钎焊复习题附参考答案

1.钎焊的基本原理
钎焊时采用比母材熔点低的金属材料,将焊件和钎料加热到高于钎料熔点低于母材熔点,利用液态钎料润湿母材,填充接头间隙,并与母材相互扩散实现连接焊件的方法;
2.描述全部钎焊工艺过程并简单分析各不同阶段所发生的物理或化学现象
钎焊工艺过程：一是钎料填满钎缝的过程,二是钎料同母材相互作用的过程;如果钎焊时使用钎剂,则还有一个钎剂的填缝过程;
不同阶段的物理化学现象：
一：钎剂在加热熔化后流入焊件间的间隙,同时熔化的钎剂与母材表面发生物化作用,从而清净母材表面,为钎料填缝创造条件;
二：随着加热温度升高,熔化的钎料与固态母材接触,润湿母材,并在其上铺展;随后,熔化的钎料依靠毛细作用在钎缝间隙内流动进行填缝;
三：液态钎料在毛细填缝的同时,与母材发生相互扩散作用,一种是母材向液态钎料的扩散,即通常说的溶解；一种是钎料组分向母材的扩散;
3.钎焊的技术特点
优点：
1加热温度较低
2焊件变形小,尺寸精确高
3可焊异种金属或材料
4适合于批量生产,生产率很高
5可整体加热,用于结构复杂,开敞性差的材料焊件
缺点：
1接头强度低
2耐热性差
3搭接接头,增加了母材消耗和结构重量
总之,钎焊最明显的优点：母材不化钎料化;
钎焊较适宜连接精密、微型、复杂、多钎缝、异类材料的焊件;
4.简述钎焊工艺方法原理及特点
烙铁钎焊：用于细小简单或很薄零件的软钎焊;
波峰钎焊：用于大批量印刷电路板和电子元件的组装焊接;施焊时,250℃左右的熔融焊锡在泵的压力下通过窄缝形成波峰,工件经过波峰实现焊接;这种方法生产率高,可在流水线上实现自动化生产;
火焰钎焊：用可燃气体与氧气或压缩空气混合燃烧的火焰作为热源进行焊接;火焰钎焊设备简单、操作方便,根据工件形状可用多火焰同时加热焊接;这种方法适用于自行车架、铝水壶嘴等中、小件的焊接;
电阻钎焊：利用电流流过被焊工件时,在钎料与母材界面因接触电阻,产生热量进行局部加热钎料,同时还对待焊接处施加一定的压力,加热快;适合于物理性能和厚度差异大的焊件,局限是焊件尺寸不能太大;
浸沾钎焊：将工件部分或整体浸入覆盖有钎剂的钎料浴槽或只有熔盐的盐浴槽中加热焊接;这种方法加热均匀、迅速、温度控制较为准确,适合于大批量生产和大型构件的焊接;盐浴槽中的盐多由钎剂组成;焊后工件上常残存大量的钎剂,清洗工作量大;
感应钎焊：利用高频、中频或工频感应电流作为热源的焊接方法;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圈可在远离电源的现场进行钎焊,特别适用于某些大型构件,如火箭上需要拆卸的管道接头的焊接;
炉中钎焊：将装配好钎料的工件放在炉中进行加热焊接,常需要加钎剂,也可用还原性气体或惰性气体保护,加热比较均匀;大批量生产时可采用连续式炉;
真空钎焊：工件加热在真空室内进行,主要用于要求质量高的产品和易氧化材料的焊接;
电弧钎焊：局部加热,温度高,升温快,适合于大尺寸、长焊缝;
激光钎焊：局部加热,温度高,升温快,适合于大尺寸、长焊缝;
5.钎料的基本要求是什么
a．钎料应具有合适的熔点;它的熔点至少应比母材的熔点低几十度;二者熔点过于接近,会使钎焊过程不易控制,甚至导致母材晶粒长大、过烧以及局部融化;
b．钎料应具有良好的润湿性,能充分填满钎缝间隙;
c．钎料与母材的扩散作用,应保证它们之间形成牢固的结合;
d．钎料应具有稳定和均匀的成分,尽量减少钎焊过程中的偏析现象和易挥发元素的损耗等;
e．所得到的接头应能满足产品的技术要求,如机械性能和物理化学性能方面的技术要求;
f．考虑钎料的经济性,应尽量少用或不用稀有金属和贵重金属;
6.举例说明自钎剂钎料的特点以铜磷钎料为例
a.钎料内应含有较强的还原剂;
b.还原剂与母材表面氧化物作用后的还原产物,熔点应低于钎焊温度,或者还原产物能与母材表面氧化物形成低熔点的复合化合物;
c.还原产物或所形成的复合化合物的粘度要小,能被液态钎料排开,不妨碍钎料铺展;
d.还原剂应能溶于钎料内,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;
如铜磷钎料中的磷在钎焊过程中能还原氧化铜,还原产物五氧化二磷与氧化铜形成复合化合物,在钎焊温度下呈液态覆盖在母材表面,可防止母材氧化;
7.描述并列出各类钎料合金
a.锡基钎料：锡铅钎料是软钎料中应用最广的钎料;有些锡铅钎料中含有少量锑,用以减少钎料在液态时的氧化,提高接头的热稳定性;锡铅钎料的工作温度一般不高于100度,此外锡铅钎料在低温下有冷脆性;
b.铅基钎料：纯铅不宜做钎料,因为它不能很好的润湿铜、铁、铝、镍等常用金属;通用的铅基钎料是在铅中添加银、锡、镉、锌等合金元素组成的;适用于钎焊铜和铜合金;
c.镉基钎料：是软钎料中耐热性最好的一种,工作温度可达250度;
d.铝基钎料：主要用于钎焊铝及铝合金;
e.银基钎料：是应用最广的一类硬钎料;熔点不是很高,可以润湿很多金属,并具有良好的强度,塑性,导热性,导电性等性能;
f.铜基钎料：钎焊温度高,需要在还原性气氛、惰性和真空条件下进行;钎焊时要求接头间隙很小;
g.锰基钎料：当接头温度高于600度时,可采用能承受更高工作温度的锰基钎料;
h.镍基钎料：用于钎焊高温工作的零件;
8.对比分析钎焊接头设计与熔焊的不同之处有哪些
(1)熔焊连接的基本接头型式为对接接头,节省材料,减轻重量;钎焊连接的基本接
头型式为搭接接头,可以达到在接头与焊件具有相等的承载能力的要求,装配要求也相对地较为简单;
(2)与熔焊接头相比,钎焊接头由于接头形式的特点以及材料的不均一性,使产生
应力集中的几率要大得多,其危害性也严重的多,因此在设计中应给予充分的注意;
.简述钎剂的组成及作用
钎剂的组成：
由钎剂的基体组分,去膜剂和活性剂三类组分组成P47
钎剂的作用：
a.清除母材和钎料表面的氧化物;
b.隔绝空气而起保护作用;
c.起界面活性的作用,改善液态钎料对母材表面的润湿;
11.简述Young氏方程的内涵,并说明其在分析润湿现象中的作用
1杨氏方程表示了固—气、液—气、液—固三种界面间的界面张力与润湿角的关系,即铺展终了时,某一点处的三力平衡方程;
2由杨氏方程可以看出,钎料对母材的润湿性取决于具体条件下三相间的相互作用,但不论情况如何,σσσσ……即容易铺展;上述分析给改善钎料对母材的润湿性指出了方向;
12.分析钎料合金与母材润湿性的影响因素
a.钎料和母材的成分;若钎料能和母材相互溶解形成化合物,则液态钎料能较好的润湿母材;
b.温度的影响;温度升高,钎料表面张力降低,有助于提高钎料的润湿性;
c.金属表面氧化物的影响;在有氧化膜的金属表面上,液态钎料往往凝聚成球状,不与金属发生润湿;应予以清除;
d.钎剂的影响;钎焊时使用钎剂可以清除钎料和母材表面的氧化膜,改善润湿;
e.母材表面状态的影响;母材表面粗糙度对与它相互作用弱的钎料的润湿性有明显的影响,越粗糙,越润湿;
f.表面活性物质的影响;液态钎料中加有它的表面活性物质时,它的表面张力显着减小,对母材的润湿性因而得到改善;
13.试说明选择钎料时,一般通过润湿角的测量来评价润湿程度的好坏,而不是从杨氏方程计算出发
答：润湿角可以通过具体的试验方法来确定,并以其大小来评定润湿性的好坏;润湿角越小,润湿性越好;
而在杨氏方程中,除了液态金属的表面张力数据比较齐备外,后两项数据目前为数很少;至于通常均为多元合金的钎料,上述各项数据更为稀少,因此无法用杨氏方程来指导生产实践;
14.简述钎焊润湿性判断的方法的原理及特点
定性分析：从冶金学角度利用相图进行分析；利用杨氏方程进行分析;
定量测定：见P5
15.简述钎焊时易出现哪几种缺陷,并分析其产生的原因
a.焊缝的不致密性：由于间隙内部金属表面不可能绝对平齐,清洁度也有所差异,加以液态钎料和钎剂同金属表面的物理化学作用等因素的影响,使钎剂和钎料在填缝时常常以不整齐的前沿向前推进,结果形成小包围;如图P140
其次,熔化的钎剂或钎料沿钎缝外围的流动速度与其在间隙内部的填缝速度是不同的,结果可能造成钎料对间隙内部的气体或钎剂的大包围现象;如图P140
此外,钎剂在加热过程中可能分解出气体,母材或钎料中某些高压元素的蒸发以及溶解在液态钎料中的气体在钎料凝固时的析出;这些气体在钎料凝固前来不及全部排出钎缝,也会形成气孔;
b.母材的自裂：吸附假说;受应力的金属与能降低固态金属表面能的表面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,并且使固态金属的强度降低,从而形成脆性破坏;
c.溶蚀：是母材向钎料过渡溶解所造成的;
16．液态金属为什么会通过毛细作用进行填缝,其物理机制是什么
答：1因为焊缝间隙很小, 如同毛细管,钎料依靠毛细作用在钎缝间隙内流动;
2当把间隙很小的平行板插入液体中时,液体在两个平行板的间隙中上升或者下降的高度由下面的式子决定：见4页;外加后面两段的前两句话;
17.铝合金钎焊特性分析及钎焊工艺设计,并作具体说明
答：1. 铝与氧的亲和力很强,在空气中易被氧化生成致密而结实的氧化膜；
2.铝合金的导热率和比热大,导热快；
3.铝合金的线膨胀系数大;
4.铝合金的焊接过程中容易形成气孔产生缺陷；
5.在焊接过程中由于焊接热的影响,焊接接头中热影响区会出现软化,降低强度；
6.铝合金的合金元素会发生蒸发和烧损；
7.铝在高温中的强度和塑性比较低；
8.铝合金焊接接头的耐腐蚀性能低于母材；
9.铝合金焊接时由固态向液态转变时,没有明显的颜色变化,给焊接操作带来困
难;
工艺设计：见109页
18陶瓷钎焊特点
答：1陶瓷与金属钎料难润湿
2陶瓷与金属的物理化学性质差异很大,如陶瓷的CTE~2,而金属的CTE为13~24;。