真空钎焊的概述

“毛细现象润湿优缺点钎焊方法未来趋势钎焊工艺钎料发展真空度应用”真 空 钎 焊 1.真空钎焊2.真空钎焊发展3.润湿与毛细现象4.真空钎焊与普通钎焊5.钎料与基体的相互作用6.真空钎焊炉7.钎焊夹具8.真空钎焊优点CONTENTS目 录 真空钎焊钎 焊 属 于 固 相 连 接 ， 钎 焊 时 母 材 不 熔 化 ， 由 于 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 的 一 种 连 接 方 法 。 当 被 连 接 的 零 件 和 钎 料 加 热 到 钎 料 熔化 ， 利 用 液 态 钎 料 在 母 材 表 面 润 湿 、 铺 展 与 母 材 相 互 溶 解 和 扩散 和 在 母 材 间 隙 中 润 湿 、 毛 细 流 动 、 填 缝 与 母 材 相 互 溶 解 和 扩散 而 实 现 零 件 间 的 连 接 。 真 空 钎 焊 作 用 原 理 与 普 通 钎 焊 相 似 ， 所 不 同 的 是 整 个 焊 接过 程 是 在 真 空 氛 围 下 完 成 。 而 且 清 除 表 面 氧 化 膜 的 方 法 也 截 然不 同 ， 普 通 钎 焊 借 助 焊 剂 或 介 质 气 体 清 除 氧 化 膜 ， 而 真 空 钎 焊是 借 助 真 空 环 境 下 与 不 同 的 作 用 机 理 清 除 氧 化 膜 。 钎 焊 种 类 钎 焊 方 法 通 常 按 热 源 或 加 热 方 法 来 分 类 ,目 前 具有 工 业 应 用 价 值 的 钎 焊 方 法 有 : 火 焰 钎 焊 ; 炉 中 钎 焊 (真 空 、 保 护 气 体 ); 感 应 钎 焊 ; 电 阻 钎 焊 ; 浸 渍 钎 焊 ; 红 外 线 聚焦 钎 焊 。无 论 哪 一 种 方 法 ,钎 料 的 熔 点 都 高 于 450 、 低 于 基 体 金属 的 液 相 线 ,钎 料 借 助 毛 细 吸 力 分 布 于 密 切 配 合 的 连 接 表 面 之间 。 真空钎焊的发展1958年 ， 美 国 Ipsen公 司 首 先 研 制 成 功 真 空 密 封 高 速 风扇 电 机 惰 性 气 体 循 环 真 空 炉 ,有 强 冷 却 功 能 。 该 种 新 型 真 空 炉的 投 入 使 用 ， 为 真 空 钎 焊 技 术 在 各 个 领 域 内 的 广 泛 应 奠 定 了物 质 基 础 。我 国 真 空 钎 焊 技 术 应 用 较 晚 ,自 20世 纪 70年 代 后 期 开 始 ,在 研 制 、 开 发 、 使 用 和 发 展 真 空 钎 焊 技 术 方 面 取 得 很 大 的 进展 ,目 前 ,真 空 钎 焊 工 艺 在 航 空 、 航 天 、 原 子 能 、 电 气 仪 表 、 石 化 、 汽 车 、 工 具 等 领 域 中 得 到 了 推 广 和 普 及 。 润 湿lg ls gs润湿角的余弦值表征了体系润湿与铺展能力的强弱。cos=1时，称为完全润湿；0cos1时，称为润湿；-1cos0时，称为不润湿；cos=-1时，称为完全不润湿。 毛细现象是指液体在润湿或不润湿情况下，沿细微缝隙上升或下降的现象。毛细现象是分子间作用力的表现。在生活中如酒精灯的灯芯脱脂棉吸酒精、植物吸水等。液体在垂直的细管中时液面呈凹或凸状、多孔材质物体能吸收液体都是毛细现象。毛 细 现 象A液体B液体C材料D材料 钎 焊 时 金 属 表 面 的 氧 化 膜 影 响 液 态 钎 料 对 基 体 金 属 的 润 湿 性 。钎 焊 过 程 中 ,如 果 不 能 有 效 地 除 去 基 体 金 属 表 面 的 氧 化 膜 ,就 难 以 形成 优 质 钎 焊 接 头 。 不 同 的 钎 焊 方 法 采 用 不 同 的 除 氧 化 膜 和 防 氧 化 措施 。 一 般 钎 焊 方 法 都 是 以 钎 剂 的 化 学 作 用 或 者 以 还 原 气 氛 的 还 原 作用 来 去 除 氧 化 膜 的 。真 空 钎 焊 虽 然 没 有 钎 剂 的 化 学 作 用 和 还 原 性 气 氛 的 还 原 作 用 ,不 过 ,真 空 降 低 了 钎 焊 区 的 压 强 ,可 以 除 去 焊 件 表 面 的 氧 化 膜 ,保 护 焊件 不 被 氧 化 。 这 样 在 真 空 气 氛 中 针 焊 就 能 够 获 得 高 强 度 、 光 亮 致 密的 接 头 。真空钎焊与普通钎焊 真空钎焊与普通钎焊氧化膜氧化膜加热 加热钎料钎剂钎料氧钎剂钎剂反应物钎料 氧化物1360K时的分解压力CuO 478NiO 10-3CoO 10-5Fe2O3 10-7MoO2 10-7WO2 10-8CrO3 10-8SiO 2 10-11 金属元素在10-2Pa时的蒸发温度Mn 790Al 808Cr 992Cu 1035Si 1115B 1140Fe 1194Ti 1249分解、挥发 液 态 钎 料 如 果 能 够 润 湿 基 体 金 属 ,则 在 毛 细 作 用 下 填 满 接 头 间 隙 ,形 成 钎 焊 接 头 此时 ,能 否 形 成 优 质 的 钎 焊 接 头 ,还 要 根 据 液 态 钎 料 与 基 体 金 属 之 间 的 作 用 来 决 定 。1)钎 料 元 素 向 基 体 金 属 的 扩 散 钎 焊 时 ,钎 料 中 合 金 元 素 会 从 高 浓 度 向 低 浓 度 扩 散 ,扩 散 量 和 扩 散 速 度 除 与 元 素 的 浓 度 梯 度 有 关 外 ,还 与 扩 散 面 积 和 扩 散 时 间 成 正 比 。 扩散 系 数 随 着 温 度 的 升 高 而 增 加 。 扩 散 结 果 ,在 靠 近 基 体 金 属 的 钎 缝 附 近 形 成 固 溶 体 ,这是 钎 焊 时 希 望 得 到 的 钎 焊 接 头 组 织 。 当 钎 料 元 素 能 与 基 体 金 属 形 成 共 晶 体 时 ,钎 料 组元 会 向 基 体 金 属 的 晶 界 扩 散 。 其 扩 散 量 随 着 元 素 在 基 体 中 溶 解 度 的 减 小 而 增 大 。 钎料 元 素 扩 散 至 基 体 晶 界 ,形 成 的 低 熔 共 晶 体 叫 做 晶 间 渗 入 。 由 于 它 较 脆 ,对 接 头 性 能 有不 良 的 影 响 。2)若 体 金 属 在 液 态 钎 料 中 溶 解 如 果 基 体 金 属 和 液 态 钎 料 是 互 溶 的 ,在 钎 爆 过 程 中 ,一 部 分 基 体 金 属 有 可 能 溶 解 于 针 料 中 。 只 要 溶 解 量 在 适 当 的 范 围 内 ,对 于 接 头 性 能 是有 利 的 。 但 溶 解 量 不 适 当 时 ,则 使 钾 料 的 熔 点 提 高 ,从 而 产 生 焊 不 透 等 缺 陷 。 基 体 金 属如 过 多 地 溶 解 到 钎 料 中 ,则 在 基 体 金 属 上 就 会 出 现 凹 陷 ,甚 至 溶 穿 的 现 象 。 这 种 缺 陷 叫做 溶 蚀 ,必 须 避 免 。影 响 基 体 金 属 在 液 态 钎 料 中 溶 解 的 因 素 有 （ 1） 钎 焊 温 度 （ 2） 保 温 时 间 （ 3） 与合 金 状 态 有 关 3)针 缝 组 织 (1)在 合 金 状 态 图 上 ,如 果 基 体 金 属 能 与 钎 料 形 成 固 溶 体 ,或 者 基 体 金 属与 钎 料 合 金 的 基 体 元 素 相 同 ,则 可 得 到 固 溶 体 组 织 的 钎 焊 缝 。 这 些 钎 焊 接 头 塑 性 好 ,强度 高 。 是 理 想 的 钎 焊 接 头 组 织 。 (2)金 属 间 化 合 物 组 织 金 属 间 化 合 物 一 般 硬 而 脆 ,会 降低 接 头 的 塑 性 和 强 度 。 特 别 是 当 化 合 物 形 成 连 续 层 时 ,影 响 更 大 。 因 此 ,应 尽 量 避 免 针缝 中 出 现 化 合 物 组 织 钎料与基体的相互作用 (4)加 热 室 的 全 部 构 件 必 须 具 有 一 定 的机 械 强 度 和 热 强 度 的 稳 定 性 以 及 几 何 形 状 的稳 定 性 (5)应 具 有 强 制 冷 却 机 能 ,一 则 满 足 某 些材 料 的 热 处 理 要 求 ,二 则 缩 短 钎 焊 周 期(6)设 备 的 控 制 系 统 应 能 获 得 理 想 的 空载 和 装 载 时 的 特 性 曲 线(7)设 备 的 自 动 保 护 装 置 应 先 进 可 靠 ,确保 安 全 。真空钎焊炉真 空 钎 焊 时 ,零 件 是 在 氧 分 压 较 低 的 真 空 容 器 中 加 热 、 保 温 、 冷 却 而 形 成 钎 焊 接 头 的 。因 此 ,真 空 钎 焊 工 艺 对 设 备 有 如 下 要 求 :(1)加 热 室 应 能 容 纳 被 钎 焊 组 件 ;(2)炉 内 真 空 度 应 能 满 足 钎 焊 工 艺 要 求 ,尤 其 是 当 钎 料 中 含 蒸 汽 压 高 的 元 素 时 ,设 备 应具 有 控 制 钾 料 中 合 金 元 素 挥 发 的 能 力(3)加 热 室 温 度 应 能 精 确 控 制 和 自 动 调 节 钎 焊 时 钎 焊 零 件 应 装 配 定 位 ,以 确 保 零 件 之 间 的 相 互 位 置 和 钎 焊 要求 的 接 头 间 隙 。 钎 焊 夹 具 要 涉 及 到 钎 焊 零 件 的 固 定 、 装 配 、 进 炉 、 钎 焊 、出 炉 整 个 过 程 ,夹 具 是 否 合 理 和 实 用 直 接 影 响 到 钎 焊 质 量 。(1)夹 具 材 料 要 可 以 经 受 钎 焊 温 度 ,而 不 丧 失 强 度 ,不 变 形 和 放 出 气 体 ,不 易 与 组 焊 件 产 生 合 金 反 应 ;钎焊夹具(2)重 视 夹 具 和 零 件 的 温 度 膨 胀和 收 缩 ,在 钎 焊 温 度 下 ,要 保 证 钎 焊 零件 具 有 合 适 的 接 头 间 隙 ;(3)夹 具 要 保 证 钎 焊 区 的 热 传 导 ,引 起 的 热 量 转 移 对 零 件 的 稳 定 加 热 降 温 产 生 干 扰 最 小 ,并 且 不 妨 碍 钎 料 的流 动 。 真空钎焊优点同熔焊和其他类型的钎焊相比,真空钎焊具主要具有以下优点:(1)在全部钎焊过程中,不使用钎剂,被钎焊零件处于真空条件下,不会出现氧化、增碳、脱碳及污染变质等现象,钎缝成形美观(2)钎焊时,零件整体受热均匀,热应力小,可将变形量控制到最小程度,可实现无余量加工和精密钎焊;(3)可一次钎焊多道邻近的钎缝,或可以根据炉子的容量,同炉钎焊多个组件,提高钎焊效率,同时可将零件热处理L序在钎焊工艺过程中同时完成,选择适当的钎焊工艺参数,还可将钎焊安排为最终工序,而得到性能符合设计要求的钎焊接头。(4)可钎焊的基本金属种类多,特别适宜钎焊铝及铝合金、钛及钛合金、不锈钢、 高温合金等。也适宜于钛、锆、铌钼、钨、钽等同种或异种金属的钎焊。对于复合材料、陶瓷、石墨、玻璃、金刚石等材料也适用。(5)开阔了产品设计途径,对带有狭窄沟槽、极小过渡台、盲孔的部件和封闭容器、形状复杂的零组件均可采用,无需考虑由钎剂等引起的腐蚀、清洗、破坏等问题。