钎焊

第7章常用金属材料钎焊7.1碳钢、低合金钢的钎焊1.钎焊特点低碳钢生成四种氧化物：α-Fe2O3,γ-Fe2O3,Fe3O4(FeO﹒Fe2O3)和FeO。它们均是多孔和不稳定的，容易被还原性气体还原，也容易被钎剂所去除，因此，低碳钢的钎焊是容易实现的。低合金钢如合金元素相当低，则金属表面基本上是铁的氧化物。但随着合金元素含量的提高，还可能出现其它氧化物。对于经淬火和回火处理的低合金钢，在钎焊时应考虑退火软化的现象。2.钎料软钎焊通常用的最广的是锡铅钎料。为了减少或防止FeSn化合物的出现，应适当控制钎焊温度和保温时间。硬钎焊时，主要采用铜基钎料和银基钎料。纯铜钎料因熔点高，主要用于保护气体钎焊，钎焊时铁的溶入及铜的晶间渗入而合金化，使钎缝强度提高。钎焊间隙应小于0.05mm，以利填缝。黄铜钎料的熔点较低，钢不会晶粒长大，接头强度及塑性均好。为了防止Zn的蒸发，应快速加热，如火焰、感应、浸沾钎焊。银基钎料多用Ag-Cu-Zn和Ag-Cu-Zn-Cd系列钎焊重要的零件，其钎焊接头具有较高的强度和塑性。钎焊淬火的钢，应防止钎焊过程中发生退火现象，钎焊温度必须低于高温回火温度，则必须采用Ag-Cu-Zn-Cd钎料。3.钎剂软钎焊常用含有ZnCl2、NH4Cl的无机软钎剂；与铜基钎料匹配的钎剂是硼酸、硼砂类；与银基钎料相匹配的钎剂为硼酸、硼砂及氟化物的混合物，如QJ101、QJ102、QJ103等。4.钎焊工艺可采取各种钎焊方法进行钎焊。低碳钢保护气氛炉焊时，对气体的纯度要求不高，但对某些低合金钢钎焊时，不但需要纯度高的保护气体，有时还必须使用气体钎剂，如钎焊30CrMnSiA。7.2不锈钢的钎焊不锈钢主要分两类：奥氏体不锈钢这类钢强度不高，不能通过热处理强化，但塑性好，耐蚀性好。典型的是1Cr18Ni9Ti等。马氏体不锈钢这类钢可热处理强化，经淬火及回火得到综合性能。典型的有2Cr13、1Cr12Ni2W2MoV等。Cr17Ni2、1Cr13具有马氏体组织外，尚有一定量的铁素体，基本属马氏体型。1.钎焊特点1）表面氧化物复杂除铁外，还含有铬、镍、锰、钛、钨等元素，钢表面形成二价、三价的氧化物。其中Cr2O3是比较稳定的氧化物，较难去除。1Cr18Ni9Ti因含有少量的Ti，表面氧化物更稳定；2）钎焊加热温度的选择对非热处理强化的钎焊温度应使晶粒不致猛烈长大，如1Cr18Ni9Ti应在低于1150℃钎焊；对经淬火和回火的马氏体不锈钢，钎焊温度的选择更为严格，或选与淬火温度相适应或选择不高于它们的回火温度。3）其他问题如黄铜钎料钎焊时，出现自裂现象；用镍基钎料钎焊时的最小间隙问题等。2.钎料1）软钎料主要采用锡铅钎料钎焊不锈钢受载不大的零件。2）银基钎料广泛用于钎焊1Cr18Ni9Ti。由于熔点不太高，不会太大影响母材性能。由于母材含有Ti，也不会出现晶间腐蚀现象。采用含镍较多的银基钎料（如料315）钎焊不含镍的不锈钢，可减轻或消除接头在潮湿空气中发生的缝隙腐蚀，提高抗蚀性。钎焊马氏体不锈钢，为使母材不发生退火软化现象，需在不高于650℃钎焊，可选料312钎料。Ag-Cu-Zn钎料高温性能较差，一般用来钎焊300℃以下工作的焊件，Ag-Cu-Zn-Cd的高温性能更差。在保护气氛下钎焊，可选含Li的自钎剂钎料，接头可在400℃以下工作。3）铜基钎料纯铜主要用于气体保护钎焊1Cr18Ni9Ti。真空钎焊时，为防止Cu的蒸发，钎焊时间要短，或充以部分氩气。黄铜（如H62）钎焊不锈钢有自裂现象，建议少用。高温铜基钎料用来钎焊较高温度下工作的焊件。含高镍的高温铜基钎料因其熔点高，不宜采用炉中钎焊，而采用火焰、感应钎焊；含高锰的高温铜基钎料适合气体保护炉中钎焊马氏体不锈钢,钎焊温度为996℃（与其热处理淬火温度相适应）。用此钎料钎焊的工作温度可达538℃。4）锰基钎料常用来气体保护感应钎焊1Cr18Ni9Ti导管。使用多的有QMn4、QMn7和7号锰基钎料，其中后者的熔点低，钎焊温度仅1060℃左右，排除了晶粒长大和晶间渗入的可能性。5）镍基钎料可获得接头高温性能。间隙严重影响接头性能，“零”间隙时，Cr在Ni中呈固溶体组织；间隙为0.05mm时，出现脆性金属间化合物；0.1mm时，脆性相增多并形成明显的连续层，塑性、强度大大下降。原因是B、Si、C在钎焊时向不锈钢扩散。间隙小时，钎缝中这些元素含量少，且扩散距离短，易全部扩散，使钎缝组织获得α相；若间隙大，这些元素增多，扩散距离也增大，来不及全部扩散，在钎缝中间留下连续的脆性层。由于B、C原子半径小，易向母材晶间扩散掉，而Si原子半径大，主要向晶内扩散，速度慢，出现连续脆性相层。所以，镍基钎料钎焊不锈钢时，其间隙要小。3.钎剂为了去除Cr2O3，需用活性钎剂。锡铅钎料钎焊不锈钢需用氯化锌盐酸溶液或磷酸溶液；铜基钎料钎焊不锈钢则用硼酸、硼砂加氟化钙钎剂；Ag-Cu-Zn钎料钎焊不锈钢用QJ101、QJ102钎剂；Ag-Cu-Zn-Cd钎料钎焊不锈钢则用QJ103钎剂。4.钎焊工艺可采取烙铁、火焰、感应、炉中钎焊方法钎焊。保护气氛钎焊时，氢气纯度的要求视钎焊温度和母材成分而定，钎焊温度越低，要求氢气的露点越低；含Ti稳定剂时，露点必须低。氩气保护时，因其无还原作用，故应选用高纯度的氩气。采用氩气保护，高频钎焊可取得良好的质量。为去膜，可采用气体钎剂（如BF3）。含Li或B自钎剂元素的钎料时，有良好的铺展性。真空钎焊时，真空度视钎焊温度而定，钎焊温度高，则真空度可低些。7.3高速钢和硬质合金钎焊一、钎焊特点高速钢属工具钢类别，应用最广的是W18Cr4V。硬质合金是碳化钨粉末与钴及碳化钨、碳化钛粉末与钴的混合物，经压制成形后烧结而成。它们的钎焊主要用于刀具、量具、模具、采掘工具以及整体刀具的连接。高速钢刀片在淬火、回火后具有最大的硬度和耐磨性。W18Cr4V的淬火温度为1260～1280℃；W9Cr4MoV2为1240～1260℃，要求它们的钎焊温度必须与淬火温度相适应。硬质合金的线膨胀系数约为6×10-6/℃,而钢材的线膨胀系数为12×10-6/℃，因此，在钎焊后冷却时产生很大应力，而导致裂纹。二、钎焊材料由于铜、镍基钎料的熔化温度比高速钢的淬火温度低，不适合钎焊高速钢。为此钎焊高速钢有专门的钎料：一类为锰铁型钎料，主要组成为低碳、中碳锰铁和硼砂（钎剂）有时还加入少量的铜屑、玻璃等。钎料熔化温度为1250℃，由于收缩大，容易出裂纹。•另一类为含Ni、Fe、Mn、Si的特殊铜合金，用硼砂作钎剂，熔点为1220～1280℃。由于收缩小，钎后不易出裂纹。•硬质合金钎焊一般可用银基钎料和黄铜钎料。银基钎料中的料315因含镍而提高润湿性；料104黄铜钎料因含锰而提高润湿性及钎缝强度。银基钎料可配合QJ102钎剂；黄铜钎料可配合硼酸+硼砂的钎剂；含TiC高的刀片钎焊时，则用硼酸+硼砂+氟化钙的钎剂。•三、钎焊工艺•钎焊高速钢刀具时用焦炭炉较合适。当钎料熔化后，取出焊件，立即加压，以挤出多余钎料。凝固后进行油淬，然后，550～570℃回火。•硬质合金可采用火焰、感应、炉中、电阻、浸沾等方法钎焊。为了减少钎焊应力，防止产生裂纹，可在钎料片间夹补偿垫片（•银基钎料夹镍或铜片；铜基钎料夹镍铁合金片），焊后缓冷。7.4铝及其合金的钎焊钎焊难点：1.铝对氧的亲和力极大，很容易形成一层致密而化学稳定、熔点很高的氧化铝膜，阻碍钎料与母材的润湿和结合；2.硬钎焊时，由于钎料的熔点与母材相差不大，操作比较困难；对一些热处理强化的铝合金钎焊来说，易发生过时效或退火等软化现象；3.用软钎料钎焊时，因与母材的电极电位相差悬殊，使接头抗腐蚀性降低；4.施用的钎剂多具有腐蚀性，钎后应严格清除。一、软钎焊1.软钎焊性纯铝和铝锰合金钎焊性优良;铝镁合金的软钎焊性与含镁量有关，含镁量小于1.5%，钎焊性良好；大于1.5%时，用有机软钎剂钎焊比较困难，用高温软钎料和反应钎剂钎焊比较容易；铝合金的软钎焊性随含硅量的增加而下降；热处理强化的铝合金在300～420℃钎焊则会发生过时效和退火等现象；用低温软钎料钎焊时，接头强度低而不宜采用。2.钎焊工艺特点1）钎料2）钎剂常用的低温软钎剂有有机的剂204。使用时，钎料的润湿性并不太好，钎料难以填入间隙，但腐蚀性较弱。该钎剂只能用于钎焊温度低于275℃。钎焊温度高于275℃，必须采用反应钎剂。含有Sncl2的反应钎剂用于中温软钎焊；含有Zncl2的反应钎剂用于高温软钎焊。反应钎剂具有强烈的腐蚀性，残渣必须仔细清洗。3）钎焊方法多种钎焊方法可以进行铝的软钎焊。铝的低温软钎焊由于钎料、钎剂均不令人满意，生产中常采用在母材表面预镀金属的工艺（铜或镍），再进行软钎焊。低温软钎焊时，要注意加热温度过高而引起的钎剂失效。3.软钎焊接头的抗腐蚀性二、硬钎焊1.硬钎焊性纯铝和铝锰合金钎焊性优良;铝镁合金的硬钎焊性与含镁量有关，含镁量大于1.5%，钎焊性变坏；大于2.5%时，钎焊困难；硬铝钎焊性很差，主要问题是过烧；锻铝中LD2钎焊性较好，但需注意钎焊温度不超过固相线温度，钎焊时间尽量短，以免过烧；LD6的固相线温度比LD2更低，更应注意；铸铝ZL102因含硅量高，钎料润湿差，且必须在577℃以下钎焊；ZL202含铜量较高，固相线温度较低，更应注意过烧；ZL301含镁量高，不能钎焊。2.钎焊工艺特点1)钎料铝基铝硅系列钎料。2)钎剂目前常用的有氯化物型和氟化物型钎剂两类。氯化物型钎剂代表性的有QJ201、QJ207等。优点：①去膜活性好；②活性温度区间大；③与其匹配的钎料选择范围大。缺点：①钎剂易吸潮变质，不易存放；②母材易溶蚀；③残渣对接头有腐蚀。氟化物型钎剂代表性的有QF型。优点：①无腐蚀性，又称无腐蚀性钎剂；②去膜活性好；③钎剂不吸潮，易存放。④母材不易溶蚀；缺点：①熔点高，与其相匹配的钎料可选性范围小；②活性温度区间小。3)钎焊工艺与钎焊方法要点要求铝合金钎焊件表面的清洁度较其它金属高，因此，在钎焊前表面的化学清理很重要。一般可采用5～10%NaOH水溶液浸泡，后在15～20%HNO3水溶液中清洗，每道清洗工序间及最后需用清水冲洗，然后吹干。清理后的工件防止再污染，最好在６～８小时内钎焊。钎焊方法主要采用火焰、炉中、浸沾、气保护炉中及真空钎焊。使用含有ZnCl2的氯化物钎剂钎焊时，要防止溶蚀和气体的污染。火焰钎焊可用多种火焰，但尽量避免用氧乙炔焰。火焰应分散，均匀加热，避免火焰直接加热钎剂。高纯氮保护，运用少量氟化物钎剂的钎焊称为NOCOLOK法。7.5铜及其合金的钎焊一、铜及其合金的钎焊性•1.纯铜的钎焊性其氧化物易被还原清除，钎焊性好。•2.黄铜的钎焊性含Zn量超过20%，其氧化膜主要由ZnO组成。ZnO虽然比较稳定，但不难除去。•锰黄铜表面形成一层MnO,较难去除；铝黄铜有Al2O3,更难去除，必须采用特殊钎剂；铅黄铜的铅超过3%时，在钎焊时铅会渗出表面恶化钎料的润湿和填缝，且铅与钎料合金化形成脆性接头，铅黄铜还有自裂倾向。•3.青铜的钎焊性•各类青铜中，大部分氧化物容易去除，唯Al2O3难以去除。•硅青铜具有热脆性及在熔化钎料下的自裂倾向。•4.白铜的钎焊性这是一种铜镍合金，其氧化物均易去除。然而，应采取正确的工艺措施，防止在钎焊时产生自裂的可能性。•综上，除了含铝的铜合金外，铜和绝大部分铜合金都是容易钎焊的。•二、钎料•1.软钎料•Sn-Pb钎料用于工作在100℃以下接头。为了防止Cu6Sn5化合物，要注意控制钎焊温度和时间。•工作温度高于100℃的用HL605（Sn-Ag）或Sn-Sb、Sn-Ag-Sb钎料。•Cd基钎料钎焊接头的工作温度可达250℃，但因为Cd与Cu形成脆性较大的金属间化合物，故要控制钎焊温度和时间。•2.硬钎料•钎焊纯铜时，可采用黄铜、铜磷、银基钎料。•钎焊含锌高的黄铜时，主要采