焊接技师培训教材(钎焊)

（钎焊）焊接技师培训教材张明录1.钎焊原理2.钎剂分类3.钎料的分类4.钎焊工艺参数5.钎焊操作技术6.常见的钎焊接头缺陷提纲钎焊原理利用熔点比母材熔点低的金属作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料、但低于焊件熔化温度，并利用液态钎料润湿被焊金属表面，填充接头间隙并于液相与固相之间相互扩散而形成钎焊接头，钎焊是一种固相兼液相的焊接方法。钎焊工艺过程必须具备两个基本条件1.液态钎料能润湿钎焊金属并能致密的填满全部间隙（液态钎料对母材金属浸润和附着的能力称为润湿性）2.液态钎料与钎焊金属进行必要的物理、化学反应达到良好的金属间结合液态钎料填缝原理钎焊时，液态钎料是靠毛细作用在钎缝间流动，（液体在平行板间隙内自动上升或下降的作用叫毛细作用）液态钎料对钎焊金属的润湿性越好，则毛细作用越强，填缝会更充分，钎缝强度越高影响钎料润湿性的因素1.钎料和焊件金属成分的影响钎料和钎焊件在液态和固态不互熔，也不形成化合物，则它们之间的润湿性很差；若能互熔或形成化合物，则它们之间的润湿性就很好。2.钎焊温度的影响温度升高，可明显地改善润湿性，但温度过高，润湿性过大，会造成钎料流失，还会因润湿性过大而产生熔蚀现象。3.焊件表面清洁度焊件表面氧化物及油污等杂质会阻碍钎料与焊件的接触，使液态钎料聚成球状而很难铺展，钎焊时必须保证焊件接头处表面清洁。4.焊件表面粗糙度钎料在粗糙表面的润湿性比光滑面要好，这是由于纵横交错的纹路对液态钎料起到特殊的毛细作用。钎料与焊件金属的相互作用1.钎焊金属向钎料的溶解从宏观上看，钎焊过程中钎焊金属不熔化，但是从微观上看，钎焊过程中，在液态钎料和固态钎焊金属之间发生钎焊金属向钎料中溶解和钎料向钎焊金属扩散的相互扩散反应，钎焊金属在钎焊过程中向钎料的溶解，实为钎焊金属表面的微区熔化2.钎料组分向钎焊金属的扩散液态钎料填满钎焊金属间隙时，钎焊组分由于与钎焊金属组分的差别或浓度的差别，必然发生钎料组分向钎焊金属扩散的过程。扩散量大小主要与浓度梯度、扩散系数、温度和保温时间等因素有关。3.钎焊接头成分和组织由于钎料和钎焊金属之间的冶金反应，使钎焊接头（钎缝）具有化学成分和组织不均匀的特点。钎焊接头分扩散区界面区纤缝中心区（1）扩散区：主要由钎焊金属组成，也有从钎料扩散来的元素。（2）界面区：由钎焊金属向钎料溶解而形成的，成分的组织比较复杂。（3）纤缝中心区：主要由钎料组成，也有钎焊金属的溶解。1.软钎剂软钎剂指的是在450℃以下钎焊用的钎剂。2.硬钎剂硬钎剂指的是在450℃以上钎焊用的钎剂。3.专用钎剂专用钎剂是为那些氧化膜难于去除的金属材料进行钎焊而专门设计的钎剂。4.气体钎剂气体钎剂是一种特殊类型的钎剂，按钎焊方法可分为炉中钎焊用气体钎剂和火焰钎焊用气体钎剂两类。钎剂分类钎剂的性能在实际生产中，钎剂应满足哪些性能要求？1.去膜性能通过物理化学作用，钎剂应足以溶解或破坏母材和钎料表面的氧化膜。2.润湿和保护性能钎剂在钎焊温度范围内应该具有表面张力小、粘度低和流动性好的特点，以利于钎剂和液态钎料在母材表面的润湿和铺展；同时，钎剂及其作用产物的密度应小于液态钎料的密度，这样钎剂才能均匀地呈薄层覆盖在钎料和母材的表面，有效地隔绝空气，起到保护作用。3.熔化性能钎剂的熔点应低于钎料的熔点，且二者相差不能过大，这样才能保证钎剂在钎料熔化之前有效地发挥作用，去除钎缝间隙和钎料表面的氧化膜，为钎料的润湿铺展准备条件。4.热稳定性能钎剂在加热过程中应保持其成分和作用稳定不变，不致于发生钎剂组分的分解、蒸发或碳化而丧失其应有的作用。一般要求钎剂具有不小于100℃的热稳定温度范围。5.除渣性能钎剂及其作用产物的密度应小于液态钎料的密度，以利于液态钎料在填缝时将它们从间隙中排出，防止它们滞留在钎缝中形成夹渣。此外，钎剂在钎焊后所形成的残渣应当容易清除。6.腐蚀性和毒性钎剂及其残渣不应对母材和钎缝有强烈的腐蚀作用，也不应具有毒性或在使用中析出有害气体。事实上，实用的钎剂并不总能全面满足上述的性能要求，特别是在去膜能力和腐蚀作用两种性能之间往往存在难以克服的矛盾，通常只能在满足去膜能力要求的前提下依靠工艺措施来防止其腐蚀作用。钎剂的作用不同类型的钎剂，具有不同的基体组分。硬钎剂的基体组分多采用热稳定性较好的金属盐或金属盐系统，如：QJ101中的氟硼酸钾(KBF4)，QJ102中的氟化钾(KF)。钎剂中基体组分的作用是：使钎剂具有需要的熔点；起到溶解钎剂中其它组分的作用；铺展时形成致密的液膜，覆盖母材和钎料表面，防止空气的氧化作用。钎焊时大多数都采用常温下是固态，经加热后会熔化的粉末状钎剂。在钎焊生产中，把钎剂施加到接头上去的主要方法有三种：★用钎料丝随时蘸取填加到接头区；★预先调成糊状，用钎料丝端部蘸取填加到接头区；★焊前调成糊状，预先刷到钎料丝上。合理地使用钎剂根据GB/T6208－1995《钎料型号表示方法》的规定，钎料型号由两部分组成，中间用隔线“－”分开。第一部分用一个大写英文字母表示钎料的类型。如“S”表示软钎料；“B”表示硬钎料。钎料的分类钎料分类及表示方法牌号合金类型HL1××（料1××）HL2××（料2××）HL3××（料3××）HL4××（料4××）HL5××（料5××）HL6××（料6××）HL7××（料7××）CuZn合金CuP合金Ag基合金A1基合金Zn基、Cd基合金SnPb合金Ni基合金1、钎焊过程中，液态钎料在毛细填缝的同时就与母材发生相互作用，这种相互作用的推动力则来源于钎料与母材间的浓度梯度所造成的扩散。一种作用为母材向液态钎料中的溶解；二是钎料组分向母材中的扩散。2、冷却，形成钎焊接头。（性能取决于上述作用的结果）钎料的作用如何正确选择钎料应从经济角度、使用要求、钎料和母材的相互匹配、钎焊加热等方面进行综合考虑来确定。从经济角度出发，在能保证钎焊接头质量的前提下，应选用价格便宜的钎料。从使用要求出发，对钎焊接头强度要求不高的，可以用软钎料钎焊；对钎焊接头强度要求比较高的，则应用硬钎料钎焊。对在低温下工作的软钎料钎焊接头，应使用含锡量低，或添加有防止发生冷脆性元素（如锑）的钎料。钎料的选择选择钎料时必须考虑钎焊温度对母材性能的影响。对于异种材料的钎焊，应考虑不同材料的热膨胀系数的差别而引起的钎缝开裂等现象。对于陶瓷或硬质合金刀具的钎焊，上述问题尤为突出。应选用熔点低的钎料，对于异种母材，应选用膨胀系数介于两者之间的钎料。钎焊加热方法也影响钎料的选用。总之，钎料的选择是一个综合问题，应从经济观点设计要求母材性能及现有的钎焊设备等通盘进行考虑。1.母材和钎料的考虑母材及钎料的种类是选择钎剂首先应当考虑的因素。例如，用锡铅钎料钎焊铜时，可用活性较小的松香钎剂（有机软钎剂），钎焊钢时可用活性较强的氯化锌水溶液（无机软钎剂）；钎焊不锈钢时可选用活性很强的氯化锌盐酸溶液（无机软钎剂）。2.钎焊方法的考虑不同的钎焊方法对钎剂提出了不同的要求。如用电阻钎焊时，钎剂应具有一定的导电性；用浸粘钎焊时，钎剂应去除水分，以免沸腾和爆炸。3.钎焊温度的考虑钎焊温度是由母材和钎料决定的，钎剂的熔点应低于钎料的熔点，以使钎料在熔化前便由熔化的钎剂所覆盖，并为钎料的润湿铺展准备条件；为了防止钎剂的蒸发，钎剂的沸点应比钎焊温度高；否则氧化膜去除过早，随后还会重新生成，而钎剂已消耗完，这点对于钎焊时间长、加热速度缓慢的钎焊过程尤为重要。4.钎缝形状的考虑对于钎缝形状复杂的钎焊接头，由于钎焊后钎剂及其残渣不容易完全去除，因此应选择腐蚀性小且易去除的钎剂。对接、搭接、T型接、卷边及套接常用的钎焊接头的设计钎焊接头形式对钎焊接头质量的影响在实际的铜管套接钎焊生产中，当两个管子的径向间隙很小时，一般在0.05mm～0.25mm之间时，钎焊时都存在毛细作用。不同钎料、钎剂对钎焊接头设计的要求☆间隙的大小与钎料和母材的性质、钎焊温度、钎焊时间、钎料的安置等有直接关系。一般钎料与母材的相互作用较弱，则要求较小的间隙；母材与钎料的相互作用较弱，就要求较大的间隙。应该指出，这里所要求的间隙是指在钎焊温度下的间隙，与室温时不一定相同。☆用钎剂钎焊时，接头的间隙应选得稍大一些。因为钎焊时熔化的钎剂先流入接头，熔化的钎料后流进接头，将熔化的钎剂排出间隙。当接头间隙太小时，熔化的钎料难以将钎剂完全排出间隙，从而形成夹渣。真空或气体保护钎焊时，不会发生上述排渣的过程，接头间隙可选择稍小些。不同的母材应用不同的钎料时所选取的间隙值母材钎料间隙值（mm）碳钢紫铜钎料铜锌钎料银钎料锡铅钎料0.01～0.050.05～0.200.03～0.150.50～0.20不锈钢紫铜钎料银钎料锰基钎料镍基钎料锡铅钎料0.01～0.050.05～0.200.01～0.150.02～0.100.05～0.20铜和铜合金铜锌钎料铜磷钎料银钎料锡铅钎料0.05～0.200.03～0.150.05～0.200.05～0.20不同钎焊工艺对钎焊接头设计的要求1、火焰钎焊：间隙范围可略宽；2、炉中钎焊：间隙范围应严格控制；3、感应钎焊：间隙范围应适当。典型钎焊工艺示例钎焊工艺参数1．钎焊温度钎焊温度要高于钎料熔点25～60℃，镍基钎料应大于钎料液相线100℃。2．钎焊保温时间保温时间应使焊件金属与钎料发生足够的作用，钎料与基本金属发生作用强的保温时间可短一些，间隙大、焊件尺寸大的保温时间可长一些。钎焊接头的装配固定接头在钎焊过程中，特别是钎料开始流动时，必须保持设计时的正确位置。装配时为保证要求的间隙要用各种方法固定工件，如紧配合、点焊、铆焊及夹具定位等。套接长度一般套接长度在5～15mm，（壁厚大于0.6mm直径大于8mm的管件，其套接长度不应小于8mm）。套管长度过短，接头强度（主要指疲劳特性和低温性能）不够，更重要的是易出现焊堵现象。用于填缝的钎料，既可以在钎焊过程中送给，也可以在钎焊前预先放置。对于低生产率的钎焊方法，如烙铁钎焊和火焰钎焊，一般采用手工送给方式，使用棒状、条状和管状的钎料。对于高生产率的钎焊方法，如炉中钎焊方法等，广泛采用的是预先放置方式，使用丝状、条状、箔片状及膏状等形态的钎料。钎料的放置方式钎料在焊件上的预先放置方式有明置方式和暗置方式两种。一般而言，对于薄件或简单的钎焊面积不大的接头，宜采用明置方式；对于钎焊面积大或结构复杂的接头，宜采用暗置方式，并将钎料槽开在较厚的零件上。钎料的预先放置方式1．焊件表面及钎料表面应清理干净，接头间隙应适当，并考虑气体有效排出，否则容易产生气孔、未焊透。钎焊操作技术2.钎料流入间隙的方向与钎缝中气体或钎剂的排出方向3．焊后冷却太快，凝固过程中有振动，容易产生裂纹或气孔。4．焊接时间过长，温度过高，会使钎缝金属晶粒粗大，焊缝表面不光滑。钎焊焊接碳化焰或轻微氧化焰，焰心离焊件表面约15～20mm，用外焰进行加热，焊炬沿接头部分作上下摆动，使整个焊件加热均匀。当接头表面呈橘红色时，用钎料蘸上钎剂，沿钎接处涂抹，钎剂开始熔化流动，并填满间隙，随即加入钎料。若加热温度不足，钎料流动性差，间隙中的钎剂不能及时排出，形成钎剂夹渣，加热温度太高，钎焊中锌蒸发剧烈，产生气孔。钎料加入后，用外焰前后移动加热焊接部分（火焰不能直接指向钎缝），使钎料均匀渗入间隙。若钎料不能形成饱满的圆根时，可再加些钎料，火焰继续沿管件周围均匀加热，以便钎料均匀铺开，直到整个钎缝形成饱满的圆根为止。此后，还要再用火焰沿钎缝加热片刻，然后慢慢的将火焰移开。渗透良好，填缝良好焊后残留焊剂及熔渣对接头有腐蚀性，要在焊后8h内及时清理。松香钎剂不溶于水，用异丙醇、酒精、汽油、三氯乙烯等熔剂清除。有机酸和盐类组成的钎剂，因溶于水可将焊件放在热水中煮洗。凡士林调制的焊锡膏中有氯化锌，先用有机溶剂清除然后再用热水煮洗。碳钢钎焊用硼砂、硼酸钎剂，焊后成玻璃状，很难溶于水，应用吹砂机等机械方法清除，或在沸水中加入重铬酸钾溶液进行较长时间的煮洗。焊后清理钎焊管路时，常见的钎焊接头缺陷常见钎焊接头缺陷不致密性缺陷(钎缝泄漏)钎缝外观缺陷气孔钎剂夹渣未钎透无圆角溶蚀钎缝成形不好溶蚀(坑)溶穿(洞)咬边无圆角钎缝