钎焊复习题答案

1钎焊复习题——0529101班第一章：1.用能量最小原理推导润湿角与材料表面张力、界面张力之间的关系公式太麻烦就没写，我有手写版的，大家互相问一下也行。2.推导钎料在平板间隙中上升高度与钎料表面张力、润湿角之间的关系同一水平面上的压力相等，所以得到液面上升高度为2111RRPLGcos2coscos)2()2()2()2(LGLGdRdPPhaθΔPRaghLGcos20gahLGcos223.评价钎料润湿性和铺展性能的方法1)润湿角测量一定体积的钎料采用相应的去膜措施在规定的温度保持一定的时间冷凝后切取横截面，测量润湿角2)铺展面积测量条件同上凝固后测量铺展面积3)沿T型试件的流动长度4)润湿力测量在试片浸入和拉出的期间测量作用在试片上的作用力，通过信号变换器在记录仪上作为时间的函数连续记录5)润湿角测量在试片浸入和拉出的期间测量试片上钎料的接触角并记录4.温度是如何影响钎料在母材上的润湿性的液体的表面张力与温度的关系Am：一个摩尔液体分子的体积；K：常数；T0：表面张力为零时的临界温度；τ：温度常数随着温度的升高，液体的表面张力减小，提高了润湿性温度升高，固液反应增强，界面张力减小温度升高过度，钎料铺展性太强，会造成钎料流失5.金属表面的氧化物是如何影响钎料的润湿性的填缝高度计算(续)aSPP0S1111S0S0’设S0’为参考点，其表面处的压力为大气压力aSPP'0S1的压力：大气压力+附加压力RPPaS1S0的压力：PS1+液柱高度产生的压力ghRPPaS0S0和S0’的处于同一高度，压力应该相等ghR2)cos(aR得到：gahcos2再由因此：aSPP0)(03/2TTKAm3金属表面上总是存在着金属氧化物，在有氧化膜的金属表面上，液态钎料往往凝聚成球状，不与金属发生润湿，这是由于表面氧化膜具有比金属表面更低的表面张力。6.如何通过合金相图判断材料之间是否可以润湿通过观察相图：1)如果钎料与母材在液态和固态均不相互作用润湿性很差Fe-Ag、Fe-Bi、Fe-Pb、Fe-Cd等2)如果钎料能与母材相互作用，则可以很好地润湿母材相互溶解形成金属间化合物Ag-Ni在1000°C时Ag在Ni中有3wt%左右的溶解度Ag在Ni上有一定的润湿性Ag可焊不锈钢Ag-Cu在779°C时在Ag在Cu中有8wt%左右的溶解度Ag在Cu上有很好的润湿性母材是合金的情况类似7.从母材溶解量的计算公式指出影响母材溶解的因素本质因素母材在钎料中的极限溶解量钎料组分在母材中的饱和固溶度金属间化合物工艺因素温度和时间溶解的计算Q：溶解量t：时间K：溶解速率δ：扩散层厚度S：液-固相接触面积a：溶解速度系数Cl：饱和溶解度C：母材在钎料中的浓度V：液态钎料的体积ρs：液态钎料的密度而VCQs所以)()(CCaSdtVCdls如果温度、钎料量、接触面积均为常数，则)(CCVaSdtdCls)1(tVaSlseVCQ)(CCaSdtdQl固液传质的动力学方程)(CCSKdtdQl4溶解量随温度成指数函数增加随时间的增加关系与钎料量有关钎料量预置定量钎料：溶解随时间增加达到饱和浸沾钎焊：溶解量一直增加8.钎焊接头的几个区域及形成；对接头性能的影响1)钎焊接头有三个区域组成：母材上靠近界面的扩散区，钎缝界面区和钎缝中心区。扩散区组织是钎料组分向母材扩散形成的；界面区组织是母材向钎料溶解，冷却后形成的。它可能是固溶体或金属间化合物；钎缝中心区由于母材的溶解和钎料的扩散以及结晶时的偏析，组织不同于钎料的原始组织。2)对接头性能的影响：一般情况下扩散区组织对性能的影响不大界面区组织对接头性能影响很大接头钎料合金部分与原始成分有很大的差异9.钎料合金成分对母材向钎料中的溶解的影响若钎料中含有母材的成分，则母材向钎料的溶解量减少钎料合金成分在母材中的饱和溶解度越大，则一定时间下母材的溶解量量越少若钎料中有与母材形成金属间化合物的组分，则金属化合物阻挡母材溶解，但当温度升高至金属间化合物熔化时，母材溶解加速10.如何从钎料合金成分抑制或改善接头金属间化合物层的生成在钎料中加入不与母材也不与钎料形成化合物的组分在钎料中加入与钎料而不与母材形成化合物的组分11.接触反应钎焊的原理若两种金属能形成共晶或形成低熔固溶体，则在他们接触良好的情况下加热到高于共晶温度或低熔固溶体熔化温度以上，依靠他们之间的相互扩散，在界面处形成共晶体或低熔固溶体，从而把二者连接起来。12.扩散钎焊的原理扩散钎焊得最根本特征是，在钎焊加热过程中钎缝间隙内形成的液态合金，不是像一般钎焊方法那样因随后降温凝固而形成钎缝，而是在高于钎料的固相线温度的条件下母材扩散区界面区中心区5长时间保温，是指等温凝固而形成钎缝的。钎缝等温凝固的机理是，在加热保温过程中，间隙中的钎料熔化后，随着母材的熔入和钎料中的低熔点组元或起降低钎料熔点作用的组元的散失，间隙中液态合金的固相线温度逐渐升高，当这种过程持续进行而使合金的固相线温度升高到超过加热温度后，合金及发生等温凝固。第二章：1.铅在锡铅钎料中的作用降低钎料的熔点提高钎料的润湿性提高钎料的机械强度防止钎料出现冷脆2.铝用软钎料的基本成分铝用软钎料可分为三类：低温软钎料，中温软钎料和高温软钎料。其中低温软铅料：在锡和锡合金中加入一些锌；中温软铅料：锡锌和镉锌系钎料，含锌量较高；高温软钎料：以锌为基体，加入少量的铝，银，铜等元素。3.铝硬钎料的基本成分铝及可和铝形成共晶的金属铝硅共晶、铝硅铜共晶牌号名称合金成分wt%Tm°CσbfMPaAlSiCuZnBAl88Si铝硅钎料余量12±1~~577~582147~157BAl67CuSi铝硅铜1号余量5.5~6.527~29~525~535脆性大BAl86SiCu铝硅铜2号余量9.3~10.73.3~4.7~520~585245~294HL403铝硅铜锌余量10±14±0.710±1516~560245~2944.钎料为什么大多数都是合金，纯金属是否可以作为钎料对钎料的基本要求：合适的熔点1.温度控制；组织控制；缺陷良好的润湿性与母材良好的冶金相互作用稳定性、均匀的成分2.元素挥发、成分偏析接头性能3.强度、导电性、导热性、抗腐蚀性等成本钎料大多采用合金是由于合金钎料能有效改善润湿性和调节焊接温度（例如锡铅钎合6金中加入铅的作用）；纯金属也可作为钎料，但其熔点较高，易形成金属间化合物，使接头性能下降，可选择性小。5.铜磷钎料作为自钎剂钎料的机理Cu-P钎料共晶成分8.38wt%磷熔点：714℃P2O5与氧化铜生成复合化合物，以液态覆盖母材表面，起保护作用，防止母才氧化。6.选择钎料的基本原则经济性：根据结构的重要性，选择成本最低的钎料合金接头性能：工作温度；强度；可靠性密封性：电真空器件；真空室导电性：锡基钎料、银基钎料工艺性：焊接温度对母材的影响与钎焊方法的匹配第三章：1.钎焊时去除氧化膜的必要性钎料难以润湿氧化膜，也难于与氧化膜形成牢固连接即使在焊前机械清除，会很快再生成焊接加热使氧化膜更快地重新生成表面氧化膜具有比金属表面更低的表面张力，影响钎料的润湿性2.常用的去膜方法钎剂去膜气体介质去膜机械方法和物理方法去膜3.钎剂的一般组成及作用钎剂由钎剂基体组分，去膜剂和活性剂三部分组成基体组分使钎剂具有一定的熔点其它组分的溶剂形成致密的保护膜硬钎剂：金属盐或金属盐系统：硼砂、碱金属或碱金属的氯化物软钎剂：高沸点的有机溶剂去膜剂溶解表面氧化膜碱金属和碱土金属的氟化物活性剂破坏氧化膜与金属的结合，加速氧化膜清除效果重金属的卤化物：氯化锌、氯化镉等等氧化物：硼酐等CuOPPCuO525527钎剂的作用清除母材和钎料表面的氧化膜保护表面不再氧化界面活性作用，促进钎料润湿4.可用作无机软钎剂的物质和其去膜机理1)组成无机酸：盐酸、氢氟酸、磷酸等以水溶液或酒精溶液形态使用，或与凡士林调成膏状使用特点去膜能力强具有很强的腐蚀性反应2)组成无机盐：氯化锌等以水溶液形态使用特点吸水性强；发生飞溅活性随浓度增高而提高，超过30%时饱和反应与水产生络合酸溶解金属氧化物5.氯化锌作为钎剂成分在钎焊钢时和钎焊铝合金时的不同作用1)氯化锌作为钎剂成分在钎焊钢时起去除氧化膜的作用，其作用机理如上题；2)氯化锌作为钎剂成分在钎焊铝合金时，属于铝用反应钎剂，钎焊加热过程中，氯化锌渗过氧化铝膜的裂缝与铝反应。去膜机理：重金属的氯盐与铝反应，破坏氧化膜与母材的结合AlCl3温度高于182°C时升华为气体，膜下外逸，促进氧化膜破碎氟化物溶解破碎的氧化膜Zn沉淀于铝表面，促进钎料润湿6.在松香中添加氯化锌的作用增强去膜能力7.硬钎剂的基本组成硼砂、硼酸及其混合体为基体碱金属或碱土金属的氟化物、氟硼酸盐，获得合适的活性温度、增加去膜能力8.硼酸的去膜机理；OHPOMePOHMeOOHMeFHFMeOOHMeClHClMeO22434322223)(2322][222OHZnClHOHZnClOHOHZnClFeOHZnClHFeO222][][2ZnAlClZnClAl3232328硼酸加热时分解，形成硼酐，其熔点是580°C硼酐与铜、锌、镍和铁的氧化物形成易溶的硼酸盐但在900°C以下时，硼酐的粘度很大，去膜能力也差一般不单独作为钎剂使用9.硼砂的去膜机理硼砂在741°C熔化，分解成硼酐和偏硼酸钠硼酐与金属氧化物形成易溶的硼酸盐偏硼酸钠与硼酸盐形成熔点更低的复合化合物硼砂的去膜能力强于硼酸但熔点较高，在800°C以下粘度大，流动性不好10.硼砂和硼酸单独作为钎剂时存在的问题活性温度高，只能配合铜基钎料使用不能去除Cr、Si、Al、Ti的氧化物残渣腐蚀性小，但不易清除11.铝用有机软钎剂的组成及其使用中的问题组成基体：三乙醇胺去膜剂：氟硼酸、氟硼酸胺活性剂：重金属氟硼酸盐问题不能保证钎料与母材的牢固连接；热稳定性差；无吸湿性，暴露于空气中逐渐干涸；作用过程中有大量气体生成，沸腾；12.铝用反应软钎剂的组成及其去膜机理组成基体：锌、锡等重金属的氯化物活性剂：钾、钠、锂的卤化物(一般为氟化物)去膜机理重金属的氯盐与铝反应，破坏氧化膜与母材的结合AlCl3温度高于182°C时升华为气体，膜下外逸，促进氧化膜破碎氟化物溶解破碎的氧化膜Zn、Sn沉淀于铝表面，促进钎料润湿OHOBBOH23233223232OBMeOOBMeO2327422NaBOOBOBNa22223222)()(2BOMeNaBOOBBONaMeOZnAlClZnClAl323232SnAlClSnClAl323232913.铝用氯化物硬钎剂的基本组成及其去膜机理组成基体：碱金属或碱土金属的氯化物的低熔点混合物NaCl,LiCl,KCl,CaCl,BaCl,SrCl,CuCl,MgCl调节熔点可以很好地在铝和氧化铝的表面铺展去膜剂：氟化物NaF,ZnF,LiF,KF,AlF3,Na2AlF6溶解氧化膜可使熔点增加，添加量有限活性剂：低熔点重金属的氯化物ZnCl2,SnCl2,CdCl2氯化物基铝硬钎剂去膜机理-1溶解作用氟化物有溶解铝氧化膜的作用氟化物添加量受熔点的限制破碎作用铝与氧化铝膜的热膨胀系数不一致，加热时氧化膜产生裂纹钎剂透过裂纹与铝发生反应氧化铝膜成碎片状进入熔化的钎剂，更容易溶解钎剂可以从铝与氧化铝膜之间渗入铝与氯产生AlCl3气体，使氧化膜脱离并破碎重金属的析出沉积在铝表面，改善润湿铝在锌内的溶解度很高，容易造成溶蚀氯化物基铝硬钎