接触反应钎焊和熔钎焊解读
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
钎焊技术详细
铝钎焊技术简介钎焊定义：用比母材熔点低的金属材料作为钎料，用液态钎料润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散的焊接方法。
钎焊时只有钎料熔化而母材保持固态，这就要求钎料的熔点低于母材的熔点，其成分亦有差别。
熔化的钎料依靠润湿和毛细作用吸入并保持在母材间隙内，液态钎料与固态母材间的相互扩散形成冶金结合。
一般来说，钎焊作业要使用焊料和焊剂，使用的焊料熔点在450℃以下的称为焊锡（锡和铅的合金），温度在其以上者称为钎焊（BRAZING），另外，利用高分子的媒介的接合称为熔接（BONDING）,和钎焊加以区别。
铝钎焊介绍：铝的钎焊始于二十世纪三十年代初。
如今已有许多种不同的钎焊技术被采用。
在钎焊装置中，气氛炉钎焊，真空钎焊和浸渍钎焊占了很大部分。
铝钎焊特点：为了使钎焊成功,钎焊焊接处表面必须干净且在钎焊温度时,该表面不能有任何氧化。
铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。
（如超过250℃，铝表面会形成高温氧化物，这些氧化物很难被Noclok钎剂去除）氧化膜阻碍钎料的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。
铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。
焊接时应清除其表面氧化膜。
（焊剂与氧化物反应并同时取代氧化物，从而避免焊件与炉子内的空气接触，这样钎料熔化并通过毛细管作用被拉至焊缝中。
）正如在油垢的表面上浇水由于表面张力的作用会形成水滴一样，在氧化膜上面进行钎焊，钎焊材料也无法均匀地和基础金属材料（母材）结合，所以会形成不良的钎焊面。
铝材的钎焊只能采用以下的化学方法和物理方法。
铝钎焊的方法主从次序依次是FB→VB→NB，物理性还原方法VB法和VAW法无需进行焊剂的涂布。
但是VB法的缺点是还原不够彻底，残留一部分氧化物，再有就是为了强化铝材添加的镁在真空状态下随还原反应分解使之不耐腐蚀。
另外，VAW法的介质气体需使用D.P(露点)-70℃,含氧量为6-8ppm的氮气，较难做到。
钎焊基本知识概述
二、钎焊基本知识概述1.1 概念钎焊：利用熔点比母材低的填充金属（称为钎料），经加热熔化后，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，实现连接的焊接方法。
较之熔焊，钎焊时母材不熔化，仅钎料熔化；较之压焊，钎焊时不对焊件施加压力。
钎焊形成的焊缝称为钎缝。
钎焊所用的填充金属称为钎料。
钎焊过程：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。
1.2 焊接材料1.2.1 钎料：即钎焊时用做填充金属的材料。
1.2.1.1 对钎料的基本要求：①低于工件金属的熔点；②有足够的浸润性（钎料流入间隙的性能）；③有与工件金属适当的溶解和扩散能力；④焊接接头应具有一定的机械性能和物理、化学性能。
1.2.1.2 分类根据熔点不同，钎料分为软钎料和硬钎料①软钎料：即熔点低于450℃的钎料，有锡铅基、铅基（T<150℃，一般用于钎焊铜及铜合金，耐热性好，但耐蚀性较差）、镉基（是软钎料中耐热性最好的一种，T=250℃）等合金。
软钎料主要用于焊接受力不大和工作温度较低的工件，如各种电器导线的连接及仪器、仪表元件的钎焊（主要用于电子线路的焊接）常用的软钎料有：锡铅钎料（应用最广、具有良好的工艺性和导电性，T<100℃）、镉银钎料、铅银钎料和锌银钎料等。
软钎焊：指使用软钎料进行的钎焊。
钎焊接头强度低（小于70Mpa）。
②硬钎料：即熔点高于450℃的钎料，有铝基、铜基、银基、镍基等合金。
硬钎料主要用于焊接受力较大、工作温度较高的工件，如：自行车架、硬质合金刀具、钻探钻头等（主要用于机械零、部件的焊接）常用的硬钎料有：铜基钎料、银基钎料（应用最广的一类硬钎料，具有良好的力学性能、导电导热性、耐蚀性。
广泛用于钎焊低碳钢、结构钢、不锈钢、铜以及铜合金等）、铝基钎料（主要用于钎焊铝及铝合金）和镍基钎料（主要用于航空航天部门）等。
钎焊
1.钎焊的优点：（1）加热温度低于母材的熔点，对母材没有明显的影响。
（2）钎焊温度低，可对焊件整体均与加热，引起的应力和变形小，容易保证焊件的尺寸精度（3）可用于结构复杂，可敞开差的焊件，并可一次完成多缝，多零件的焊接（4）容易实现异种金属，非金属与金属之间的焊接（5）工艺过程简单。
钎焊：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的方法。
，2.缺点：（1）钎焊接头强度一般较低，耐热能力差，（2）较多采用搭接形式，增加了母材消耗和结构的重量。
3.钎焊接头形成过程：钎焊时，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。
随着加热温度的升高，钎料开始熔化并填缝，钎料在排除钎剂残渣并填入焊件间隙的同时熔化的钎料与固态，母材间发生物化作用。
当钎料填满间隙，经过一定时间后保温冷却，完成整个钎焊过程。
4.润湿性的评定：（1）将一定体积的钎料放在母材上，采用相应去膜措施，在规定温度下保持一定时间。
冷却后截取钎料的横截面，测出润湿角θ，以其大小评定润湿性的好坏。
（2）测出钎料铺展面积的大小作为评定的尺度（3）利用T型试件测量钎料流动的距离L，按其长短来评定润湿性。
（4）对表面涂覆钎料的双层板的T型接头，可用流动系数K来表示：K=Vf/V=Asn/Lδ=（1-1/4π）Rn/Lδ=（1-1/4π）n/LδR。
R越大，K越大，润湿性越好。
5.液态钎料与母材的相互作用。
母材——钎料，母材向钎料的适量溶解。
可使钎料成分合金化，有利于提高接头强度，过溶，导致不能填满钎缝间隙，也可能出现溶蚀缺陷，严重时甚至出现溶穿。
溶解量的影响因素：A本质因素：（1）极限溶解度越大，溶解量越大（2）固溶度升高，达饱和时间增大，溶解量下降（3）金属间化合物的形成阻碍了母材向钎料扩散，使溶解速度降低。
B工艺因素：（1）温度影响，温度越高，溶解度越大（2）加热保温时间的影响。
钎焊基础知识
Bi
536
Be
1029
Co
1362
Pb
546
Cu
1035
V
1584
In
746
Si
1115
Mo
2093
Mn
790
B
1140
Nb
2355
Al
808
Au
1190
W
2760
在10-2Torr，MnO2在600℃挥发， WO2：800℃， NiO：1070℃, V2O5和MoO2：10001200℃
真空钎焊炉中去膜
真空钎焊炉中去膜
①真空状态降低了钎焊区的氧分压，导致了氧化物的分解；下表为738°C下的分解压
金属氧化物
分解压（Pa）
金属氧化物
分解压（Pa）
CuO NiO
480
Cr2O3
10-17
10-3
MnO
10-17
Fe2O3 MoO2 WO2 SiO2
10-7 10-7 10-8 10-11
B2O3 V2O5 TiO2 Al2O3
1、氧化铝膜在Nocolok钎剂中是被溶解去除的。
2、张启运则更强调钎剂中微量元素的作用，他认为，钎
剂中不可避免地含有SiF62-离子，因而会引起如下反应：
4Al+3 SiF62-=4Al3++3Si↓+18F-
3、朱安生认为氟铝酸钾钎剂在熔融状态下含有K+、Al3+、
F-离子和AlF63-和AlF4-离子团。同时Al2O3参加反应即：
• 施加钎剂后，钎焊件必须及时烘干；一般在200℃下干燥，注意干燥温度不能超过250℃， 否则会形成氧化膜。 • 另外，在钎焊升温过程，母材氧化膜会变厚，在400 ℃以上氧化膜快速变厚。
钎焊基础知识
钎焊基础知识:钎剂|钎料钎焊技术是采用比母材熔点低的材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔化的温度（使母材仍保持为固态），利用液态钎料的润湿作用填充接头间隙，与母材相互扩散实现被焊工件连接的一种方法。
与熔焊相比，钎焊的优点是加热温度低、工件变形小、接头平整美观、可连接不同的材料、生产效率高等；缺点是钎焊接头强度低、接头装配要求高，应保证严格的装配间隙。
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。
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。
钎焊
1. 钎焊：加热到钎料熔化、母材不熔化的温度，通过母材与钎料之间的溶解、扩散等冶金反应，凝固后实现冶金连接2. 固体纯金属的表面结构：最外层表面为0.2--0.3nm 的气体吸附层，次表层为3--4nm 厚的氧化膜层，常由氧化物的水合物、氢氧化物和碱式碳酸盐等成分组成，在氧化膜之下是一层厚度约为1-2μm 厚的微晶组织，其下层是1--10μm 的变形层，3. 润湿的分类：附着润湿、浸渍润湿、铺展润湿4. 附着润湿：指固体与液体接触后，将液气相界面和固气相界面变为固液相界面的过程。
5. 浸渍润湿：是指固体浸入液体的过程。
固气相界面被固液相界面所取代，液相表面不变6. 铺展润湿：是液滴在固体表面上铺开的过程，即以液固相界面和新的液气相界面来取 代固气相界面和原来的液气相界面的过程。
7. Young 氏方程的三个基本假设：过程发生在理想表面上、系统达到平衡状态、体系的温度、压力和组成均不发生变化则体系的总自由能变化仅取决于表面自由能的变化。
8. Young 氏方程：lg /)(cos σσσθsl sg -=,θcos 又称为润湿系数，θ=0就是铺展润湿9. Young 氏方程的推导是假定在恒温、恒压和组成不变的平衡条件下得到的。
10. 三种润湿的共同特点是：液体将气体从固体表面排开,使原固气界面消失,并代之以固液界面。
11. 附着润湿 12. 浸渍润湿： 13. 铺展润湿： 14. 要促进润湿，最常采用的方法是用第二种液体(钎剂)覆盖在钎料与母材的表面上，从而使界面的情况发生变化．此时有 15. 附加压力定义为： PA=Pr-P ∞ 其中:P ∞和Pr 分别为平相界面和弯曲相界面时体相所受的压力。
可见,附加压力是任意形状界面时比平界面时多出的压力。
16. 弯曲液面的附加压力：当相界面为曲面时，还会产生另一种压力，称为附加压力。
17. 平界面：附加压力为零；凸界面附加压力为正值，指向液体内部；凹界面附加压力为负值，指向液体外部。
接触反应钎焊
应用（Ti合金）
Influence of given holding times on microstructure （a 10 s; b 30 s; c 90 s）
应用（Ti合金）
Influence of given temperatures on microstructure（a 1120°C; b 1140°C）
应用（Ti合金）
余 春等对T i ／ Cu ／ T i 接触反应钎焊微观组织进行了研究
接头形貌二次电子图
应用（Ti合金）
应用（Ti合金）
同一接头不同区域微观组织形貌（940°C，60S）
应用（Ti合金）
M. F. Wu等研究了Ti/Fe接触反应钎焊在温度为1100 – 1140°C 条件下保温时间为 10 – 90 s范围内的组织
应用（Al合金）
Hui Zhao 和 Dusan P. Sekulic等人对Al基复合材料的CRB在反应基体上熔融金属 的扩散和显微层金属再凝固进行了研究
应用（Al合金）
Residue clad layer at locations away from a joint after the CRB process for different initial clad layer thicknesses, i.e,for a 40.5 μm, b 67.3 μm, c 100.3 μm, and d 126.6 μm
工艺参数对接触ห้องสมุดไป่ตู้应液相铺展面积的影响
应用（Mg合金）
徐道荣等对变形镁合金炉中接触反应钎焊试验进行了研究
10μm Cu箔／5min，峰值钎 焊温度对ME20M/ME20M接 头微观形貌的影响
应用（Mg合金）
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2）改进加热工艺 高频感应加热的特点是加热速度快, 而快速加热容易 造成刀体内部和外部冷热不均, 很容易造成较大的内 应力, 甚至造成开裂。我们在大量的实践基础上对高 频感应加热工艺进行了改进, 即在加热过程中采取 1～2 次预热, 具体操作是: 将焊接加热时间等分,加热 时, 每到一个等分时间就切断电源停留数秒后重新通 电。这样可以使焊接件内外受热均匀, 减小内应力, 提高焊接质量。 3）钎焊后的处理工艺改进 硬质合金刀具钎焊后之所 以产生裂纹, 主要取决于焊件表面的应力大小及状态。 焊后应力与焊接面积成正比, 当焊接面积较大时, 焊 后保温可以有效减小钎焊刀具的应力状态。
(1)Al和Fe相互作用时，易形成一系列金属间化合物， 如FeAl3,Fe2Al7.Fe2AL5等这些化合物使接头变脆。 (2)物理性能相差较大, 常用铝合金的线膨胀系数为 (23～27)10-6/℃, 不锈钢为(12～18) ×10-6/℃, 铝 合金的线膨胀系数比不锈钢大 1 倍左右, 易引发较大 的焊接应力。 (3)Al 具有较强的化学活性, 材料表面极易形成稳定而 致密的氧化膜, 同时焊接过程中因氧化而产生夹杂物, 破坏了接头的连续性。 (4) 焊缝成分不均匀。由于钢和铝的熔点差异与密度差 异均很大，当钢时，液态铝浮在钢液上面，冷却结 晶后焊缝成分不均匀。 由此可见, 采用熔焊等焊接方法直接连接铝合金与不锈 钢是极其困难的。为此选择 以Ni、Ag 为复合镀层, 通过接触反应钎焊连接 6063 铝合金和不锈钢 (1Cr18Ni9Ti)。
原理：若金属A与B能形成共晶或形成低熔固
熔体，则在A与B接触良好的情况下加热到高 于共晶温度或低熔固熔体熔化温度以上，依 靠A和B的相互扩散，在界面处形成共晶体或 低熔固熔体，从而把A与B连接起来。 特点（1）接触反应钎焊在焊接过程当中无需 钎剂，这样就避免了钎剂对环境的污染，焊 后产品不需清洗，钎缝无化学腐蚀。 （2）接触反应钎焊对环境及焊件表面要 求低、压力小，它避免了常规钎焊工艺中液 态钎料宏观填缝过程引起的“大、小包围” 现象，因此钎缝致密性很高，适合予大面积、 高致密性连接场合。
一 ，接触反应钎焊
定义：接触反应钎焊是利用某些异种金属能形成共 晶的特点，在界面接触反应良好且加热至高于共晶 温度的条件下，依靠金属原子间的互扩散在界面处 形成共晶反应液态金属层，随后冷凝结晶，从而把 金属连接起来的方法。 归结而言：接触反应钎焊是一种依靠材料间的 共晶反应所产生的液相合金来实现连接的“自钎料 ”钎焊技术
三，以铝合金和不锈钢材料的连接为例，分析采用 接触反应钎焊和熔-钎焊连接的焊接性，并就存在的 主要问题提出具体措施。 1 以铝合金与不锈钢的接触反应钎焊焊接性研究 铝合金以其比强度大、比刚度高、重量轻、耐腐蚀 等一系列特性,又铁与铝既能形成固溶体，金属间化 合物，又能形成共晶体，如下相图示知：
影响因素
对于铝合金接触反应钎焊而言，加热温度、 保温时间以及压力是三个比较重要的因素。 加热温度：加热温度对于钎焊来讲是一个比 较重要的参数，温度过高或过低都不合适。 温度过低，达不到钎焊的过程，起不了连接 金属的目的；当温度过高时，由于工件加热 过程经历的时间长，会显著增加中间层在加 热过程中向基体中的扩散“损失”量，从而 减少参与反应的总量，最终影响到反应液相 的产生量。如果温度过高，会增大对母材软于共晶温度不同，铁在铝中的溶解度有很大差异， 共晶温度越低，铁在铝中的溶解度越低。在焊缝中 含微量的铁和铝，冷却过程中会出现金属间化合物 （FeAl3）的晶粒。铁的质量分数达 1.8%时，在 645℃能形成 Al+ FeAl3的共晶体。随着铝中含铁量 的增加，还会出现其他AL和Fe的化合物。其中只有 Fe2AL5在一定温度下能熔化，不溶化的化合物给焊 接带来很大困难。由于铁与铝处于化合物状态，使 焊缝的强度和硬度提高，塑性下降。因此，铝及铝 合金与钢的焊接性较差。 由于铝及铝合金与钢的焊接性较差，故焊接时存在 以下问题
保温时间：对于保温时间，适当延长保温时间 可以增加反应进行的程度，从而增加液相量及 其铺展面积，随着保温时间的延长，钎缝内液 相的厚度逐渐增大，并且温度越高，增长的趋 势就越大。但是随着反应源的消耗，保温时间 的影响会越来越小，直至最后消失，液相铺展 面积将趋于稳定。因此，一味的延长保温时间 并不能促进液相铺展面积的增加。 压重：接触反应钎焊时，对被连接金属加以一 定的压重往往是很重要的。加压的目的是使母 材与钎料形成紧密的接触，以利于接触反应熔 化的进行。压的紧，母材之间的接触点越多， 液相形成的速度越快，接触面上形成的液相越 完全。
二，熔钎焊
定义：熔钎焊是利用二种合金熔点相差很大 的特点，在焊接的过程中使低熔点的合金处 于熔化状态，形成熔焊形式的接头；而使高 熔点合金始终保持在固态，形成钎焊形式的 接头，所以熔钎焊接头兼顾熔焊与钎焊两 种 特征，能够实现异种合金有效地高质量地连 接。 熔钎焊是熔点相差较大的异种材料连接的理 想的焊接方法
工艺特点：与普通电弧熔化焊相比，熔 钎焊电弧热量集中，对簿板及薄壁容器 进行钎焊时变形量很小，焊接热影响区 小，操作方便，节能高效又易于实现自 动化。同时又因其电弧特有的去除氧化 膜作用，带电离子、电子的冲击活化作 用，因此可以克服钎剂对母材的腐蚀副 作用，焊后不用清洗，在生产中得到了 广泛应用。
工艺参数：
焊接在真空钎焊炉中进行, 真空度不低于 1×10-3Pa。 试样采用搭接形式, 入炉前经过金相砂纸打磨并用超 声波丙酮清洗。接触反应钎焊工艺参数: 温度 580℃, 保温时间分别为 1、5 和 20Min。为了防止焊接过 程中试样移动, 施加 0.1MPa 的压力。钎焊加热速度 为 45℃/min, 焊接后试样随炉冷却。 针对以上在焊接过程中可能出现的问题，提出以下 改进措施。 1）在不锈钢表面镀镍和银等中间层金属。在温度 580℃的温度下保温1分钟和5分钟，这样镀镍层就 能良好的阻挡AL和Fe原子的相互扩散为AL-Fe化合 物，在短时快速的钎焊条件下完成连接过程。从而 避免脆性金属间化合物的生成, 可以有效提高焊接接 头的性能。