钎焊第七讲 常见材料的钎焊
钎焊介绍课件
◦ 银钎剂
◦ 使用范围：配合银基钎料钎焊铜及铜合金、不锈钢、 硬质合金、金刚石聚晶片等多种材料，可用于炉中 钎焊、火焰钎焊、高频钎焊。 物理状态：白色粉末状．颗粒度≤150μm 执行标准：JB／T6045—92《硬钎焊用钎剂》 主要成分：KF、KBF4、B2O3，复合氟硼酸盐、复合 硼酸盐、活性剂。不含禁用物质。
钎焊
钎焊是利用熔点比母材低的金属作为钎料，加热 后，钎料熔化，焊件不熔化，利用液态钎料润 湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，将 焊件牢固的连接在一起。 根据钎料熔点的不同，将钎焊分为软钎焊和 硬钎焊。
钎剂的作用有:
•去除氧化膜和油污等杂质
•保护母材接触面和钎料不受 氧化
•增加钎料的润湿性和毛细流 动性
在850-1150℃范围钎焊铜、钢及不锈钢 的助熔剂。
◦ 说明：
铜及铜合金应用较广，除了用来焊接各种铜合金，
由于具有良好的耐蚀性和耐磨性，因此常用于堆焊受 金属间磨擦磨损的另件（如轴承、阀门密封面）和耐 海水腐蚀另件（如螺旋浆）等。此外，黄铜焊丝更广 泛用于钎焊碳钢、铸铁、硬质合金刀具等。
铜及铜合金焊条操作较钢焊条困难，焊前需预热并 用较大的焊接电流。
选用合适的焊丝进行氩弧钎焊，可大大减少焊件的 变形。
黄铜焊丝进行氧-乙炔气焊时应配合CJ301铜气焊熔 剂共同使用，钎焊时则应选用QJ302铜钎焊熔剂。如 果采用涂熔剂的黄铜药皮焊丝如S221F、S222F和 S225F时则不用另加熔剂便可施焊。
铜及铜合金焊条
◦
牌号
相当国 际
相当AWS 特 性 及 用 途
钎 焊
气焊和电焊都是要将焊件材料加热到熔化状态，然后，将焊丝(条)熔化滴人熔池，待冷却后形成焊缝，将被焊接件焊牢。
钎焊则不同，只将焊件材料(母材)加热而不熔化，利用低熔点的钎料填充在焊件衔接处，使被焊材料焊接在一起。
用熔点低于427℃的有色金属合金为钎料的焊接称为软钎焊，如锡焊。
用熔点高于427℃的金属钎料进行钎焊称为硬钎焊，如铜焊。
汽车钣金修理中如散热器、汽油箱、装饰钣金、车身缺陷等修理都离不开钎焊。
钎焊必须借助于焊剂，否则无法焊接成功。
一、锡焊1.锡焊材料与工具（1）锡焊钎料锡焊钎料俗称焊锡(钎料)，它是以锡和铅为主体的一种合金，呈白色，锡含量越高流动性越好，熔点低。
含铅量高者强度高、硬度大。
由于锡铅含量不一样，其熔点大致在180℃－280℃之间，可以焊接钢、铁、铜等机件及电工仪器、工具。
含铅量超过10％的焊锡，不能用于饮食器皿的焊接，因为含铅量大时易引起人身中毒。
常用焊锡牌号：牌号用途料600 用于无线电，电器开关等零件，易熔金属制品。
料601 用于钎焊铜及铜合金，镀锌铁皮，强度不高的零件。
料602 用于钎焊散热器，仪表，无线电元件等。
料603 用于钎焊散热器，仪表，无线电元件等。
料604 可钎焊大多数钢材及其他金属，特别是食品器皿等。
锡铅焊料的牌号不同，含锡含铅量也各不相同，用途也有区别，汽车钣金工焊工常用的锡铅焊料的含锡量在30％～40％之间，在选用时应加以鉴别，含锡越多，色亮越白；反之，色青白。
一般含锡较多的焊料，在弯曲时，可以听到清脆而细碎的声响。
（2）锡焊用钎剂(焊剂)①盐酸是氯化氢化合物。
浓盐酸在空气中产生刺鼻的烟雾，浓盐酸加水五分之二稀释，可以作为焊接镀锌铁板的焊剂。
②氯化锌溶液，也称为熟盐酸、热强水。
是锡焊常用的一种焊剂，其配制方法是：把盐酸装人玻璃瓶内(不能用金属器皿)，加入锌块(汽车废旧的雨刮器，汽化器，也可以用镀锌铁板剪成小块)，直至化学反应不冒泡为止。
焊接铜类零件时，氯化锌溶液再加入50％的清水后使用，焊接钢类零件也应加入30％的清水冲淡再用。
第7章 注塑模具钢焊接技术(4)-钎焊
注塑模具钢的焊接技术之四钎焊简介一、钎焊的定义：常规钎焊是采用比母材熔化温度低的钎料，焊接温度采取低于母材固相线而高于钎料液相线的一种焊接技术。
钎焊时钎料熔化为液态而母材保持固态，液态钎料在母材的间隙中或表面上润湿、毛细流动、填充、铺展，与母材相互作用（溶解、扩散或产生金属间化合物），冷却凝固形成牢固的钎焊接头，从而将母材连接在一起。
因此，钎焊是一种固相兼液相的焊接方法。
钎焊的能源可以是化学反应热，也可以是间接热能。
根据热源或加热方法不同钎焊可分为：火焰钎焊（氧-乙炔火焰作为热源）、感应钎焊、炉中保护气氛钎焊、浸沾钎焊、电阻钎焊、电弧钎焊等。
钎焊过程中需控制的主要工艺参数是钎焊温度和保温时间，以保证钎料能充分润湿母材并填充钎焊间隙，形成致密的钎焊接头。
钎焊加热温度较低，母材不熔化，而且也不需施加压力。
钎料的液相线温度高于450℃而低于母材金属的熔点时，称为硬钎焊；低于450℃时，称为软钎焊。
非真空条件下，必须使用钎剂或惰性气氛中方可焊接。
钎料可手工添加、可预置。
真空钎焊：将工件置于真空设备中，在真空环境下不施加钎剂而直接利用钎料的熔化、润湿以及铺展作用填充母材被连接表面间的间隙，通过钎料与母材界面的冶金反应以及钎料的降温凝固过程获得焊接接头的一种焊接方法。
二、钎焊前工件待焊接面或接头的处理工作：①一般材料钎焊前必须经过对工件待焊接表面或接头进行清洁处理，采用化学清洗、物理清洗的方法将工件表面油污、锈渍、灰尘、氧化膜、镀层与涂层等去除，目的即为熔融钎料在焊接表面的润湿铺展，提高焊接强度。
接头清洁度好，接头强度才高。
②然后采用紧配合、点焊及夹具定位等方法装配、固定被钎焊工件和钎料，以保证所要求的钎焊间隙与接头方式。
见本篇第5点内容③钎料放置后应在周围涂止焊剂，以防止熔化钎料漫流铺展或将焊件与钎焊夹具粘连。
④在工件钎焊后，根据工件使用要求，对工件进行后续的扩散热处理，以提高接头力学性能。
⑤对于使用钎剂的接头，钎焊后需要将接头清洗干净。
钎焊第七讲 常见材料的钎焊
图7.18 金属氧化物分解压与温度的关系
c.真空气氛钎焊： 氧分压更小，133Pa真空即可比高纯Ar的氧分压低
机理：低氧分压氧化物自分解； 生成的氧化物挥发； 碳钢中的C还原。
图7.19 金属氧化物与CO的自由能
钎焊工艺
KAlF4+K3AlF6共晶
Nocolok 填充Al-Si钎料合金丝，铝氟酸铯填充Al-Zn焊丝
国外：
固体钎剂填充Sn-10Zn共晶合金
铝钎焊膏
Al-12Si共晶钎料粉和Nocolok钎剂粉以有机载体制成膏状
正葵醇或聚乙二醇
Al钎焊中的一些特殊技艺
应用金属镓作为界面活性剂进行铝合金零件精密扩散焊
Step1: 在铝母材表面用棉签涂抹极微量的镓(~1mg/cm2, 合厚度~1.7mm)； Step2: 母材加压~10MPa； Step3: 高频感应迅速加热至500oC，在1-2min完成，不需要钎剂;
b. 低银钎料设计的思维模式： 1. Ag含量≈15 wt.% 2. Cu-Zn含量应在70-85 wt.%，其中Zn含量不超过39 wt.%
铜磷钎料
图7.14 Cu-P二元相图 共晶组织：Cu+Cu3P
图7.15 Cu-Ag-Cu3P三元相图
为了节约Ag，降低熔点， 在Ag-Cu-P钎料中加1%的Sn
图7.21 TLP连接过程示意图
7.5 陶瓷与金属的钎焊
陶瓷的分类： 氧化物陶瓷，碳化物陶瓷，氮化物陶瓷和硼化物陶瓷 氧化物陶瓷：应用最广的属氧化铝陶瓷，Al2O3，又称刚玉，还有ZrO2等 氮化物陶瓷：Si3N4，硬度仅次于金刚石、立方氮化硼、碳化硼
钎焊工艺的原理及所用材料
钎焊工艺的原理及所用材料
钎焊工艺是一种常用的金属连接方式，其原理是利用熔化的钎料填充焊缝，使焊件连接。
在钎焊过程中，首先要将钎料加热到液态或半液态状态，然后将其涂敷在要连接的金属表面上。
钎料在冷却过程中会与金属表面相互扩散，形成牢固的连接。
钎焊工艺所使用的材料包括钎料和基材两部分。
钎料通常是一种低熔点的合金，选择合适的钎料可以根据连接的材料种类和要求来确定。
常见的钎料有银钎料、铜钎料、铝钎料等。
一般选择钎料时要考虑其熔点、化学成分和机械性能等特性。
基材是要进行连接的金属材料。
在钎焊过程中，基材的材料决定了钎焊的难度和连接的质量。
常见的基材有铁、铜、铝和钢等。
为了提高基材的可钎性，有时还需要进行相应的预处理，如清洗表面、除去氧化层等。
总之，钎焊工艺的原理是利用熔化的钎料填充焊缝，形成连接。
所使用的材料包括钎料和基材，钎料是低熔点的合金，基材是要连接的金属材料。
选择合适的钎料和预处理基材可以实现高质量的钎焊连接。
钎焊课件
钎焊过程需要使用的熔剂
清除被焊金属表面的氧化膜及其他杂质 改善钎料流入间隙的性能（湿润性）
保护钎焊及工件不被氧化
钎焊的优点
1）钎焊的温度低于母材,对母材的组织性 能影响小； 2）应力与变形小，适合于高精度、复杂零 部件或结构的连接； 3）生产率高，诸多连接缝可一次完成； 4）广泛的适用性，可焊金属、非金属及异 种金属； 5）接头表面质量好。
将表面清理好的工件以搭接形式装配在一起 ，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的 熔点温度后，钎料熔化（工件不熔化），借 助毛细管作用使钎料吸入并充满固态工件间 隙，液态钎料与工件金属相互扩散，冷凝 后即形成钎焊接头。
接头形式
板料搭 接 套件搭 接
钎剂
定义
钎焊的应用
中钎 的焊 应技 用术 在 复 微杂 波结 波构 导制 组造 件 --ห้องสมุดไป่ตู้-
钎焊的应用
的钎 应焊 用技 术 在 固空 态间 陀系 螺统 制 造 中 ----
钎焊的应用
应钎 用焊 技 术 微在 型空 气间 象系 站统 制 造 中 的
----
钎焊的分类
根据钎料的熔点
硬钎焊 熔点450℃以上 软钎焊 熔点450℃以下
钎焊
本节学习重点
钎焊的定义及特征 钎焊的分类 钎焊的过程 钎焊的优点和缺点
钎焊的定义
钎焊是利用熔点比焊件低的钎料作填充金 属，加热时钎料熔化而将工件连接起来的 焊接方法。
钎焊的特征
1）钎料熔点低于母材，钎焊时母材不熔化； 2）钎料与母材的成分有很大差别； 3）熔化的钎料靠润湿和毛细作用吸入并保持在母材间隙 内； 4）依靠液态钎料与固体母材的相互扩散而形成冶金结合 。
钎焊方法及工艺-PPT
• 2)钎焊性得好坏还表现在钎焊加热温度对工件 材料组织及性能得影响上。
例如,硬铝LYl2得固相线温度相当低,目前还 没有合适得钎料使其在硬钎焊时不发生过烧, 故钎焊性差。
• 3)钎焊性得又一重要标志就是钎料对它得润湿 作用。
• 多数钎料对铜、钢得润湿作用都比较好,对钼、 钨得差。前者钎焊性好,后者钎焊性差。
图6 端面密封接头
图7 管或棒与板得接头形式
图8 线接触钎焊接头
• ②接头与载荷关系问题 、
• 接头设计时应避免在载荷作用下接头处发 生应力集中,另外在受撕裂、冲击、振动等 载荷作用时也应特别注意接头设计头得合理设计或不合理设计(15)
• 塑料就是一种以高分子量合成树脂为主要成份得人 工合成材料(合成树脂就是高分子化合物,也称聚合 物。)
• 生产塑料得原料含有碳,如石油、天然气、木材、 煤、乙烷等,则它属有机化学范畴。在这些物质中 存在不饱合键,如单个分子、单体得乙烯、氯乙烯 等。这些单分子、单体得物质可以通过化学反应形 成多分子(也称大分子)多体物质,如聚乙烯(PE)、聚 氯乙烯(PVC)。由单分子结构得物质(大多为气态或 液态)转变成多分子结构得物质这一过程称为聚合 作用。
• 塑料得结构就是由链状分子构成,或称纤维 状分子。与棉花得网状纤维相类似,就是无 序卷绕状。根据分子链得构造,塑料可分热 塑性塑料、弹性塑料(合成橡胶)与热固性塑 料(图1)。
• 在实际中,人们使用得塑料不就是纯塑料,而就是添 加了些辅助材料,如稳定剂、强化剂与着色剂等。由 此获得特殊性能与降低成本。
• 4、钎焊得质量控制
• 与熔化焊得质量控制一样,钎焊得质量控制越来越被 各个国家所重视,在欧洲已经颁布了许多相关得标准 与规程,包括钎焊接头得检验,钎焊得工艺评定,钎焊 操作人员得培训及考试认证等方面,本节仅将相关标 准及规程列举如下。
钎焊基本知识
钎焊基本知识1.焊接分类熔化焊：焊接过程中母材和填充金属都熔化，二者是化学结合。
如：手工电弧焊，CO2，TIG，MIG，埋弧，MAG，等离子，激光，电子束。
压力焊：焊接时不用焊料，被连接金属间是化学或物理结合。
焊缝窄，影响区域小。
电阻（点、缝）闪光，摩擦，冷压。
钎焊：钎料温度低于母材温度，焊接时钎料熔化母材不熔化，二者之间是物理结合。
习惯以焊接温度450度划分为硬钎焊和软钎焊。
硬钎焊主要有：火焰钎焊、感应钎焊，炉中钎焊，电阻钎焊等。
2.钎焊特点钎焊属于固相连接，它与熔化焊方法不同之处在于：钎焊时母材不熔化，采用比母材熔化温度低的钎料，加热温度采取低于母材固相线而高于钎料液相线（50-100°C）的一种连接方法。
当钎料加热到熔化温度，利用液态钎料在母材表面或者间隙中的润湿作用，毛细流动，与母材相互作用（溶解、扩散或者产生金属间化合物）而实现零部件间的连接。
同熔化焊和压力焊方法相比，钎焊具有以下优点：2.1 钎焊加热温度较低，对母材组织和性能影响较小；2.2 钎焊接头平整光滑，外形美观；2.3 焊件变形较小，尤其是采用均匀加热（如炉中钎焊）的钎焊方法，焊件的变形可减小到最低程度，容易保证焊件的尺寸精度；2.4 某些钎焊方法一次可焊成几十条或成百条钎缝，生产率高；2.5 可以实现异种金属或合金、金属与非金属的连接；但是，钎焊也有他本身的缺点，由于母材与钎料成分得不同，难免会引起接头的电化学腐蚀。
在钎焊大多数材料时，钎焊接头强度与母材不能达到同等强度。
3.被焊材料金属：铜及铜合金，铝合金，钛合金，铁与钢，高温合金，硬质合金等。
非金属（陶瓷，金刚石，石墨）4.钎料与钎剂4.1 钎料主要有以下几种：Cu基，CuP，Ag基，Al基，Ni基，Sn基，Ti基4.2 钎剂钎剂的作用：去除氧化膜、增加钎料的流动性、防止钎料在加热时氧化。
主要由硼砂、硼酸氟化物，氯化物等组成。
5.钎焊方法6.焊前焊后处理6.1 焊前处理：零件表面脱脂：有机溶剂清洗、碱液清洗、超声波清洗。
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图7.12 钎焊接头须合理设计
工件的预清洗：
怎么来判断铝合金表面氧化膜是 否已去除？
表7.2 常见铝合金表面的电阻
7.2 铜及铜合金的钎焊
铜的特性：优良的导电性、导热性、延展性等 铜及其合金的分类：纯铜、黄铜、青铜和白铜
纯铜：>99.5%，又可以分为有氧铜和无氧铜； 黄铜：铜锌合金； 白铜：铜镍合金； 青铜：除了铜锌合金，铜镍合金之外的统称。
由于CuAl2使钎料加工性不好
CuAl2
先溶制Al-Si合金 再溶剂保护下加Zn Why?
Al-Ge-Si系钎料 （425-500 oC）
图7.7 Al-Ge 二元相图 Ge:55% @423 oC Al-Ge工艺性极佳(润湿性极好) 间隙不要超过0.1 mm Ge与Si性质相近，却不能变质
Zn-Al系钎料 （382-400 oC）
应用锗粉进行铝合金的无钎剂扩散焊
Step1: 将锗粉破碎研细，筛取300-400目倒入到四氯化碳中搅拌； Step2: 趁锗粉沉积前，将悬浮液适量浇注在清洁钎焊面上； Step3: 待四氯化碳全部挥发后，用夹具加紧母材送入炉内加热至500oC保温1min 特别适用于补焊断裂的铸铝零件
铝的自钎软钎剂
硼酸(H3BO3)作用: H3BO3 → B2O3B2O3+2H2O↑ MeO+B2O3 →MeO·B2O3 氟化物(KF)作用: 降低钎剂的粘度，熔点和提高去氧化物能力 氟硼酸盐(KBF4)作用: KBF4→KF+BF3, BF3去除难熔氧化物 氯化物(KCl)作用: 与KF相当 氯化物(KHF2)作用: 与KF相当
图7.16 Cu-Ag-Cu3P三元相图
铜钎焊钎剂 a.软钎剂
组成：成膜物质、活化物质、助剂、溶剂和稀释剂组成。
表7.4 软钎剂的组成结构
按照钎剂残渣的性质分为三类：1.腐蚀性钎剂、2.弱酸性钎剂和3.无腐蚀性 钎剂。
1. 腐蚀性钎剂 表7.5 腐蚀性钎剂成分
ZnCl2+H2O→H[ZnCl2OH]
Step1: 在平板铝上涂以ZnF2: 1wt.%, SnF2: 20 wt.%, HNR(OH)xFy: 79 wt.%； Step2: 装配后，置于250oC平板加热器上，一阵青烟后，清洗即可。
Al钎焊的焊前准备和焊后处理
接头和夹具的设计： 1. 钎缝宽度对工装精度的影响； 2. 铝合金膨胀系数大，应采用挠性夹具； 3. 铝合金受热较软，纤细而垂直的构件一定能要进行支撑； 4. 需要热处理的构件，应考虑留有加工余量。
b. 低银钎料设计的思维模式： 1. Ag含量≈15 wt.% 2. Cu-Zn含量应在70-85 wt.%，其中Zn含量不超过39 wt.%
铜磷钎料
图7.14 Cu-P二元相图 共晶组织：Cu+Cu3P
图7.15 Cu-Ag-Cu3P三元相图
为了节约Ag，降低熔点， 在Ag-Cu-P钎料中加1%的Sn
正葵醇或聚乙二醇
Al钎焊中的一些特殊技艺
应用金属镓作为界面活性剂进行铝合金零件精密扩散焊
Step1: 在铝母材表面用棉签涂抹极微量的镓(~1mg/cm2, 合厚度~1.7mm)； Step2: 母材加压~10MPa； Step3: 高频感应迅速加热至500oC，在1-2min完成，不需要钎剂;
图7.10 应用此项技术进行高精度钎焊的整件
硬钎料
对钎料的基本要求： 1.适当的熔点； 2.良好的润湿性； 3.能与母材发生溶解、扩散等相互作用； 4.应具有温度和均匀的成分； 5.得到的接头应能满足使用要求。
银基钎料
共晶点E1:@ 670oC
图7.13 Cu-Ag-Zn三元相图
实际钎料成分却要偏离共晶点，why？由于（Ag,Cu)5Zn8
图7.8 Al-Zn 二元相图 Zn:95% @382 oC Al-Zn共晶钎料：流动性差；耐腐蚀性差
铝的复合钎焊材料
Al母材表面压敷一层Al-Si钎料合金； 在表面喷涂一层钎剂； 装配后干燥后入炉钎焊
图7.9 铝钎焊板的构成和钎焊温度范围
应用于各种散热器、密封屏蔽盒及整套组件。
药芯铝钎焊丝ຫໍສະໝຸດ 郑州机械研究所：去除氧化膜
NH4Cl2降低钎剂熔点，减小界面张力
2. 弱腐蚀性钎剂 表7.6 弱腐蚀性钎剂成分
3. 无腐蚀性钎剂 主要成分松香，分为三类：未活化松香；弱活化松香；活性松香
b. 硬钎剂
主要成分：硼砂，硼酸，氟化物，硼氟酸盐，氯化物，氟氢化钾等
硼砂(Na2B4O7·10H2O)作用: Na2B4O7→ B2O3+2NaBO2 Me+2NaBO2+B2O3 →(NaBO2)2·Me(BO2)2
银基钎料中，Ag-Cu-Zn-Cd是综合性能最好的钎料，润湿性好，熔化温度低， 缺点是Cd有毒，而且高温成蒸汽状态。
低银钎料
表7.3 常用的低银钎料
低银钎料配方设计技巧
a. 低银钎料的基本要求： 1. Ag含量≈15 wt.% 2. 液相线温度低于800oC 3. 有较好的加工性能 4. 加适量微量元素，保证与母材的润湿性和综合性
钎焊
--第七讲 常见材料的钎焊
主讲：林巧力 Dr.
图7.3 Al-Si合金经Sr和La 联合变质
图7.4 Al-Si钎料经Sr和La 联合变质
Al-Si-Cu-Zn系钎料 （550-577 oC）
图7.6 Al-Si-Zn系钎料 Al:5.1% Si:0.04% Zn:94.86%
图7.5 Al-CuAl2-Si三元相图 Cu:26.7% Si:5.1% @525 oC
管状Al-Si钎料合金丝，填充粉状Nocolok和氯化物混合钎剂的复合钎焊材料
鲁科斯钎焊材料公司：
KAlF4+K3AlF6共晶
Nocolok 填充Al-Si钎料合金丝，铝氟酸铯填充Al-Zn焊丝
国外：
固体钎剂填充Sn-10Zn共晶合金
铝钎焊膏
Al-12Si共晶钎料粉和Nocolok钎剂粉以有机载体制成膏状
钎焊性
影响因素： 1.表面氧化物； 2.钎焊加热过程对材料性能的影响； 3.材料对应力开裂的敏感性。
1.纯铜：表面氧化物Cu2O和CuO双层很容易去除，因此钎焊性较好； 2.普通黄铜：Zn含量低于20%低黄铜(Cu2O+少量ZnO)，高于则称为高 黄铜(ZnO)，钎焊性较好，但不适合真空钎焊； 3.锡黄铜：与黄铜相当； 4.锡青铜：外层铜氧化物，内层SnO2，易去除，钎焊性好； 5.铝青铜、铍青铜、硅青铜：氧化物，难去除，须配专门钎剂； 6.铬青铜、锌白铜和锰白铜：接头脆性化合物生成。