论感应钎焊技术.docx

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论感应钎焊技术

论感应钎焊技术

《特种连接方法及工艺》论文

——论感应钎焊技术

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体是将导电的工件放置在变化的电磁场中，感应加热电源给单匝或者多匝的感应线圈提供变化的电流，从而产生磁场场，当工件被放置到感应线圈之间，并进入磁场后，涡流进入工件内部，产生精确可控、局域的热能，由于热量是由工件本身产生的，因此加热迅速，工件表面的氧化比炉中钎焊少得多，而且可防止母材的晶粒长大和再结晶的发展，此外，还可以实现对工件的局部加热。

1感应钎焊的认识

1.1感应钎焊原理

感应钎焊时，零件的钎焊部分被置于交变磁场中，这部分母材的加热是通过它在交变磁场中产生的感应电流的电阻热来实现的。

导体内感应电流强度与交流电的频率成正比，随着所用的交流电的频率的提高，感应电流增大，焊件的加热速度变快。

基于这一点感应加热大多数使用高频交流电。

此外，集肤效应还与材料的电系数和磁导率有关，电阻系数越大，磁导率越小，集肤效应越弱，反之集肤效应越显著。

感应圈是感应钎焊设备的重要器件。

I=

（A）

式中B—最大磁感应强度（T）

S—零件受磁场作用的断面积（cm

）

f—交流电的频率（Hz）

W—线圈的匝数

Z—焊件的全部阻抗（Ω）

由此式可知，导体内的感应电流强度与交流电的频率成正比。

随着所用的交流电频率的提高，感应电流增大，焊件的加热速度变快。

基于这一点，感应加热大多使用高频率交流电。

但注意到频率对交流电集肤效应的影响。

通常取85%的电流强度所分布的导体表面层厚度称为电流渗透深度，用以表征集肤效应的强弱。

它可由下式数值关系确定：

δ=5.03×10

式中δ—导体中的电流渗透深度（mm）

P—导体的电阻系数（Ω·mm）

μ—导体的磁导率（H/m）

上式表明，电流渗透深度与电流的频率有关。

频率越高，电流渗透深度越小。

虽然使表面层迅速加热，但加热的厚度却越薄。

零件的内部只能靠表面层向内部的导热来加热。

由此课件，选用过高的交流频率并不是有利的。

对于一般钎焊工作来说，500kHz左右的频率是比较合适的。

1.2感应钎焊的优点

由于感应加热钎焊采取的是由内而外的加热方式与激光加热钎焊不同，它的效果不受钎焊位置或接头变化的影响。

感应加热钎焊可以提供比烙铁焊接更快速、更均匀的加热效果。

烙铁头会磨损并且需要经常更换，而感应线圈因为采用非接触方式，所以几乎是无磨损的。

用感应加热替代气体火焰进行钎焊有很多优点，能够在单位面积的材料上传导更多热量，其钎焊的温度通常在几秒钟就可以达到，从而促使加热周期更快，提高小时产量。

感应加热可以有选择地进行，允许使用者在较小的装配量或是不能对工件整体加热的情况下操作。

在需要把热量约束在工件上的特定区域进行局部加热时，　感应加热钎焊比其他钎焊方法具有更多优势。

由于热量高度的局域性，焊点快速达到熔融所需温度而不必冒损坏工件的危险，因此，感应加热钎焊更节约，并且由于其高度可重复性，非常适合自动化、大规模生产工艺。

2感应钎焊的设备、钎料和钎剂

2.1钎焊设备

2.1—1感应钎焊线圈的设计

感应钎焊的设备主要由感应加热电源、感应器和控　制系统组成。

感应线圈（如下图所示）是传递感应电流的部件，感应线圈设计的好坏对加热影响极大。

正确设计和选用的原则是：

感应线圈应有与焊接工件相适应的外形，尽量减少感应线圈本身和焊件之间的间隙，以便提高加热效率。

为了使焊件加热平稳、均匀，防止焊件尖角处发生局部过热，应当合理选择感应线圈的匝数和感应电流的交变频率等参数。

（图1）

当然，还有许多尺寸、形状、轮廓、现券数量、线圈间距和其他参数没有标出。

每一种基本设计具有适合于各部件几何尺寸的特色。

实际上，感应线圈是为每一种特殊应用设计的。

当必须钎焊大小不一截面的部件时，可以通过合并各种基本形式，来调节加热方式的。

2.1—2感应发生器的形式和规格

接头区域的温度明显的受到加热速度的影响，加热速度取决于感应发生器的规格和控制线圈中交流电的能力。

低功率一般减少加热速度，提供了热传导的时间爱你，平衡了加热区域的温度。

常用的三种感应发生器形式是：

电动机、固态和摆管发生器。

固态装置单元的频率范围在10kHz以下，一般用于代替电动机单元。

具有几百千瓦功率的固态单元输出频率可达到50kHz，能够产生100~200kHz的产品最近已被产出。

2.1—3感应发生器尺寸

加热速度能够通过感应发生器输出功率来计算，达到所规划产品范围的加热器容量的计算是很重要的。

一般都，给定应用所要求的最小规格感应发生器最好通过试验确定。

然后，初步的估算可以考虑以下因素：

⑴将要连接的部件所吸引的功率；

⑵工件上辐射的功率；

⑶所要求的生产速度，假设线圈设计和发生器与工作负载知啊今的偶和良好。

工件每秒吸收的热量，可以通过以下公式进行计算，即

P=WTc/0.43t（kW）

式中W—加热材料的质量，包括感应线圈加热的材料和参与热导的材料kg

T—上升的温度℉

c—材料的平均比热容J/（kg·℉）

t—满足产品要求的加热时间s

不合理的功率水平的选择，会导致感应钎焊难度增加。

通常是加热速度过快，当感应钎焊异种材料时，非常快的加热速度扩大了电导率和热传导的影响。

2.1—4感应钎焊用夹具和工件的传输、耦合装置

感应钎焊时往往需要一些辅助工具来夹持和定位焊件，在设计夹具时应注意的是，与感应圈邻近的夹具零件不应使用金属，以免被感应加热。

感应钎焊时，可使用箔状、丝状、粉状和膏状钎料，安置的钎料不宜形成封闭环，可采用钎剂和气体介质去膜。

感应线圈与工件的耦合对加热的影响也比较明显。

原则上讲，感应线圈与工件的耦合，越紧越好，这时加热效率最高，加热均匀程度也比较好；当感应线圈与工件距离较大，即属于松耦合时，加热均匀程度进一步下降。

当感应线圈与工件的距离较大时，改变感应线圈的形状与节距，则能改善加热形态，如增加感应线圈中间圈的直径或采用不等的节距。

对于多匝内热式感应线圈，为改善加热形态，也可用直径变化的感应线圈。

对于单匝外热式感应线圈，可采用改变感应线圈面积的法达到均匀的目地。

2.2感应钎焊的钎料和钎剂

2.2—1感应钎焊用焊料

在市场上可以买到很多的钎料，均可用于各种材料的感应钎焊，并且可以提供在特殊场合下满足特殊要求的产品。

设和于感应钎料的基本要求如下：

⑴能够湿润兵合金化将要连接的表面；

⑵熔点低于被连接部件的熔点；

⑶靠毛细作用，适当的流动性可以使钎料填满缝隙；

⑷接头具有合适的强度、导电性、抗腐蚀性，满足应用中的机械、电气、化学特点。

许多钎料可以采用感应钎焊连接，包括碳钢、低合金钢、不锈钢、铸铁，还有铜及铜合金、镍和耐热合金、钛、钼合金以及其他材料。

许多钎料可以满足钎焊合金比金属熔点低以及连接表面合金化的要求。

2.2—2感应焊接用钎剂

欲清理对于加工理想的铅焊接头是必要的。

将要钎焊的表面在加热之前进行化学清理，以清除热处理附着物、腐蚀产物和油脂。

欲清理过的接头区域应尽可能快的用钎剂处理，防止在空气中加热氧化，避免在搬运和暴露中污染。

含有氟盐和碱，有时还含有钾的焊剂，尤其是使用银钎料时，一般可用在感应钎焊上，这些焊剂一般以膏状形式使用，用刷子或用自动处理设备喷洒在工件上。

这些钎剂也促进了湿润性和钎料在熔点以上的流动性。

3感应钎焊常用的工艺、方法和应用

感应加热可以有选择地进行，允许使用者在较小。

在需要把热量约束在工件上的特定区域进行局部加热时，感应加热钎焊比其他钎焊方法具有更多优势。

由于热量高度的局域性，焊点快速达到熔融所需温度而不必冒损坏工件的危险，因此，感应加热钎焊更节约，并且由于其高度可重复性，非常适合自动化、大规模生产工艺。

感应钎焊

高频（150—700kHz）

焊件钎焊处的加热是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（很少用于钎焊）

3.1高频感应焊接

高频感应加热钎焊利用高频交流电来实现钎焊。

要获得良好的钎焊接头，须考虑钎料的熔化，分布及熔化的同时性，分布的均匀性，这些都涉及到热量的获取（产生）、钎料不同部位所得热量及相应温度场的分布等，这些都与感应器和工件的匹配有关。

高频感应焊接可以节能，这是因为加热能量集中在焊点上。

最常见的应用途径是高速焊管，它充分利用了局部加热和易于控制这两个特点。

高频加热适合于焊接薄壁管件，采用同轴电缆和分合式感应器　，特别适用于大型构件，如火箭上需要拆卸的管道接头的焊接。

而且，至今高频感应钎焊仍是金刚石锯片焊接的主要方法，因为，该方法节能环保无污染，效率高，劳动强度低，因而实用前景非常广，已广泛应用于汽车、航天航空、电子和医药，以及白色家电行业等领域

3.2中频感应焊接

中频感应焊接的特点:

1、加热速度快，氧化脱碳少，由于中频感应加热的原理为电磁感应，其热量是由于工件自身产生。

2、加热均匀，温度控制精度高保证加热芯表温差小，通过温度控制系统可对温度进行精确控制，保证产品重复精度。

中频感应钎焊设备可以代替氧乙炔加热、煤炭烘炉加热、箱式电炉加热等落后的加热手段，进行钎焊和淬火热处理。

可以极大的提高产品质量，有效的节省60%以上电能，改善劳动条件。

中频感应钎焊设备是将表面清洗好的工件以搭接型式装配在一起，把钎料放在接头间隙附近或接头间隙之间。

当工件与钎料被加热到稍高于钎料熔点温度后，钎料熔化（工件未熔化），并借助毛细管作用被吸入和充满固态工件间隙之间，液态钎料与工件金属相互扩散溶解，冷疑后即形成钎焊接头。

可用于电机转子端环、阀门、电气触头等零部件的焊接。

总之，感应钎焊适合于钎焊钢、铝、黄铜、铜合金、不锈钢、高温合金、铁和铸铁等具有对称形状的焊件，特别适用于管件的套接，管子和法兰，轴和轴套等类似接头形式的连接。

4感应钎焊的安全事项

在过去的几十年中，感应钎焊在工业生产中的应用越来越多，安全事项只要体现在如下几个方面：

⑴电气设备

⑵含有腐蚀钎剂

⑶热的材料

⑷在控制气氛钎焊中潜在的爆炸危险

⑸在清洗和工艺中使用的化学品

主要预防措施有：

⑴为接通发生器提供安全的开关

⑵在感应线圈上涂层，用胶囊包着，机械覆盖

⑶隔离机头和其他附属电气设备

5结束语

由此可见感应钎焊技术不仅可以应用于大机械的钎焊，还可以完成各种高精度复杂零件的焊接，这种焊接技术具有很高的效率，对被连接母材适用性广。

由于它的这些优点解决了实验过程中的许多麻烦，但是也存在一些缺点。

总之，钎焊技术正逐步走向成熟。

参考文献

⑴薛松柏顾文华编著.钎焊技术问答.机械工业出版社,2007.1

⑵赵越等编著.钎焊技术及应用.化学工业出版社，2005.6

⑶邹僖北航编著钎焊（第２版）.机械工业出版社,2006.9

⑷陈云祥编著.焊接工艺.机械工业出版社，2006.1