1、第第1212章章 钎焊钎焊 一、基本原理图12-1液滴在固体表面上的润湿铺展示意图二、影响钎料润湿性的因素图12-2钎料润湿性的影响因素(1)钎料与母材的成分若钎料与母材在液态和固态下均不发生物理化学作用，则它们之间的润湿作用就很差。(2)母材表面状态母材表面常常覆盖着油膜、油脂、很厚的氧化膜或大气尘埃，这些物质的存在就会导致钎料不能润湿母材，所以钎焊前必须去除母材表面的这些物质。(3)钎剂实际钎焊过程中金属母材表面上往往存在明显的氧化膜，并且在钎焊过程中金属母材还可能继续发生氧化现象，因此很多钎焊过程都使用钎剂。(4)钎焊温度温度对钎料润湿性影响很大。(5)钎焊时间钎焊时间对钎料润湿性的影响
2、也比较复杂，钎焊时间过短，钎料来不及铺展，因为润湿具有一个产生和发展的过程；但是随时间延长，有的钎料与母材之间可能还会产生润湿消退现象。(6)钎焊气氛金属母材表面氧化膜对钎料的润湿性存在严重的障碍，因此在钎焊金属时一般要去除金属母材表面的氧化膜。母材向钎料的溶解图12-5钎焊溶蚀缺陷a)溶蚀b)溶穿钎料组分向母材的扩散图12-12Al-28Cu-6Si钎料钎焊铝合金的微观组织三、三、 钎焊的原理及优缺点钎焊的原理及优缺点 1. 钎焊的原理钎焊的原理 钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件(母材)与钎料加热到高于钎料熔点，但低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材
3、相互扩散而实现连接焊件的方法。2、钎焊的优缺点、钎焊的优缺点与熔焊相比，钎焊有如下特点：1) 钎焊时，钎料熔化，焊件不熔化。焊接温度随所选用钎料不同从室温到接近母材熔化的大范围内变化。为了防止母材组织和性能变化，便可以选择熔点低的钎料进行钎焊，熔焊则没有这种选择余地。2) 钎焊时，焊件常整体加热或钎缝周围大面积均匀加热，因此焊件的相对变形量以及钎焊接头的残余应力都比熔焊小得多，易于保证焊件的精密尺寸。 3) 钎缝主要是靠液态钎料自动填满缝隙后凝固而成，只要钎料、钎剂和钎焊方法选择得当，就可以多条钎缝或大批量的焊件同时或连续进行钎焊，生产率很高。钎焊过程很少受焊件结构的开敞性和可达性的影响。4)
4、 由于钎焊反应只在母材数微米至数十微米以下界面进行，一般不牵涉到母材深层的结构，因此特别有利于异种金属之间，甚至金属与非金属之间、非金属与非金属之间的连接，这是熔焊方法做不到的。5) 钎缝的强度和耐热性都比母材金属低。为了弥补强度不足，常采用增大搭接面积来解决问题。因而钎焊接头较多地采用搭接接头使结构的重量增大，耗材较多。四、钎焊工艺四、钎焊工艺（一）钎焊接头设计（一）钎焊接头设计（1）钎焊接头形式）钎焊接头形式 钎焊接头形式较多，但常使用的有搭接、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，最差的是对接，所以承受载荷的零件，一般用搭接。对接只有在承受很小的厚壁构件中才
5、采用。薄壁零件钎焊时，可采用锁边接头以提高接头强度及密封性。 （2）搭接长度）搭接长度 搭接接头是钎焊常用接头，为了保证钎焊搭接接头与母材具有相等的承载能力，理论上可按下式计算搭接长度L 在生产实践中,搭接长度通常为钎焊金属厚度3倍以上，但却较少超过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。 bL （3）接头的装配间隙）接头的装配间隙 钎焊是靠毛细作用使液态钎料填满间隙的，因此必须正确选择接头的间隙。间隙的大小很大程度上影响钎缝的致密性和接头强度。间隙太小，妨碍钎料流入，造成钎缝内夹渣或未钎透；间隙过大，破坏钎缝的毛细作用，钎料不能填满间隙。 （二）钎焊前焊件的
6、表面处理和装配（二）钎焊前焊件的表面处理和装配（1）焊件的表面处理 焊件钎焊前焊件的表面处理包括去油、除氧化膜及焊件表面镀覆镀层。焊件表面镀覆镀层是为改善钎料对某些基体材料表面的润湿性，为防止焊件材料在钎焊过程中被严重氧化及钎料形成脆性化合物。（2）钎焊接头的固定 设计钎焊接头时必须考虑使焊前零件的装配与定位简便而又准确。 对于尺寸较大结构复杂的零件，一般采用专用夹具来定位与夹紧。这时接头设计不受限制，而对夹具则有较高的要求，如耐高温，抗氧化，具有足够的强度和刚性等。 （3）钎料的预置和定位 在接头设计时就必须确定用什么形状的钎料，以什么方式和方法向接头间隙进给钎料。通常气体火焰钎焊和烙铁钎焊
7、钎料是在钎焊时进给的，其它钎焊方法一般都是预先把钎料安置在接头上。 （三）对钎料的要求及钎料的分类（三）对钎料的要求及钎料的分类1、对钎料的要求、对钎料的要求 钎焊时用的填充金属称钎料。由于焊件是依靠熔化的钎料凝固后而被连接起来的。因此，钎焊接头的质量与性能在很大程度上取决于钎料。 为了满足工艺要求和获得高质量的钎焊接头，钎料必须满足下列基本要求：1) 应具有合适的熔点。钎料的熔点至少应比母材的熔点低4050。若两者熔点太接近，则钎焊过程不易控制，甚至可能引起母材过热或局部熔化。2) 应具有良好的润湿性，能充分填满接头间隙。3)与母材的物理化学作用应保证它们之间形成牢固的结合。4)成分稳定，尽
8、量减少钎焊温度下元素的损耗；少用或不用稀贵金属。5) 满足钎焊接头物理、化学和力学性能的要求。2、钎料的分类、钎料的分类 钎料按其熔化温度范围分为软钎料和硬钎料。前者熔点在450以下，后者熔点在450以上。 又根据组成钎料的主要元素把这两类又细分为各种基的钎料。 软钎料有：铋基、铟基、锡基、铅基、镉基、锌基等钎料。 硬钎料有：铝基、银基、铜基、锰基、镍基、金基、钛基等钎料。3、钎料的型号、钎料的型号 2.钎料的分类图12-15各种软钎料的熔点范围3.钎料的编号（四）钎剂（四）钎剂 钎焊时使用的熔剂称钎剂（钎焊焊剂）。它是保证钎焊过程顺利进行和获得致密接头不可缺少的焊接材料之一。1、钎剂的作用：
9、、钎剂的作用： 钎剂在钎焊过程中的作用： 1) 清除钎料和母材表面的氧化物； 2) 保护焊件和液态钎料在钎焊过程中免受氧化； 3) 改善液态钎料对焊件的润湿性。2、对钎剂的要求、对钎剂的要求1) 钎剂应能很好地溶解或破坏钎焊件和钎料表面的氧化膜；2) 钎剂的熔点和最低活化温度应稍低于(约低1030)钎料的熔化温度；3) 在钎焊温度下应粘度小，流动性好，能很好地润湿钎焊金属和减小液态钎料的界面张力。4) 钎剂及其清除氧化物后的生成物，密度小，有利于浮在表面呈薄层覆盖住钎料和钎焊金属，有效地隔绝空气，同时也易于排除，不致在钎缝中成为夹渣。5) 钎剂及其残渣对钎焊金属和钎缝的腐蚀性要小，其挥发物的毒
10、性小。3、钎剂的分类、钎剂的分类 钎剂的分类方法很多，通常分为：软钎剂、硬钎剂、铝合金钎剂及气体钎剂等。 不同的方法，要使用不同的钎剂。四、钎焊方法的分类钎焊方法主要是提供必要的热源，根据采用热源不同可分类为电弧钎焊、火焰钎焊、电阻钎焊、激光钎焊、电子束钎焊、超声波钎焊、红外钎焊、感应钎焊和浸渍钎焊(液体介质中钎焊)等。根据钎焊过程的保护环境进行钎焊方法分类，有保护气体钎焊和真空钎焊。这些保护环境可结合使用的加热设备来定义钎焊方法，如采用真空保护，可以结合炉中电阻加热，称为真空炉中钎焊，简称真空钎焊。真空钎焊结合高频感应加热方式，成为真空高频感应钎焊。1.烙铁钎焊烙铁是一种软钎焊工具。烙铁钎焊
11、就是利用烙铁工作部(烙铁头)积聚的热量来熔化钎料，并加热钎焊处的母材而完成钎焊接头的。最简单的烙铁是由一个作为工作部的金属块通过金属杆与手柄相连而成，本身不具备热源，需靠外部热源(如气体火焰等)加热，因此只能断续地工作。使用最广的一类烙铁是电烙铁，采用电阻热加热，有外热式和内热式两种。内热式电烙铁采用陶瓷加热器(把特殊金属化合物印制在耐热陶瓷上经烧制而成)，加热器寿命长，热效率高，小巧，特别适于钎焊电子器件，应用较广。用烙铁进行钎焊时，钎料常以丝材或棒材形式手工进给到接头上，直至钎料完全填满间隙，并沿钎缝另一边形成圆滑的钎角为止。烙铁钎焊时，一般采用钎剂去膜。钎剂可以单独施用，但在电子工业中多
12、以松香芯钎料丝的形式使用。2.火焰钎焊火焰钎焊是用可燃气体或液体燃料的气化产物与氧或空气混合燃烧所形成的火焰来进行钎焊加热的。它通用性大，设备和工艺过程简单，又能保证必要的钎焊质量；燃气来源广，不依赖电力供应，因此应用很广。火焰钎焊主要用于以铜基钎料、银基钎料钎焊碳钢、低合金钢、不锈钢、铜及铜合金的薄壁和小型焊件，也可用于铝基钎料钎焊铝及铝合金。3.电阻钎焊图13-1电阻钎焊原理图a)直接加热器b)间接加热器1电极2焊件3钎料4变压器4.感应钎焊图13-3感应加热设备原理图1变压器2整流器3振荡器4高频变压器5感应圈6焊件4.感应钎焊图13-4感应圈基本结构形式a)单匝感应圈b)e)多匝感应圈
13、f)单匝铜板感应圈g)双工位铜板感应圈h)扁平式感应圈i)传送带式扁平感应圈j)特殊外形双工位感应圈k)内热式感应圈4.感应钎焊图13-5转盘式自动感应钎焊装置5.浸渍钎焊 (液体介质中钎焊)图13-6内热式盐浴槽1炉壁2槽3电极4热电偶5变压器5.浸渍钎焊 (液体介质中钎焊)(2)熔化钎料中浸渍钎焊(金属浴钎焊)这种钎焊方法的过程是将经过表面清理并装配好的焊件进行钎剂处理，然后浸入熔化的钎料中。图13-7熔化钎料中浸渍钎焊1熔化的钎料2焊件6.炉中钎焊(1)空气炉中钎焊空气炉中钎焊就是把装配好的加有钎料和钎剂的焊件放入普通的工业电炉中加热至钎焊温度，依靠钎剂去除钎焊表面的氧化膜，钎料熔化后流
14、入钎缝间隙，凝固后形成接头。(2)保护气氛炉中钎焊保护气氛炉中钎焊亦称控制气氛炉中钎焊。图13-8保护气氛钎焊炉原理图1入口炉门2预热室3钎焊室4冷却室5出口炉门6气体入口7热电偶6.炉中钎焊图13-9钎焊容器结构图1保护气体进气管2工作气体出气管3容器4顶盖5砂封槽6.炉中钎焊(3)真空钎焊与设备真空钎焊是一种在真空保护环境下进行钎焊的一种方法，主要指的是真空炉中钎焊，用于钎焊那些难钎焊的金属和合金，如铝合金、钛合金、高温合金、难熔金属以及真空电子器件中的材料等，且不需使用钎剂。图13-10热壁真空炉示意图a)单容器b)双容器1炉壳2加热器3真空容器4反射屏5炉门6密封环7焊件8接扩散泵9接机械真空泵6.炉中钎焊图13-12蒸汽浴钎焊原理图1加热器2工作液体3工作蒸汽4辅助蒸汽5升降机构6冷却螺管7焊件五、特种钎焊方法与设备1.蒸汽浴钎焊2.红外线钎焊3.光束钎焊4.电子束钎焊5.激光钎焊
