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四、钎焊接头设计及焊前处理25
1、钎焊接头的形式25
2、钎焊接头的定位方法25
3、接头的装配间隙26
4、钎焊在各种接头钎缝中的流动性27
5、钎焊前焊件的表面处理27
6、焊件表面镀覆层27
五、火焰钎焊27
1、火焰钎焊的特点及应用27
2、火焰钎焊的优点与应用的限制因素28
3、火焰钎焊设备28
六、碳钢、低合金钢的钎焊32
七、铜及其合金的钎焊33
八、铝的钎焊36
1、钎料、钎剂的选择36
2、焊前准备…………………………………............………………………………........……36
3、钎焊步骤及方法.........……………………………..…………………..………..………….37
4、钎焊工装要求37
5、钎接接头质量分析及检验37
九、钎焊接头的质量检验..................................................................................................................38
十、安全技术39
十一钎焊实例40
一、前言
钎焊是三大焊接方法(熔焊、压焊、钎焊)的一种。
钎焊是采用比焊件金属熔点低的金属钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料、低于焊件熔化温度,利用液态钎料润湿焊件金属,填充接头间隙并与母材金属相互扩散实现连接焊件的一种方法。
钎焊与熔焊相比,有下列优点:
a)钎焊时焊件不熔化。
在大多数情况下,钎焊温度比焊件金属熔点低得多,因此,钎焊后工件组织和机械性能变化小,应力及变形小。
b)可以钎焊任意组合的金属材料,可以钎焊金属与非金属。
c)可以一次完成多个零件的钎焊或套叠式、多层式结构焊件的钎焊。
d)可以钎焊极细极薄的零件,也可以钎焊厚薄及粗细差别很大的零件。
e)可以将某些材料的钎焊接头拆开,重复进行钎焊。
钎焊的不足之处是:
a)钎焊接头的比强度较熔焊低,因此常用搭接接头型式来提高承载能力。
b)钎焊工件连接表面的清理工件和工件装配质量要求都很高。
钎焊,按所用的热源不同,可分为:
火焰钎焊、感应钎焊、烙铁钎焊、电阻钎焊及炉中钎焊等。
二、钎焊的基础知识
1.钎焊方法的分类
钎焊接头的质量与所选用的钎焊方法、钎焊材料(钎剂、钎料等)和工艺参数等有关。
按照不同的特征和标准,钎焊方法有以下几种分类方法。
①按照所采用钎料的熔点
可分为软钎焊和硬钎焊,钎料熔点低于450℃时称为软钎焊,高于450℃时称为硬钎焊。
②按照钎焊温度的高低
可分为高温钎焊、中温钎焊和低温钎焊,温度的划分是相对于母材熔点而言。
例如,对钢件来说,加热温度高于800℃称为高温钎焊,550~800℃之间称为中温钎焊,加热温度低于550℃称为低温钎焊;
但对于铝合金来说,加热温度高于450℃称为高温钎焊,300~450℃之间称为中温钎焊,加热温度低于300℃称为低温钎焊。
③按照热源种类和加热方法的不同
可以分为火焰钎焊、炉中钎焊、感应钎焊、电阻钎焊、浸渍钎焊、气相钎焊、烙铁钎焊及超声波钎焊等。
④按照去除母材表面氧化膜的方式
可以分为钎剂钎焊、无钎剂钎焊、自钎剂钎焊、气体保护钎焊及真空钎焊等。
⑤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入钎缝的情况称为毛细钎焊;
毛细作用在钎焊接头形成过程中不起主要作用的称为非毛细钎焊。
接触反应钎焊和扩散钎焊是最典型的非毛细钎焊过程。
⑥按照被连接的母材或钎料的不同
可分为铝钎焊、不锈钢钎焊、钛合金钎焊、高温合金钎焊、陶瓷钎焊、复合材料钎焊,以及银钎焊、铜钎焊等。
常用的钎焊方法分类、原理及应用见表1。
表1
常用钎焊方法分类、原理及应用
钎焊方法
分
类
原
理
应
用
烙铁钎焊
外热式烙铁
使用外热源(如煤气、气体火焰等)加热
适用于以软钎料钎焊不大的焊件,广泛应用于无线电、仪表等工业部门
电烙铁
普通电烙铁
靠自身恒定作用的热源保持烙铁头一定温度
带陶瓷加热器
可调温度
弧焊烙铁
烙铁头部装有碳头,利用电弧热熔化钎料
超声波烙铁
在电加热烙铁头上再加上超声波振动,靠空化作用破坏金属表面氧化膜
适用于铝、铝合金(含Mg多的除外)、不锈钢、钴、锗、硅等钎焊
火焰钎焊
氧乙炔焰
用可燃气体与氧气(或压缩空气)混合燃烧的火焰来进行加热的钎焊,火焰钎焊可分为火焰硬钎焊和火焰软钎焊
主要用于钎焊钢和铜
压缩空气雾化汽油火焰或空气液化石油火焰或煤气等
适用于铝合金的硬钎焊
炉中钎焊
空气炉中钎焊
把装配好的焊件放入一般工业电炉中加热至钎焊温度完成钎焊
多用于钎焊铝、铜、铁及其合金
保护气氛炉中钎焊
还原性气氛
加有钎料的焊件在还原性气氛或惰性气氛的电炉中加热进行钎焊
适用于钎焊碳素钢、合金钢、硬质合金、高温合金等
惰性气氛
真空炉中钎焊
热壁型
使用真空钎焊容器,将装配好钎料的焊件放入容器内,容器放入非真空炉中加热至钎焊温度,然后容器在空气中冷却
钎焊含有Cr、Ti、Al等元素的合金钢、钛合金、铝合金及难熔合金
冷壁型
加热炉与钎焊室合为一体,炉壁作成水冷套,内置热反射屏,防止热向外辐射,提高热效率,炉盖密封。
焊件钎焊后随炉冷却
感应钎焊
高频(150~700kHz)
焊件钎焊处的加热是依靠在交变磁场中产生感应电流的电阻热来实现
广泛用于钎焊钢、铜及铜合金、高温合金等的具有对称形状的焊件
中频(1~10kHz)
工频(很少直接用于钎焊)
浸渍钎焊
盐浴浸渍钎焊
外热式
多为氯盐的混合物作盐浴,焊件加热和保护靠盐浴来实现。
外热式由槽外部电阻丝加热;
内热式靠电流通过盐浴产生的电阻热来加热自身和进行钎焊。
当钎焊铝及铝合金时应使用钎剂作盐浴
适用于以铜基钎料和银基钎料钎焊钢、铜及其合金、合金钢及高温合金。
还可钎焊铝及其合金
内热式
熔化钎料中浸渍钎焊(金属浴)
将经过表面清洗,并装配好的钎焊进行钎剂处理,再放入熔化钎料中,钎料把钎焊处加热到钎焊温度实现钎焊
主要用于以软钎料钎焊铜、铜合金及钢。
对于钎缝多而复杂的产品(如蜂窝式换热器、电机电枢等)用此法优越、效率高
电阻钎焊
直接加热式
电极压紧两个零件的钎焊处,电流通过钎焊面形成回路,靠通电中钎焊面产生的电阻热加热到钎焊温度实现钎焊
主要用于钎焊刀具、电机的定子线圈、导线端头以及各种电子元器件的触点等
间接加热式
电流或只通过一个零件,或根本不通过焊件。
前者钎料熔化和另一零件加热是依靠通电加热的零件向它导热来实现。
后者电流是通过并加热一个较大的石墨板或耐热合金板,焊件放置在此板上,全部依靠导热来实现,对焊件仍需压紧
特种钎焊
红外线
钎焊
红外线钎焊炉
用红外线灯泡的辐射热对钎焊件加热钎焊
适于钎焊电子元器件及玻璃绝缘子等
小型红外线聚光灯
连接磁线存储器、挠性电缆等
氙弧灯光束钎焊
用特殊的反光镜将氙弧灯发出的强热光线聚在一起,得到高能量密度的光束作为热源
适于钎焊半导体、集成电路底板、大规模集成电路、电平表、磁头、晶体振子等小型器件以及其他微型件高密度的插装端子
激光钎焊
利用原子受激辐射的原理使物质受激面产生波长均一、方向一致以及强度非常高的光束,聚焦到105W/cm2以上的高功率密度的十分微小的焦点,把光能转换为热能实现钎焊
适用于钎焊微电子元器件、无线电、电信器材以及精密仪表等零部件
气相钎焊
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
往印刷电路板上钎焊绕接用的线柱,往陶瓷基片上钎焊陶瓷片或芯片基座外部引线等
脉冲加热
平行间隙钎焊法
利用电阻热原理进行软钎焊的方法,以脉冲的方式在短时间内(几毫秒~1s)供给钎焊所需热量
往印刷电路板上装集成电路块及晶体管等元件
再流钎焊法
通过脉冲电流用间接加热的方法在被焊的材料上涂一层钎料或在材料间放入加工成适当形状的钎料,并在其熔化瞬间同时加压完成钎焊
在印刷电路上装集成电路块、二极管、片状电容等元器件,以及挠性电缆的多点同时钎焊等
热压头式再流钎焊法
采用了热压头方式同时吸收了脉冲加热法的优点来实现钎焊
适于将大型的大规模集成电路或漆包线等钎焊到各种基板上
波峰式钎焊法
钎焊时,印刷电路板背面的铜箔面在钎料的波峰上移动,实现钎焊
作为印刷电路板批量生产钎焊方法
平面静止式钎焊法
钎焊时,使印刷电路板沿水平方向移动而同时使钎料槽或印刷电路板作垂直运动来完成钎焊
2.钎剂的分类及特点
钎焊熔剂(钎剂)是钎焊过程中用的熔剂,与钎料配合使用,是保证钎焊过程顺利进行和获得致密接头不可缺少的。
钎剂的作用是清除熔融钎料和母材表面的氧化物,保护钎料及母材表面不被继续氧化,改善钎料对母材的润湿性能,促进界面活化,使其能顺利地实现钎焊过程。
钎剂与钎料的合理选用对钎焊接头的质量起关键作用。
2.1
对钎剂的基本要求
a、钎剂的熔点和最低活性温度比钎料低,在活性温度范围内有足够的流动性。
在钎料熔化之前钎剂就应熔化并开始起作用,去除钎缝间隙和钎料表面的氧化膜,为液态钎料的铺展润湿创造条件。
b、应具有良好的热稳定性,使钎剂在加热过程中保持其成分和作用稳定不变。
一般说来钎剂应具有不小于100℃的热稳定温度范围。
c、能很好地溶解或破坏被钎焊金属和钎料表面的氧化膜。
钎剂中各组分的汽化(蒸发)温度比钎焊温度高,以避免钎剂挥发而丧失作用。
d、在钎焊温度范围内钎剂应黏度小、流动性好,能很好地润湿钎焊金属、减少液态钎料的界面张力。
e、熔融钎剂及清除氧化膜后的生成物密度应较小,有利于上浮,呈薄膜层均匀覆盖在钎焊金属表面,有效地隔绝空气,促进钎料润湿和铺展,不致滞留在钎缝中形成夹渣。
f、熔融钎剂残渣不应对钎焊金属和钎缝有强烈的腐蚀作用,钎剂挥发物的毒性小。
2.2
钎剂的分类
钎剂的组成物质主要取决于所要清除氧
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