钎焊YHTIAN.pptx

材料成型及控制工程1材料的工艺钎焊性n钎焊性n材料依靠钎焊获得优质连接接头的能力n冶金钎焊性n物理化学性能，特别是冶金性能n材料是否易与其他金属发生冶金反应n被钎料润湿的能力n与钎料牢固、可靠连接的能力n工艺钎焊性n对钎焊工艺的适应能力n材料的表面氧化膜特性n材料对钎焊加热的敏感性n材料与所用钎料、钎剂的相互作用特性材料成型及控制工程2第一节 铝及铝合金的软钎焊n铝和铝合金钎焊的问题n铝的表面氧化膜致密、稳定且熔点很高，难以去除n硬钎焊时，钎料熔点与母材相差不大，需要严格的温度控制n高温时表面颜色不变，手工火焰钎焊温度判断很困难n软钎焊，接头的抗腐蚀能力很差n钎剂具有强腐蚀性，钎焊后需要立即清除材料成型及控制工程3各类铝合金的软钎焊性n纯铝、铝锰合金n良好的软钎焊性n铝镁合金n用有机软钎剂时，钎焊性随含镁量增加而急剧下降n用反应钎剂时，与含镁量无关n铝硅合金n随含硅量增加，软钎焊性下降n表面致密的SiO2难以去除n热处理强化铝合金n过时效和退火，使接头软化，强度下降n晶间渗入现象材料成型及控制工程4铝合金含镁量对钎料铺展性的影响去膜机理不同，溶解氧化膜和与铝反应材料成型及控制工程5铝合金含硅量对钎料铺展性的影响材料成型及控制工程6铝合金软钎焊接头的抗腐蚀性n电化学腐蚀n钎料与母材的成分截然不同n有电解质存在时，界面处形成微电池n电极电位低的合金作为阳极被腐蚀金 属电极电位 V金 属电极电位 VZnAlCdFePb-1.10-0.83-0.83-0.63-0.55SnCuBiAgNi-0.49-0.20-0.18-0.08-0.07一些金属的电极电位材料成型及控制工程7铝合金软钎焊接头强度随时间的减弱材料成型及控制工程8Sn-Pb钎料钎焊铝时接头的电极电位分布腐蚀机理：Sn-Pb合金的电极电位高于铝，应该是铝被腐蚀。但实际上由于Sn-Pb钎料与铝之间的结合性很差，界面存在空隙和微孔，电极电位更低；且水汽在此积聚，导致接头在界面区很快腐蚀材料成型及控制工程9改善接头抗腐蚀性的方法n在钎料中加入Zn或者采用Zn基钎料n铝与锌互溶，增强了钎料与母材的结合n界面处的电极电位提高n在铝表面镀Cu或者Nin改善了润湿性和结合性n电极电位发生有利于抗腐蚀性提高的变化材料成型及控制工程10在Sn-Pb钎料中加入Zn提高抗腐蚀性的效果材料成型及控制工程11改善铝合金软钎焊接头抗腐蚀性的措施采用Zn基钎料材料成型及控制工程12采用镀层方法改善耐腐蚀性焊缝Al分布Ni分布Cu分布Sn分布Pb分布采用铜镀层的电极电位分布材料成型及控制工程13第二节 铝和铝合金的硬钎焊n铝合金的硬钎焊特性n纯铝和铝锰合金n良好的钎焊性能n铝镁合金n镁含量大于1.5%wt时，对焊接性产生很大的影响n镁含量增加，表面氧化镁增多，现有钎剂不能有效去除n超过2.5%时，钎焊很困难n硬铝合金n温度超过505C时，发生过烧，强度和塑性显著下降n缺乏合适的钎料n超硬铝在470C时就发生过烧，需要快速加热方法(浸沾钎焊)n锻铝nLD2的固相线温度593C，容易控制钎焊温度nLD6的固相线温度555C过烧敏感性大于LD2材料成型及控制工程14铝合金的硬钎焊工艺n钎剂n氯化物基钎剂使用广泛，但焊后必须仔细进行清洗n氟化物基钎剂无腐蚀性，但熔点高限制了使用n表面清洁度n要求高于其他金属n清理后的焊件应该尽快焊接n焊接方法n火焰钎焊n钎焊小型件和少量生产n避免使用氧-乙炔焰，因其中的杂质会使钎剂失效n温度很难掌握n炉中钎焊n通过温度控制系统可以较好地控制温度材料成型及控制工程15铝合金的浸沾钎焊n钎焊材料n由于熔盐的浮力和冲刷作用，不宜使用丝状、粒状的钎料n多采用膏状钎料、钎料箔状和敷钎料板n敷钎料板的钎料成分为铝硅亚共晶n合适的流动性，防止流失；对间隙和温度的要求精度较低n硅向基板扩散少，对机械性能影响不大n钎剂n氯化物基钎剂，氯化物基钎剂，同时作为熔盐n41%LiCl-51%KCl-KFAlF3，钎焊温度500560Cn34%LiCl-44%KCl-12%NaCl-KFAlF3，钎焊温度550620Cn钎剂要有足够的数量，避免因焊件浸入时温度下降过大此时钎剂中为什么不使用氯化锌？材料成型及控制工程16铝合金的浸沾钎焊工艺n预热n干燥，去除水分n使焊件温度接近钎焊温度，避免熔盐温度下降过多n预热温度范围：540560Cn钎焊n温度控制：在3C以内n钎焊温度根据材料的种类选择n时间：数分钟左右n浸入时工件应该以一个小角度进入熔盐中n工件厚、质量大的部分先进入；大焊件可采用多次浸入的方法n取出时要以微小倾角，缓慢平稳地吊离熔盐n清洗n彻底清洗残余钎剂材料成型及控制工程17铝和铝合金的真空钎焊n铝和铝合金真空钎焊的特殊性n真空+金属活化剂，如 铋、锶、钡、镁n镁作活化剂效果最好，镁蒸气压高n镁作为活化剂n纯镁颗粒或者镁蒸汽n镁作为合金元素加入铝硅铅料中，降低熔点n镁的添加量n镁含量增多，钎料流动系数提高n镁含量增加，形成Al-Mg-Si三元共晶，产生溶蚀n以11.5%为宜n添加0.1%的铋，减小钎料表面张力，改善润湿，降低对真空度的要求n镁作为活化剂去膜机理n镁蒸气与真空中残存的氧和水反应，消除对铝的有害作用n渗入母材表层，与扩散进去的Si一起，形成低熔Al-Mg-Si合金而熔化，破坏表面氧化膜与母材的结合材料成型及控制工程18第三节 碳钢和不锈钢的钎焊n钢的钎焊特点n铁的氧化物n-Fe2O3、-Fe2O3、Fe3O4、FeOn均为多孔、不稳定，容易被气体还原和被钎剂去除n良好的钎焊性n钎料n软钎料：以Sn-Pb钎料为主n硬钎料：铜基和银基钎料n铜基钎料n铜：接头强度由186196MPa提高到294343MPan接头间隙要小于0.05mmn黄铜：为防止锌的蒸发，应采用快速加热方法n银基钎料n用于重要的结构材料成型及控制工程19不锈钢的钎焊n不锈钢的钎焊特点n表面氧化膜复杂n除了Fe的氧化物外，还形成Ni、Cr、Mn、Ti的氧化物nCr2O3稳定性高，难以去除或者需要活性强的钎剂nTi的氧化物具有更高的化学稳定性n加热温度n1Cr18Ni9Ti晶粒长大温度为1150 C，高于此温度晶粒会剧烈长大n马氏体不锈钢n必须经过适当的淬火和回火才能获得优良的性能n钎焊温度或者与淬火温度相一致；或者低于回火温度n缺陷n黄铜钎焊1Cr18Ni9Ti时的自裂n镍基钎料钎焊时的间隙控制材料成型及控制工程20不锈钢的钎焊n钎料nSn-Pb钎料：软钎焊n硬钎焊n银基钎料nAg-Cu-Zn和Ag-Cu-Zn-Cd：高温性能差，用于工作温度不大于300C的焊件nAg-Cu-Li钎料：在气体保护下进行自钎剂钎焊，工作温度可达400Cn铜基钎料n纯铜：气体保护1Cr18Ni9Ti钎焊nCuNi30-Si2-B0.2：快速加热钎焊，避免晶粒明显长大(钎焊温度1200C)nCu-2a：CuNi18-Co5-Mn5-Si1.75-B0.2：熔点1050C。可避免晶粒长大材料成型及控制工程21不锈钢的钎焊nNi基钎料n可获得最好的高温性能n间隙对钎焊接头的力学性能有非常大的影响n原因n镍基钎料由于熔点调节的要求，含有较多的B、Si、C，钎料本身由多种金属间化合物组成。n钎焊时，这些元素向不锈钢中扩散。n间隙极小时，这些元素会全部扩散到母材中。钎缝组织为固溶体n间隙较大时，扩散路程长，元素来不及扩散。钎缝中留下连续的脆性层nC和B的原子直径小，且在晶界扩散，容易扩散nSi的原子直径大，主要为晶内扩散，扩散速度慢n所以含硅量高的BNi-5更容易出现连续的脆性相材料成型及控制工程22镍基钎料成分钎料牌号名义成分 wt%TmTbCrSiBFeCPNiBNi-1QNi-1BNi-2BNi-3BNi-4BNi-5BNi-6Bni-714.014.07.0-19.0-13.04.04.54.54.53.510.2-3.33.253.13.11.5-4.54.53.01.51.5-0.70.10.10.10.1-11.010.0余量余量余量余量余量余量余量余量97010361065970999981103698610551073113587589010651200110011501010117510101175106511751150120092510109251065硅原子直径大，难以扩散；含硼钎料有晶间渗入倾向；磷也难以扩散。材料成型及控制工程23间隙对不锈钢钎焊接头强度的影响材料成型及控制工程24间隙对不锈钢钎焊接头塑性的影响材料成型及控制工程25BNi-2钎料钎焊不锈钢接头的金相组织焊接参数：1050C/10min硼化铬相c)20m镍固溶体a)100m镍固溶体硼化镍相硼硅化合物b)50m镍固溶体化合物相材料成型及控制工程26BNi-5钎料钎焊不锈钢接头的金相组织a)100mb)50m焊接参数：1175C/10min材料成型及控制工程27不锈钢钎焊的最大间隙n最大间隙n不出现脆性金属间化合物层的间隙值n值越大，越容易实现装配n影响因素n钎焊温度：但温度太高容易造成晶粒急剧长大n保温时间：可以有效地增加最大间隙n钎料：含硅多的BNi-5(40m)和含磷的BNi-7(10m)要求更小的间隙n焊后热处理：可以降低装配间隙材料成型及控制工程28BNi-2钎料钎焊不锈钢接头的金相组织焊接参数：1120C/10min-1000C/1h扩散热处理间隙100m扩散处理有效地改善了接头组织焊接参数：1050C/10min材料成型及控制工程29接头强度特性零间隙不锈钢钎焊接头的高温强度特性