10铜及铜合金的钎焊

有色金属的钎焊nonferrousmetal有色金属•在许多应用场合选用有色金属,这是因为他们具有很独特的性能,这一类金属通常具有卓越的抗腐蚀性和成形能力.•纯铜和纯铝的钎焊性良好,它们的合金,尤其是一些铝合金,由于成分造成不均匀的氧化膜,通常阻碍了钎料的润湿,钎焊有一定难度.通过采用适当工艺措施,铝合金钎焊仍然能够得到满意的结果.铜及铜合金钎焊Copperandcopperalloybrazing铜及铜合金•铜是人类最早发现的古老金属之一，早在三千多年前人类就开始使用铜及铜合金。战国时代周礼·考工记金有六齐：六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一,谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一,谓之大刃之齐;五分其金而锡居二,谓之削杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐。”铜阳燧铜及铜合金吴王夫差鉴铜及铜合金•自然界中的铜分为自然铜、氧化铜矿和硫化铜矿。自然铜及氧化铜的储量少，现在世界上80%以上的铜是从硫化铜矿精炼出来的，这种矿石含铜量极低，一般在2-3%左右。铜及铜合金•铜及铜合金通常可分为紫铜、黄铜、白铜、青铜。•黄铜是铜与锌的合金，在其中添加锡、铅、铁、锰、硅或铝等元素后则分别称为锡黄铜、铅黄铜、铁黄铜、锰黄铜等。•除以镍作为主要合金元素的称为白铜•除此之外为青铜，铝青铜、硅青铜、铍青铜、铅青铜等。纯铜•纯铜具有面心立方晶格，无磁性,无同素异构转变，密度8.96g/cm3,熔点1083℃，导电性导热性及抗大气腐蚀性能优良，塑性好延伸率≥40%，易冷热变形加工，虽强度硬度低，但可通过冷变形强化予以提高。•用途:各种导线、电缆、导电牌、电器开关等导电器材和各种冷凝管、散热管、热交换器、真空电弧炉的结晶器等。导电器材用量占铜材总量一半以上•T1、T2、T3，数字增加表示纯度降低紫铜铜合金-黄铜•普通黄铜塑性好，适于制造形状复杂，耐腐蚀的冲压件，如弹壳、散热器外壳、导管、雷管等。加入其他元素的特殊黄铜，加入Si、Al、Sn提高耐蚀性，加入Pｂ改善切削加工性能，加入Fe、Mn细化晶粒。铜合金-青铜•在青铜名字前冠以第一主要添加元素的名。•锡青铜的铸造性能、减摩性能好和机械性能好，适合於制造轴承、蜗轮、齿轮等。•铅青铜是现代发动机和磨床广泛使用的轴承材料。•铝青铜强度高，耐磨性和耐蚀性好，用於铸造高载荷的齿轮、轴套、船用螺旋桨等。•铍青铜和磷青铜的弹性极限高，导电性好，适於制造精密弹簧和电接触元件，铍青铜还用来制造煤矿、油库等使用的无火花工具。铜合金-青铜安蒂基西拉机器铜合金-白铜•以镍为主要添加元素的铜合金。•铜镍二元合金称普通白铜﹔加有锰﹑铁﹑锌﹑铝等元素的白铜合金称复杂白铜。•工业用白铜分为结构白铜和电工白铜两大类。•结构白铜的特点是机械性能和耐蚀性好﹐色泽美观。这种白铜广泛用於制造精密机械﹑眼镜配件、化工机械和船舶构件。•电工白铜一般有良好的热电性能。锰铜﹑康铜﹑考铜是含锰量不同的锰白铜﹐是制造精密电工仪器﹑变阻器﹑精密电阻﹑应变片﹑热电偶等用的材料白铜钎焊特点•紫铜形成两种氧化物：Cu2O和CuO。室温下铜表面为Cu2O所覆盖，而高温下的氧化皮分为二层，外层为CuO，内层为Cu2O。•对于黄铜来说，在含锌量低于15%，其氧化物由Cu2O组成。当Zn超过21%，由ZnO组成。锡青铜表面生成两种氧化物，内层SnO2,外层为铜的氧化物。硅青铜表面有Si的氧化物生成，铍青铜表面生成稳定的BeO,在铝青铜表面上可能生成Al2O3,铜镍合金氧化皮内层有ＮiＯ，这些氧化物中CuO的稳定性最小,最易还原.ZnO、NiO虽比氧化铜稳定，但也能去除。SiO2和BeO虽稳定，但也能通过钎剂去除。所以钎焊性很好，只有铝青铜，氧化物较稳定，固较难焊接。钎焊特点•铜与铜合金的可钎焊性一般好至优。除了上述表面氧化物的稳定性外，各种铜及铜合金还有其特性。有些可钎焊的合金也会遇到一些特殊的困难。•例如，某些含铅的合金可能形成粘液而影响润湿性，此外有些含锡合金如果在钎焊之前不进行消除应力，当受到快速局部加热时可能开裂。如含氧铜在含氢气氛中形成氢脆，黄铜钎焊时锌易蒸发。•许多铜合金，如黄铜、磷青铜、白铜等局部急速加热易使母材产生热裂纹及应力裂纹。•对铍青铜来说，最好强度是在760-780℃淬火及随后在300-320℃人工时效下得到。铜及铜合金的可钎焊性软钎料•应用最广的仍是锡铅钎料•其润湿性与铺展性随Sn量的增加而增加,用于食品工业或餐具的钎焊,含Sn量为95%以上.减少Pb.•S-Pb60Sn和S-Pb60SnSb广泛应用于散热器、管道、电气接头、家用制品、发动机部件。软钎料•用镉基钎料是软钎料中最耐热的，高达250℃，并耐蚀。•在界面上容易形成脆性的铜镉化合物，所以必须采用电阻钎焊等快速加热的方法。几种常用软钎料用于铜及黄铜软钎焊的接头强度。表9.1铜及黄铜软钎焊接头的强度软钎剂•用锡铅钎料钎焊铜时，可选松香酒精溶液或活性松香和ZnCl2+NH4Cl水溶液等无腐蚀性钎剂，后者还可用于黄铜、青铜和铍青铜的钎焊。•钎焊铝黄铜、铝青铜和硅黄铜时，钎剂可为氯化锌盐酸溶液。•钎焊锰白铜时，钎剂可选磷酸溶液。用铅基钎料钎焊时可用氯化锌水溶液作为钎剂，用镉基钎料钎焊时可采用FS205钎剂。硬钎料•四个系列:Cu-Zn、Cu-P、Cu-Ag-P、BAg以及BAu。•BCu，由于其液相温度高，只用于钎焊铜镍合金。铜-锌钎料•由于这种钎料的液相温度高、耐腐蚀性能差并且对过热敏感，所以在钎焊铜和铜合金时很少采用铜锌钎料。过热会引起锌蒸发并在接头中形成空穴。在实际应用中，如果耐腐蚀性不很重要，这些钎料可用于连接铜、铜镍合金、硅青铜和磷青铜。•这种钎料有时在连接铜与钢、不锈钢及镍合金中使用。一般说来，要用钎剂。铜-磷和铜-磷-银钎料•液相温度较低，当用于钎焊非合金铜时是有自钎剂作用的钎料，但是如果这些钎料用于钎焊特殊的铜及铜合金，由于不能还原合金元素的氧化物，一般要求采用钎剂。•BCu钎料不用于钎焊钹铜合金，这是由于接头中的钎缝金属气孔多，一般来说，它不适用于钎焊含镍量大于30%的铜镍合金。•钎料具有良好的耐蚀性，但它在高温含硫的气氛中会被严重地腐蚀。•成本较低。银合金钎料•银合金钎料钎焊温度较低，这使它们特别适用于钎焊有一定含锌量的铜合金（如黄铜），后者易于脱锌。•银合金钎料的耐蚀性属于好至优，但是含镉的银合金，由于镉的的剧毒性，故不应使用于钎焊乳品业、食品业、医药工业用的装置。•银合金钎料的主要缺点是成本高，但是这个缺点可以通过正确的设计接头而得以克服。•除了焊锂的钎料（及）外，所有的银钎料一般都需要钎剂，含锂钎剂有自钎剂作用，因为锂具有使母材表面上耐高温的氧化物在钎焊的温度下进行还原的能力。金合金钎料•金合金钎料，它非常贵重，一般只用于耐蚀性非常高以及用途非常特殊的场合，例如连接那些需要密封的真空管构件。•在这里金的蒸发压力低是有好处的。•金合金钎料的液相温度高，因而使它仅用于钎焊铜以及一些高熔点的铜镍合金。钎剂•除铝青铜外，钎焊所有的铜基合金要使用BCuP和BAg钎料，配套使用的AWS钎剂类型：FB3-A、FB3-C、FB3-E。•铝青铜上容易形成难熔氧化物，可采用更加活泼类型FB4-A565-870746-1160760-1200钎剂•3A类是一般用途的低温钎剂（565-870），适用于除含大量铝的铜合金外的所有铜及铜合金。适用于大多数铜磷合金以及大多数的银合金钎料。•3B类钎剂是3A类改进的，用于较高温度。工作温度为746-1160，这种钎剂可用于表1所列举的任何钎料。•第4类钎剂为钎焊含铝的铜合金专门制造的，它的工作温度和3A类钎剂相同。•第五类，其工作温度范围为760-1200，通常与铜锌钎料配合使用。其活性不如3B类钎剂，但它保持活性的时间更长些，而且费用更低些。气氛•燃烧的燃气在钎焊大多数铜基合金时是经济实用的保护气氛。•但是含有高氢含量的气氛不在此范围，不能使用于有氧铜，因为它们会导致母材发生脆性。•惰性气体（Ar和He），也包括N2可以使用于所有的铜基金属.•真空气氛适合于在钎焊温度下的合金没有高蒸发压力元素(Pb、Zn等)的铜和铜基合金。接头设计和钎焊方法•铜基金属的钎焊温度足以对它们进行退火，因此，接头的强度是以退火状态为基础设计的，0.03-0.13的接头间隙可以满足最大的接头强度和安全性。•如果使用搭接接头，它们能够补偿由于宽的间隙造成的强度变低问题。在这种接头形式中，钎焊面积至少达到三倍于最薄件截面积，将有助于满足部件的强度要求。•热膨胀系数：AlCu（奥氏体不锈钢）Ni碳钢铸铁钎焊方法•如果母材和钎料熔点接近或相互之间可溶，就不适合于钎焊。延长加热能够引起母材的过度侵蚀，导致母材熔点范围缩小。•当钎焊磷青铜、硅青铜和镍银时，加热应均匀以防止在冷加工材料时开裂。使用电阻焊、感应焊、浸渍焊，如果加热速度太快将产生热应力。•有氧铜暴露在含氢气，能够导致铜的脆性。无论是火焰钎焊还是还原气氛下要避免含氢气氛，以防破坏组件。氢脆对时间和温度很敏感。•含铅铜合金对铅的偏析敏感。•在氢气或惰性气体中钎焊含硫铜，因为硫的蒸发妨碍了铜表面的湿润性，也会带来麻烦。用途•各式交换器各件的钎焊件可能是铜与铜合金火焰钎焊应用最广的场所：包括冷凝器，蒸发器，空气调节器，散热器与冷冻机等产品都依靠铜的高导热系数。用火焰钎焊的还有电导热高的铜产品包括电动机的线圈，电抗器的线圈，开关，接触器及终段引线等。