于钎料的润湿和铺展；量生产时可用砂轮、金属刷等方法；化学浸蚀法适合批量生产，且生产率高，但在去氧化过程要防止工件表面的过浸蚀。3）母材表面预镀覆金属，其主要目的是改善材料的钎焊性，增加钎料对母材的润湿能力，防止母材与钎料相互作用。钎料是形成钎料接头的填充金属。工件依靠熔化的钎料连接起来，钎料自身的性能及与母材间的相互作用，在很大程度上决定了钎料接头的性能。钎料应满足下列要求：1）具有合适的熔点，其熔点至少比母材熔点低几十度，否则钎焊很难控制，可能导致母材过烧、局部熔化等缺陷。2）要能与母材发生充分的熔解、扩散作用；3)具有稳定均匀的成分；4）所得到的接头应满足产品的技术要求；5）要有良好的经济性；6）具有可加工变形能力，以便于制成各种形状（丝、棒、片、粉状、膏状等）7）具有良好的润湿性，能充分填满钎缝间隙；8）具有安全性，无毒，少用重金属物质。按熔点的高低，钎料可分为软钎料和硬钎料。通常把熔点低于450度的钎料称为易熔钎料，俗称软钎料，熔点高于450度的钎料称为难熔钎料，俗称硬钎料。软钎料有锡铅、铅基、镉基等合金；软钎料主要用于焊接受力不大和工作温度较低的工件，常用的且应用最广的软钎料是锡铅钎料。硬钎料有铝基、银基、镍基等，主要用于焊接受力较大、工作温度较高的工件，如硬质合金刀具等常用的硬钎料有铜基钎料、银基钎料、铝基钎料和镍基钎料等。我公司用的是银基钎料，其熔化温度为600～970度，我公司用钎料型号为HYAg60和HYCuAg25g两种。银基钎料可用来钎焊除铝和镁以外的绝大多数金属，是应用最广泛的一类硬钎料，其熔点不太高，能润湿很多金属，有良好的导电性、导热性。较高的强度和塑性，以及优良的耐蚀性，也因此我公司多用银基钎料。1）充分利用钎料的重力作用和毛细作用来促进填满缝隙。2）加热过程中，钎料应紧贴于母材。3）将钎料做成合理的形状，放在稍高于间隙的部位，避免流失。4）防止钎料大量堆积，引起熔蚀和不必要的浪费。5）膏状钎料应直接涂在钎焊处，粉状钎料可用粘结剂调合后粘附在接头上。钎剂是钎焊过程中的熔剂，与钎料配合使用，促进钎焊接头的形成。钎剂的主要作用有：1）去膜作用。去除熔融钎料和母材表面的氧化膜。2）保护作用。以液态薄膜状态将钎料和母料保护起来。3）活化作用。改善钎料地母材的润湿性。钎剂分为软钎剂和硬钎剂，也即与软钎料配合使用的钎剂是软钎剂，与硬钎料配合使用的钎剂是硬钎剂。软钎剂熔点一般低于600度，硬钎剂熔点均在600度以上。现有硬钎剂主要是以硼砂、硼酸及它们的混合物作为基体。硼砂和硼酸作钎剂存在以下缺点：A)活性温度高，都要800度经上，只能配合铜基钎料使用；B)去除氧化物的能力不强；C)残渣对金属的腐蚀作用虽然不大，但在接头表面形成玻璃状硬壳，不溶于水，也难用机械方法清除干净。我公司常用钎剂为特殊用途钎剂，其型号为QJ102,可与熔化温度大于630度的钎料配合使用。1.火焰钎焊火焰钎焊是用可燃所体或液体燃料的汽化产物与氧或空气混合燃烧所形成的火焰来进行加热，完成钎料熔化和流动，并最终形成钎焊接头的一种焊接方法。火焰钎料的主要工具是钎具，和气焊具一样，它的作用是使可燃气体与氧或空气按适当比例混合后从出口喷出、烯烧形成火焰。火焰钎焊的特点：1）在空气中完成，不需要保护气体，一般要钎剂2)设备简单，投资低。3）工艺方法灵活方便，易实现自动化。4）钎料的范围选择广，既可以是软钎料，也可以是硬钎料。5）手工操作加热温度难掌握，要求工人有较高的技术。6）钎料可以被预置，也可加热到合适温度后送进。7）接头表面有钎剂残渣和热垢，会引起潜在的腐蚀。8）如果采用钎剂，容易产生接头气空。9）它是一个局部加热过程，可能在母材中引起应力或变形。2.电阻钎焊电阻钎焊，又称接触钎焊，是利用电流通过工件或与工件接触的加热块所产生的电阻热加热工件和熔化钎料，并在钎焊处施加一定压力，得到焊接接头的一种钎料方法。电阻钎料的特点如下：1）直接加热型电阻钎焊在钎焊时，不能使用绝缘的固态钎剂，一般采用钎剂和气体介质去膜。2）当必须采用钎剂时，应以水溶液或酒精溶液形式使用。3）电阻钎焊最适于采用箔状钎料，可以直接放在零件的钎焊面之间。4）加热十分集中，对周围的热影响小，加热迅速，生产率高。5）常采用在钎焊面预先镀覆钎料层的工艺措施。6）工艺较简单，劳动条件好，而且过程容易实现自动化。3.感应钎焊感应钎料是把工件的待焊部分放置于交流电产生的交变磁场中，通过感应电流的电阻热加热母材并完成焊接的一种焊接方法。分为手工感应钎焊、半自动感应钎焊和自动感应钎焊三种。感应钎焊有如下特点：1）充分利用局部加热的方式对工件进行加热，减少了构件在焊接过程中的性能变化。2）加热速度快，生产率高。3）对钎料有特殊要求。4）在特殊工况条件下，钎焊和淬火可以在单一的感应加热过程中同时完成。5）可减少和简化夹持工装。6）工艺循环精确稳定，一致性强，可形成平整、光滑、均匀的焊接接头。7）广泛用于焊接铜与铜合金、高温合金等具有对称形状的工件。8）设备复杂，投资高。感应圈与工件的耦合对中热和影响很重要，耦合越紧，加热效率越高，加热均匀程度也越好。感应圈大部分由铜管制成，钎焊时在内部通以流动的冷却水。一般情况下，感应圈与工件的距离为3～6mm.焊接接头产生缺陷原因如下：1）接头设计不合理，装配间隙过大或过小，装配零件歪斜。2）钎剂不合理，如活性差，钎剂填隙能力差等。3）钎料选用不当，如钎料的润湿作用差，钎料量不足。4）钎料安置不当。5.钎焊前准备工作不佳，如清洗不净等。6）钎焊温度过低或分布不均匀。钎焊接头缺陷的检验方法楞分为无损（非破坏性）检验和破坏性检验。1）外观检查。用肉眼或低倍放大镜检查钎焊接头的表面质量。如钎料是否填满缝隙，表面是否光滑、是否有裂纹、气孔等其它外部缺陷。2）表面缺陷检验。包括荧光检验、着色检验和磁粉检验。用于外观检查发现不了的钎缝缺陷。荧光检验用于小型工件检验，大工件则用差色检验法，磁粉检验只用于磁性金属。3）内部缺陷检验。采用一般X射线、γ射线和超声波进行致密性检验。可显示钎缝中的气孔、夹渣、未钎透，以及钎缝和母材的开裂。我公司常采用外观检验及对焊接进行破坏性试验。