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钎焊

/brazing/
条目作者张丽霞

张丽霞

最后更新 2023-03-30
浏览 201
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用比母材熔点低的钎料与工件同时加热,使钎料熔化后润湿母材并填充工件接口间隙,实现钎料与母材相互扩散形成连接的焊接方法。

英文名称
brazing
所属学科
冶金工程

焊接时,钎料熔化为液态而母材保持为固态。基本过程为:预置的钎剂在加热熔化后流入母材间隙,并与母材表面氧化物发生物理化学作用,以去除氧化膜,为钎料填缝创造条件。随着加热温度的继续升高,钎料开始熔化并润湿、铺展,同时排除钎剂残渣。在液态钎料的作用下,小部分母材溶于钎料,同时钎料扩散浸入母材中,并在固-液界面发生复杂的化学反应。当钎料填满间隙并保温一定时间后,开始冷却凝固形成钎焊接头。

同熔焊相比,钎焊的优点是:①钎焊加热温度较低,对母材组织和性能的影响较小。②钎焊接头平整光滑,外形美观。③工件变形较小,尤其是采用均匀加热的钎焊方法,工件的变形可减小到最低程度,容易保证工件的尺寸精度。④一次可焊成几十条或成百条钎缝,生产率高。⑤可实现异种金属或合金、金属与非金属的连接。

钎焊的缺点是:①钎料与母材的成分和性质难以非常接近,有时相差甚远,例如用重金属钎料钎焊铝,接头与母材间会产生不同程度的电化学腐蚀。②钎焊接头的强度一般比较低,耐热性能较差。③若采用搭接接头,易增加母材消耗量和结构重量。

按照钎料的熔点,可分为软钎焊硬钎焊相应的钎料分别称为软钎料和硬钎料。软钎料主要有锡铅合金、锡银合金、锡银铜合金、锡铜合金、锡锌合金等,硬钎料主要有铜锌合金、铜磷合金、银基钎料、铝基钎料和镍基钎料等。

按照钎焊温度,可分为高温钎焊、中温钎焊和低温钎焊。这种高、中、低温的划分是相对于母材熔点的温度分界的。例如,对于钢来说,加热温度高于800℃称为高温钎焊,加热温度在550~800℃称为中温钎焊,加热温度低于550℃称为低温钎焊;但对于铝合金来说,当加热温度高于450℃称为高温钎焊,加热温度在300~450℃称为中温钎焊,加热温度低于300℃称为低温钎焊。

按工作过程分为接触反应钎焊和扩散钎焊。接触反应钎焊是利用钎料与母材反应生成液相填充接头间隙;扩散钎焊是增加保温扩散时间,使焊缝与母材充分均匀化,从而获得与母材性能相同的接头。

按照去除母材表面氧化膜的方式,可分为钎剂钎焊、无钎剂钎焊、自钎剂钎焊和刮擦钎焊等。

按照接头形成的特点,可分为毛细钎焊和非毛细钎焊。液态钎料依靠毛细作用填缝的焊接称为毛细钎焊,反之称为非毛细钎焊。

按照热源种类和加热方式,钎焊焊接方法可分为烙铁钎焊、火焰钎焊、电阻钎焊、感应钎焊、浸渍钎焊、炉中钎焊、电弧钎焊、红外钎焊、激光钎焊、气相钎焊及超声波钎焊等。①烙铁钎焊是使用烙铁进行加热的软钎焊。烙铁可用煤炉、木炭炉等加热,或用电加热,温度低,只适用于小件和薄件的软钎焊(图1)。②火焰钎焊是使用可燃气体火焰进行加热的钎焊,温度与所用气体有关,氧乙炔火焰的温度最高。较低温度可用压缩空气雾化汽油火焰和空气液化石油气火焰。③电阻钎焊和感应钎焊均靠电阻热进行钎焊,加热快,生产率高。两者的差别是电阻焊的电流直接由电极导入焊件,而感应钎焊是靠焊件放入或贴近通有交流电(常用高频电流)的线圈时所产生的感应电流。④浸渍钎焊是将焊件整体或局部待焊部位浸入熔化的盐浴槽中(盐浴钎焊)或熔化的钎料槽中(金属浴钎焊)进行钎焊,加热快且均匀,温度控制精确,生产率高。⑤炉中钎焊是将焊件放入电阻炉中加热钎焊,温度均匀,便于控温。按钎焊区的气氛组成,炉中钎焊可分为空气炉中钎焊、保护气氛炉中钎焊和真空炉中钎焊。空气炉中钎焊需用钎剂;保护气氛炉中钎焊的气体有保护和去除金属表面氧化膜的作用,但不适用于钎焊时能与其发生不利反应的活泼金属;真空炉中钎焊保护最好,并有净化材料表面的作用,但不宜用于钎焊含有大量易蒸发元素的材料。⑥电弧钎焊是以电弧为热源的钎焊方法(图2)。钎焊时,电弧在电极与焊件之间引燃,采用惰性气体进行保护,选取较低熔点的焊丝作为焊接材料,母材不熔化而通过熔化的焊丝把两种材料连接起来。根据电极采用的材料不同,电弧钎焊可以分为非熔化极惰性气体保护电弧钎焊(TIG钎焊)和熔化极惰性气体保护电弧钎焊(MIG钎焊);按使用电源性质的不同,电弧钎焊分为直流电弧钎焊、交流电弧钎焊、脉冲电弧钎焊和变极性电弧钎焊。⑦红外钎焊是利用红外线辐射来加热和熔化钎料的钎焊方法。可以分为红外线钎焊炉及小型红外线聚光灯钎焊。⑧激光钎焊采用激光束加热进行钎焊。由于热量集中,焊接速度快,因此焊件不易氧化、热影响区极小,焊件不会因受热的影响而变形。⑨气相钎焊是利用高沸点的氟系列碳氢化合物饱和蒸气的冷凝汽化潜热来实现钎焊,能精确控制温度,加热均匀,钎焊质量高。⑩超声波钎焊是利用超声波的振动使液态钎料产生空蚀过程而破坏焊件表面的氧化膜,使钎料能更好润湿母材的钎焊方法,可以在非真空的条件下不采用钎剂实现焊接。

图1 烙铁钎焊使用的烙铁图1 烙铁钎焊使用的烙铁

图2 电弧钎焊涡轮叶片图2 电弧钎焊涡轮叶片

钎焊工艺包括焊前工件表面处理、装配、安置钎料、钎焊、钎焊后处理等工序。焊前工件表面处理,包括脱脂和清除氧化皮,有时还需表面镀覆各种利于钎焊的金属。装配和固定焊件是为了保证焊件间的相互位置不变;安置钎料和钎剂到最佳位置,可以使液态钎料在纵横复杂的钎缝中获得最理想的走向。另外,当钎料在工件表面不流入钎缝时,需涂阻流剂,以规范钎料的流向。进行焊接时要正确选择焊接参数,包括钎焊温度、升温速度、保温时间、冷却速度等。钎焊后工件进行清洗,除去可能引起腐蚀的钎剂残留物或影响钎缝外形的堆积物。必要时,钎缝连同整个工件还要进行焊后镀覆,如镀其他金属保护层、氧化或钝化处理、喷漆等。

  • 张启运,庄鸿寿.钎焊手册.北京:机械工业出版社,2008.
  • 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册:焊接方法及设备.北京:机械工业出版,2016.

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