第12章 釬焊工藝基礎(chǔ)

1、第第1212章章 釬焊釬焊 一、基本原理圖12-1液滴在固體表面上的潤(rùn)濕鋪展示意圖二、影響釬料潤(rùn)濕性的因素圖12-2釬料潤(rùn)濕性的影響因素(1)釬料與母材的成分若釬料與母材在液態(tài)和固態(tài)下均不發(fā)生物理化學(xué)作用，則它們之間的潤(rùn)濕作用就很差。(2)母材表面狀態(tài)母材表面常常覆蓋著油膜、油脂、很厚的氧化膜或大氣塵埃，這些物質(zhì)的存在就會(huì)導(dǎo)致釬料不能潤(rùn)濕母材，所以釬焊前必須去除母材表面的這些物質(zhì)。(3)釬劑實(shí)際釬焊過程中金屬母材表面上往往存在明顯的氧化膜，并且在釬焊過程中金屬母材還可能繼續(xù)發(fā)生氧化現(xiàn)象，因此很多釬焊過程都使用釬劑。(4)釬焊溫度溫度對(duì)釬料潤(rùn)濕性影響很大。(5)釬焊時(shí)間釬焊時(shí)間對(duì)釬料潤(rùn)濕性的影響

2、也比較復(fù)雜，釬焊時(shí)間過短，釬料來不及鋪展，因?yàn)闈?rùn)濕具有一個(gè)產(chǎn)生和發(fā)展的過程；但是隨時(shí)間延長(zhǎng)，有的釬料與母材之間可能還會(huì)產(chǎn)生潤(rùn)濕消退現(xiàn)象。(6)釬焊氣氛金屬母材表面氧化膜對(duì)釬料的潤(rùn)濕性存在嚴(yán)重的障礙，因此在釬焊金屬時(shí)一般要去除金屬母材表面的氧化膜。母材向釬料的溶解圖12-5釬焊溶蝕缺陷a)溶蝕b)溶穿釬料組分向母材的擴(kuò)散圖12-12Al-28Cu-6Si釬料釬焊鋁合金的微觀組織三、三、 釬焊的原理及優(yōu)缺點(diǎn)釬焊的原理及優(yōu)缺點(diǎn) 1. 釬焊的原理釬焊的原理 釬焊是采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件(母材)與釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)，但低于母材熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙，并與母材

3、相互擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)連接焊件的方法。2、釬焊的優(yōu)缺點(diǎn)、釬焊的優(yōu)缺點(diǎn)與熔焊相比，釬焊有如下特點(diǎn)：1) 釬焊時(shí)，釬料熔化，焊件不熔化。焊接溫度隨所選用釬料不同從室溫到接近母材熔化的大范圍內(nèi)變化。為了防止母材組織和性能變化，便可以選擇熔點(diǎn)低的釬料進(jìn)行釬焊，熔焊則沒有這種選擇余地。2) 釬焊時(shí)，焊件常整體加熱或釬縫周圍大面積均勻加熱，因此焊件的相對(duì)變形量以及釬焊接頭的殘余應(yīng)力都比熔焊小得多，易于保證焊件的精密尺寸。 3) 釬縫主要是靠液態(tài)釬料自動(dòng)填滿縫隙后凝固而成，只要釬料、釬劑和釬焊方法選擇得當(dāng)，就可以多條釬縫或大批量的焊件同時(shí)或連續(xù)進(jìn)行釬焊，生產(chǎn)率很高。釬焊過程很少受焊件結(jié)構(gòu)的開敞性和可達(dá)性的影響。4)

4、 由于釬焊反應(yīng)只在母材數(shù)微米至數(shù)十微米以下界面進(jìn)行，一般不牽涉到母材深層的結(jié)構(gòu)，因此特別有利于異種金屬之間，甚至金屬與非金屬之間、非金屬與非金屬之間的連接，這是熔焊方法做不到的。5) 釬縫的強(qiáng)度和耐熱性都比母材金屬低。為了彌補(bǔ)強(qiáng)度不足，常采用增大搭接面積來解決問題。因而釬焊接頭較多地采用搭接接頭使結(jié)構(gòu)的重量增大，耗材較多。四、釬焊工藝四、釬焊工藝（一）釬焊接頭設(shè)計(jì)（一）釬焊接頭設(shè)計(jì)（1）釬焊接頭形式）釬焊接頭形式 釬焊接頭形式較多，但常使用的有搭接、對(duì)接、斜接及T形接等四種基本形式。 搭接的接頭強(qiáng)度最高，其次是斜接，最差的是對(duì)接，所以承受載荷的零件，一般用搭接。對(duì)接只有在承受很小的厚壁構(gòu)件中才

5、采用。薄壁零件釬焊時(shí)，可采用鎖邊接頭以提高接頭強(qiáng)度及密封性。 （2）搭接長(zhǎng)度）搭接長(zhǎng)度 搭接接頭是釬焊常用接頭，為了保證釬焊搭接接頭與母材具有相等的承載能力，理論上可按下式計(jì)算搭接長(zhǎng)度L 在生產(chǎn)實(shí)踐中,搭接長(zhǎng)度通常為釬焊金屬厚度3倍以上，但卻較少超過15mm。因?yàn)榇罱娱L(zhǎng)度超過15mm以上時(shí)，在釬焊操作時(shí)很難獲得完美的釬縫。 bL （3）接頭的裝配間隙）接頭的裝配間隙 釬焊是靠毛細(xì)作用使液態(tài)釬料填滿間隙的，因此必須正確選擇接頭的間隙。間隙的大小很大程度上影響釬縫的致密性和接頭強(qiáng)度。間隙太小，妨礙釬料流入，造成釬縫內(nèi)夾渣或未釬透；間隙過大，破壞釬縫的毛細(xì)作用，釬料不能填滿間隙。 （二）釬焊前焊件的

6、表面處理和裝配（二）釬焊前焊件的表面處理和裝配（1）焊件的表面處理 焊件釬焊前焊件的表面處理包括去油、除氧化膜及焊件表面鍍覆鍍層。焊件表面鍍覆鍍層是為改善釬料對(duì)某些基體材料表面的潤(rùn)濕性，為防止焊件材料在釬焊過程中被嚴(yán)重氧化及釬料形成脆性化合物。（2）釬焊接頭的固定 設(shè)計(jì)釬焊接頭時(shí)必須考慮使焊前零件的裝配與定位簡(jiǎn)便而又準(zhǔn)確。 對(duì)于尺寸較大結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，一般采用專用夾具來定位與夾緊。這時(shí)接頭設(shè)計(jì)不受限制，而對(duì)夾具則有較高的要求，如耐高溫，抗氧化，具有足夠的強(qiáng)度和剛性等。 （3）釬料的預(yù)置和定位 在接頭設(shè)計(jì)時(shí)就必須確定用什么形狀的釬料，以什么方式和方法向接頭間隙進(jìn)給釬料。通常氣體火焰釬焊和烙鐵釬焊

7、釬料是在釬焊時(shí)進(jìn)給的，其它釬焊方法一般都是預(yù)先把釬料安置在接頭上。 （三）對(duì)釬料的要求及釬料的分類（三）對(duì)釬料的要求及釬料的分類1、對(duì)釬料的要求、對(duì)釬料的要求 釬焊時(shí)用的填充金屬稱釬料。由于焊件是依靠熔化的釬料凝固后而被連接起來的。因此，釬焊接頭的質(zhì)量與性能在很大程度上取決于釬料。 為了滿足工藝要求和獲得高質(zhì)量的釬焊接頭，釬料必須滿足下列基本要求：1) 應(yīng)具有合適的熔點(diǎn)。釬料的熔點(diǎn)至少應(yīng)比母材的熔點(diǎn)低4050。若兩者熔點(diǎn)太接近，則釬焊過程不易控制，甚至可能引起母材過熱或局部熔化。2) 應(yīng)具有良好的潤(rùn)濕性，能充分填滿接頭間隙。3)與母材的物理化學(xué)作用應(yīng)保證它們之間形成牢固的結(jié)合。4)成分穩(wěn)定，盡

8、量減少釬焊溫度下元素的損耗；少用或不用稀貴金屬。5) 滿足釬焊接頭物理、化學(xué)和力學(xué)性能的要求。2、釬料的分類、釬料的分類 釬料按其熔化溫度范圍分為軟釬料和硬釬料。前者熔點(diǎn)在450以下，后者熔點(diǎn)在450以上。 又根據(jù)組成釬料的主要元素把這兩類又細(xì)分為各種基的釬料。 軟釬料有：鉍基、銦基、錫基、鉛基、鎘基、鋅基等釬料。 硬釬料有：鋁基、銀基、銅基、錳基、鎳基、金基、鈦基等釬料。3、釬料的型號(hào)、釬料的型號(hào) 2.釬料的分類圖12-15各種軟釬料的熔點(diǎn)范圍3.釬料的編號(hào)（四）釬劑（四）釬劑 釬焊時(shí)使用的熔劑稱釬劑（釬焊焊劑）。它是保證釬焊過程順利進(jìn)行和獲得致密接頭不可缺少的焊接材料之一。1、釬劑的作用：

9、、釬劑的作用： 釬劑在釬焊過程中的作用： 1) 清除釬料和母材表面的氧化物； 2) 保護(hù)焊件和液態(tài)釬料在釬焊過程中免受氧化； 3) 改善液態(tài)釬料對(duì)焊件的潤(rùn)濕性。2、對(duì)釬劑的要求、對(duì)釬劑的要求1) 釬劑應(yīng)能很好地溶解或破壞釬焊件和釬料表面的氧化膜；2) 釬劑的熔點(diǎn)和最低活化溫度應(yīng)稍低于(約低1030)釬料的熔化溫度；3) 在釬焊溫度下應(yīng)粘度小，流動(dòng)性好，能很好地潤(rùn)濕釬焊金屬和減小液態(tài)釬料的界面張力。4) 釬劑及其清除氧化物后的生成物，密度小，有利于浮在表面呈薄層覆蓋住釬料和釬焊金屬，有效地隔絕空氣，同時(shí)也易于排除，不致在釬縫中成為夾渣。5) 釬劑及其殘?jiān)鼘?duì)釬焊金屬和釬縫的腐蝕性要小，其揮發(fā)物的毒

10、性小。3、釬劑的分類、釬劑的分類 釬劑的分類方法很多，通常分為：軟釬劑、硬釬劑、鋁合金釬劑及氣體釬劑等。 不同的方法，要使用不同的釬劑。四、釬焊方法的分類釬焊方法主要是提供必要的熱源，根據(jù)采用熱源不同可分類為電弧釬焊、火焰釬焊、電阻釬焊、激光釬焊、電子束釬焊、超聲波釬焊、紅外釬焊、感應(yīng)釬焊和浸漬釬焊(液體介質(zhì)中釬焊)等。根據(jù)釬焊過程的保護(hù)環(huán)境進(jìn)行釬焊方法分類，有保護(hù)氣體釬焊和真空釬焊。這些保護(hù)環(huán)境可結(jié)合使用的加熱設(shè)備來定義釬焊方法，如采用真空保護(hù)，可以結(jié)合爐中電阻加熱，稱為真空爐中釬焊，簡(jiǎn)稱真空釬焊。真空釬焊結(jié)合高頻感應(yīng)加熱方式，成為真空高頻感應(yīng)釬焊。1.烙鐵釬焊烙鐵是一種軟釬焊工具。烙鐵釬焊

11、就是利用烙鐵工作部(烙鐵頭)積聚的熱量來熔化釬料，并加熱釬焊處的母材而完成釬焊接頭的。最簡(jiǎn)單的烙鐵是由一個(gè)作為工作部的金屬塊通過金屬桿與手柄相連而成，本身不具備熱源，需靠外部熱源(如氣體火焰等)加熱，因此只能斷續(xù)地工作。使用最廣的一類烙鐵是電烙鐵，采用電阻熱加熱，有外熱式和內(nèi)熱式兩種。內(nèi)熱式電烙鐵采用陶瓷加熱器(把特殊金屬化合物印制在耐熱陶瓷上經(jīng)燒制而成)，加熱器壽命長(zhǎng)，熱效率高，小巧，特別適于釬焊電子器件，應(yīng)用較廣。用烙鐵進(jìn)行釬焊時(shí)，釬料常以絲材或棒材形式手工進(jìn)給到接頭上，直至釬料完全填滿間隙，并沿釬縫另一邊形成圓滑的釬角為止。烙鐵釬焊時(shí)，一般采用釬劑去膜。釬劑可以單獨(dú)施用，但在電子工業(yè)中多

12、以松香芯釬料絲的形式使用。2.火焰釬焊火焰釬焊是用可燃?xì)怏w或液體燃料的氣化產(chǎn)物與氧或空氣混合燃燒所形成的火焰來進(jìn)行釬焊加熱的。它通用性大，設(shè)備和工藝過程簡(jiǎn)單，又能保證必要的釬焊質(zhì)量；燃?xì)鈦碓磸V，不依賴電力供應(yīng)，因此應(yīng)用很廣?；鹧驸F焊主要用于以銅基釬料、銀基釬料釬焊碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅及銅合金的薄壁和小型焊件，也可用于鋁基釬料釬焊鋁及鋁合金。3.電阻釬焊圖13-1電阻釬焊原理圖a)直接加熱器b)間接加熱器1電極2焊件3釬料4變壓器4.感應(yīng)釬焊圖13-3感應(yīng)加熱設(shè)備原理圖1變壓器2整流器3振蕩器4高頻變壓器5感應(yīng)圈6焊件4.感應(yīng)釬焊圖13-4感應(yīng)圈基本結(jié)構(gòu)形式a)單匝感應(yīng)圈b)e)多匝感應(yīng)圈

13、f)單匝銅板感應(yīng)圈g)雙工位銅板感應(yīng)圈h)扁平式感應(yīng)圈i)傳送帶式扁平感應(yīng)圈j)特殊外形雙工位感應(yīng)圈k)內(nèi)熱式感應(yīng)圈4.感應(yīng)釬焊圖13-5轉(zhuǎn)盤式自動(dòng)感應(yīng)釬焊裝置5.浸漬釬焊 (液體介質(zhì)中釬焊)圖13-6內(nèi)熱式鹽浴槽1爐壁2槽3電極4熱電偶5變壓器5.浸漬釬焊 (液體介質(zhì)中釬焊)(2)熔化釬料中浸漬釬焊(金屬浴釬焊)這種釬焊方法的過程是將經(jīng)過表面清理并裝配好的焊件進(jìn)行釬劑處理，然后浸入熔化的釬料中。圖13-7熔化釬料中浸漬釬焊1熔化的釬料2焊件6.爐中釬焊(1)空氣爐中釬焊空氣爐中釬焊就是把裝配好的加有釬料和釬劑的焊件放入普通的工業(yè)電爐中加熱至釬焊溫度，依靠釬劑去除釬焊表面的氧化膜，釬料熔化后流入釬縫間隙，凝固后形成接頭。(2)保護(hù)氣氛爐中釬焊保護(hù)氣氛爐中釬焊亦稱控制氣氛爐中釬焊。圖13-8保護(hù)氣氛釬焊爐原理圖1入口爐門2預(yù)熱室3釬焊室4冷卻室5出口爐門6氣體入口7熱電偶6.爐中釬焊圖13-9釬焊容器結(jié)構(gòu)圖1保護(hù)氣體進(jìn)氣管2工作氣體出氣管3容器4頂蓋5砂封槽6.爐中釬焊(3)真空釬焊與設(shè)備真空釬焊是一種在真空保護(hù)環(huán)境下進(jìn)行釬焊的一種方法，主要指的是真空爐中釬焊