钎焊的概念:借助于液态钎料填满固态母材之间的间隙并相互扩散形成结合的一类连接材料方法。 根据钎料熔点温度不同,熔点低于450为软钎焊,大于450为硬钎焊,大于900为高温钎焊。软钎焊和硬钎焊的区别:软钎焊的所用钎料的熔点低于450,接头强度低于70兆帕,硬钎焊所用钎料的熔点高于450,接头强度可达500兆帕。
影响钎料润湿性的因素:(1)钎料与母材的成份,钎料与母材在液态和固态均不相互作用,则他们之间的润湿性很差,若钎料能与母材相互溶解并形成化合物,则液态钎料能较好的润湿母材。(2)温度,温度升高,钎料表面张力降低,有助于提高钎料的润湿性。温度过高钎料的润湿性太强,往往容易造成钎料的流失,温度过高坏会引起母材晶粒长大,溶蚀等现象。
(3)金属表面氧化物 (4)钎剂可清除氧化膜 改善润湿性(5)母材表面的状态粗糙度(6)表面活性物质的影响。
1.钎料应具有合适的熔点;2.钎料应具有良好的润湿性,能充分填满钎锋的间隙;3.钎料与母材的扩散作用,应保证他们之间形成牢固的结合;4.钎料应具有稳定和均匀的成分,应尽量减少钎焊过程中的偏析现象和易挥发元素的消耗等;5所得到的接头应能满足产品的技术要求。 软钎料代号s硬钎料代号b
自钎剂钎料:指机能填充钎缝间隙,又能起钎剂作用的钎料。 作用:填缝,去氧化膜。
要求:1.强还原剂2.还原产物熔点低于钎焊温度3.还原产物粘度低4.还原剂能溶于钎料内5.还原剂最好能降低液态钎料的表面张力,改善钎料的润湿性。
3.1. 钎焊时去膜的必要性 母材表面氧化膜的存在,液态钎料不能润湿它们,同样液态钎料被氧化膜包裹时,也不能在母材上铺展 ( cu ni fe等的氧化膜易去除 al mg ti cr 等的氧化膜难去除)
3.2钎剂的作用及性能要求 清除母材和钎料表面氧化膜 利于铺展填缝 隔绝空气起保护作用 起界面活化作用改善钎料对母材的润湿 性能要求 (1)钎剂应具有溶解或破坏母材和钎料表面氧化膜的足够能力 (2)钎剂的熔点和最低活性
温度应低于钎料熔点 (3)钎剂应具有良好的热稳定性 (4)在钎焊温度范围内,钎剂应粘度小,流动性好,能很好润湿母材,减小母材的界面张力 (5)钎剂不应对母材和焊缝有强烈腐蚀作用和毒性 (6)钎焊后钎剂的残渣应容易清除 3.3钎剂的组成及各成分的作用 (1)钎剂基体组分 作用:使钎剂具有具体熔点;作为钎剂其它组分以及钎剂作用产物的溶剂;铺展形成致密液膜覆盖母材和钎料表面 (2)去膜剂 起溶解母材和钎剂表面氧化膜的作用 (3)活性剂 加速氧化膜的清除并改善钎料的铺展 (钎剂分为软钎剂.硬钎剂.铝,镁,钛用钎剂)
3.4氯化锌无机盐软钎剂的去膜机理,为改善氯化锌的去膜效果常加入哪些成分及作用 机理:氯化锌以水溶液形式作为钎剂 形成络合酸 能溶解金属氧化物 (1)添加氯化铵能显著降低钎剂的熔点和粘度,减小钎剂与钎料间的界面张力 (2)为适应锌基和Ni基钎料钎焊铜及合金 可添加高熔点氯化物(Cdcl,kcl) 3.5硼酸与硼砂的去膜机理,为改善硼砂性能常加入哪些组分并阐述其作用。(1)硼酸 硼酸加热时分解形成硼酐,能与铜锌铁的氧化物形成易溶的氧化物形成硼酸盐,以渣的形式浮在钎缝表面,既能去膜,又能起机械保护作用 (2) 硼砂 在液态能分解有硼酐,与硼酸机理一样 在硼酸 -硼砂系钎剂中加入氟化钙,提高钎剂去氧化的能力,加入氟化钾,提高钎剂去膜能力,降低钎剂的熔点和表面张力
3.6铝用钎剂的特殊性 一般各类钎剂都不能满足钎焊铝及其合金的需要,必须使用专门的铝用钎剂
3.7铝用软钎剂的种类及去摸机理 (1)铝用有机软钎剂 依靠生成的氟硼化物去除氧化铝膜 (2)铝用反应钎剂(锌,锡等重金属氯化物) 加热过程中,重金属氯盐参过氧化铝膜的裂缝与铝反应,破坏膜与母材的结合,生成氯化铝升华为气体从膜下溢出促进膜的破碎
3.8铝用氯化物基硬钎剂的组成、去膜机理 组成机理:以碱金属的氯化物的低熔点混合物作为基体组分,加入氟化物作去膜剂,添加某些易熔重金属的氯化物充当活性剂
4.1了解常用钎焊方法(前六种)的特点及应用 (1)烙铁钎焊 利用烙铁工作部积聚的热量来融化钎料,一般采用钎剂去膜 (2)火焰钎焊 可燃气体或液体燃料
与氧或空气混合燃烧形成的火焰进行钎焊加热,手工操作加热温度难以控制,局部加热可能引起应力或变形 (3)电阻钎焊 利用电流通过焊件或与焊件接触的加热块产生的电阻热熔化钎料加热焊件 可采用焊剂或气体介质去膜,不能用固态钎剂,因其不导电(4)感应钎焊 通过交变磁场中产生的感应电流的电阻热来实现对母材的加热 随所用交流电频率提高,感应电流增大 加热速度变快 电流渗透深度越小,加热厚度越薄(设备由交流电源和感应圈) (5)浸沾钎焊 把焊件局部或整体浸入盐混合物溶液或钎料溶液中,依靠介质热来加热实现钎焊过程 工艺简单 生产率高,但增大钎料的消耗,钎料很快变脏 (6)炉中钎焊 利用电阻炉来加热焊件 空气炉中钎焊 中性气氛炉中钎焊 活性气氛炉中钎焊和真空炉中钎焊
4.2波峰软钎焊 用泵将液态钎料通过喷嘴向上喷起,形成波峰去接触随传送带前进的印刷电路板底面,实现元器件的引线和铜箔电路的钎焊连接 特点 钎料波面上没有氧化膜和污垢,保持清洁状态 能缩短加热时间,提高生产率 4.3扩散钎焊特征、等温凝固原理、过程 特征:钎缝内形成的液态合金不像一般钎焊方法那样因随后降温凝固而形成钎缝,而是在高于钎料的固相线温度的条件下长时间保温,是之等温凝固形成钎缝 机理:在加热保温过程中,钎料熔化后随母材的溶入和钎料中低熔点组元的散失,液态合金的固相线温度逐渐升高,当合金的固相线温度超过加热温度后,发生等温凝固
5.1钎焊接头形式 :搭接 依靠增大搭接面积,可以在接头强度低于母材强度下达到接头与焊件有相等承受能力的要求,它的装配要求也相对较简单,缺点:增加母材消耗和结构重量,接头截面的突然变化产生应力集中
5.2钎焊接头搭接长度的确定、搭接长度为何不宜过大?可根据保证接头与焊件承载能力相等的原则通过计算确定 几个公式。 接头过长时,耗费材料,增大结构重量,钎缝很难被全填满,产生大量缺陷
5.3钎缝间隙对接头性能的影响 通过:(1)钎料的毛细填缝过程 (2)钎料从间隙中排出钎剂残渣及气体的过程,(3)母材与填缝钎料的相互扩散过程,(4)母材对钎缝合金层受力时塑性流动的机械约束作用
5.4钎焊间隙与接头强度的关系?通常存在某一最佳间隙值范围,在此间隙值范围内接头具有最大强度值,并且往往高于原始钎料的强度,大于或小于此间隙,
接头强度均降低
5.5.确定最佳间隙值需考虑的因素 (1)钎料对母材的润湿性( 越好,间隙越小)(2)钎料与母材的相互作用强烈程度(越强,间隙越大) (3)钎料的粘度和流动性(越好,间隙越小)(4)去膜过程
5.6接头设计原则 (1)防止应力集中,应考虑局部地加厚薄件的接头部分 (2)合理设计圆角,使应力通过母材上得圆角而不依赖接头圆角形成适当分布 6.1.零件表面预镀覆层的种类及作用并举例说明 功用分(1)工艺镀层 用以改善或简化焊接工艺条件 (2)阻挡镀层 抑制钎焊过程中可能发生的某些有害反应 (3)钎料镀层 一般是全成分的钎料,靠加热过程中与母材反应形成钎料 6.2钎料流动的控制 首先要靠正确的确定间隙大小,钎料用量并合理放臵来保证。此外适当的控制钎焊温度,保温时间及保护气体成分,也有助于防止钎料流失,要准确可靠地控制钎料流动,主要方法是使用阻流剂
7.1钎焊性:材料借钎焊连接时获得优质接头的能力。
7.2冶金钎焊性:材料与金属发生冶金反应,为它们润湿并相互形成所要求的金属结合性能。
7.3工艺钎焊性:材料在一定的钎焊工艺条件下获得优质接头的能力。
7.4影响材料工艺钎焊性的主要因素:材料表面氧化膜的特性、材料对钎焊加热的敏感性及材料 与所用钎料、钎剂的相互作用特性等。 7.5铝和铝合金钎焊性差的原因:(1)铝对氧的亲和力极大,很容易生成一层致密而化学稳定,熔点很高的氧化铝膜,难去除。(2)用硬钎剂钎焊时,由于钎料的熔点同铝及铝合金的熔点相差不大,会造成溶蚀,所以必须严格控制钎焊温度。(3)钎料与母材成分相差大,钎料与钎焊金属之间电极电位相差悬殊,使接头的抗腐蚀性降低。(4)为清除氧化铝膜所使用的钎剂具有强烈的腐蚀性,如钎焊后不及时清洗干净,接头有很快被腐蚀的危险,所以钎焊后必须立即清洗。 7.6Sn-Pb合金钎焊铝时,接头抗腐蚀性差的原因和改善方法::原因:1)接头间隙控制不当,钎剂、钎料又流入间隙中腐蚀;2)钎料与母材成分相差悬殊,电极电位相差大,产生电化学腐蚀。 改善方法:1)在钎料中加入能和Al形成化合物的元素;2)在低温的软钎料中加入锌,锌和铝能够互溶,产生紧密结合形成具有一定宽度的焊缝,使电极电位的变化趋于平稳;3)在铝表面预先加入铜和镍,再用锡铅钎料钎焊的工艺时,不但简化去摸,且接头电极电位分布也发生了有利变化。
7.7镁作活化剂的真空去膜机理:消除环境中氧和水气的有害作用外,镁蒸气渗入膜下母材表层,与扩散进入的硅一起,使此表层形成低熔点的Al-Si-Mg合金而溶化,从而破坏了表面氧化膜与母材的结合,使熔化的钎料得以润湿母材,在膜下沿母材铺展,并将表面膜浮起而去除。
8.1碳钢和低合金钢的钎焊 由于氧化铁容易被钎剂还原,低碳钢的钎焊是很容易实现的 在软钎料中,应用最广的是锡铅钎料,硬钎焊时,主要采用铜基钎料
和银基钎料,低碳钢和低合金钢可以用各种方法钎焊
8.2不锈钢的钎焊 (1)表面氧化膜复杂,必须采用活性强的钎剂 (2)钎焊温度应使非热处理不锈钢晶粒不至猛烈长大,不高于马氏体不锈钢的回火温度(3)不锈钢软钎焊主要采用锡铅钎料 银基钎料和铜基ni基钎料也使用(4)活性钎剂去表面氧化膜(5)可用烙铁,火焰,感应,炉中钎焊
8.3为什么采用镍基钎料钎焊不锈钢时钎缝间隙对接头强度影响大 因为间隙小时,钎料中的硼,硅碳等元素扩散距离短,能完全扩散,使钎缝组织变为络在Ni中的固溶体,形成良好的接头性能,反之,间隙大时这些元素来不及扩散,钎缝中留下连续的脆性层,接头强度和塑性急速下降
9.1.钎焊缺陷包括什么?这些缺陷的产生原因及防止措施?(1)钎缝的不致密性,由于钎焊过程中间隙不合理,钎剂的填缝过程不良,钎缝中气孔和夹杂的产生等 防止措施 适当增大钎缝间隙,采用不等间隙(2)母材的自裂 受应力的金属与能降低固态金属表面能的活性液态金属接触时,液态金属能向固态金属表面的显微裂缝渗入,使其扩大,并使固态金属强度降低,形成脆性破坏。措施:1采用退火材料代替淬火材料2有冷作硬化的焊件先进行退火3减小接头的刚性4降低加热速度5尽量使用低熔点钎料(3)溶蚀 母材向钎料过度溶解所造成的 措施 正确选择钎材,控制钎焊温度