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真空钎焊工艺

作者:蔡东俊 人气:402728 日期:2019-5-3 19:32:11
      
          真空钎焊工艺
 
 
 
1.真空钎焊操作及工艺过程的监控
    真空钎焊的加热操作过程是执行工艺参数,获得钎焊接头的决定性工艺过程,根据钎焊工艺方法的不同主要分为过程可便于观察调整的手工操作过程(如火焰钎焊、烙铁钎焊等)和过程难于观察调整的自动钎焊过程(如炉中钎焊、自动钎焊等)。手工钎焊时,工艺过程完成的好坏与操作工人的技术水平和熟练程度密切相关。手工钎焊时应采取必要的措施保证钎焊部位的均匀加热,并尽可能防止母材和钎料的过分氧化?;鹧媲ズ甘?,应将火焰调节成还原性焰,用内焰或外焰加热工件。加热时应注意让火焰移动并侧重加热材料较厚的一侧,保证钎焊部位的均匀升温,避免对小件的长时间直接加热,以免产生局部过热。采用时时送进的钎料添加方式时,在加热过程中用钎料接触工件的方法测试加热温度,加热到温后添加钎料。手工钎焊一般不采用仪表测温,钎焊加热过程中观测钎料熔化并形成钎缝后撤离热源。为避免冷却过快可能造成的开裂,有时钎焊冷却时需采用辅助加热的方法,使工件慢慢冷却。
    自动钎焊时,钎焊过程成功的关键在于正确的装炉操作和工艺参数的准确执行。炉中钎焊装炉时,需保证被钎焊工件能够均匀地接受辐射,避免辐射过于密集。钎焊过程采用合格有效的监控仪表对加热温度、时间、真空度等主要工艺参数进行测量和控制。由于受工件尺寸及不均匀辐射的影响,钎焊炉内的温度存在不均匀性,有时温度差别甚至达到几百度,因此温度测量时热电偶的放置位置非常重要,在条件允许时应将热电偶放置在与工件良好接触部位或插人工件内部。在不能对工件直接测温时,应通过试验确定所测温度与工件实际温度的差别,并依此调整需控制的钎焊温度参数。
1.1 真空钎焊后处理
    经钎焊后的零件,在投入使用前还必须根据技术指标及其他要求进行相应的处理;包括钎剂残渣清除、阻流剂清除及焊后热处理等。  
1.2  残余钎剂的去除
    大多数钎剂对钎焊接头和工件具有腐蚀作用,影响零件的使用寿命,同时也会妨碍对钎缝质量的检查,影响零件外观质量,因此钎焊后必须将其清除干净。钎剂清除的方法主要有水洗、化学清洗和机械清理三种。因钎剂的种类和性质不同,清除钎剂的方法也不同。
    对于水溶性软钎剂,如水溶性有机软钎剂和无机酸类软钎剂,可用热水洗涤的方法去除。对于由凡士林调成的膏状钎剂、活性松香类钎剂等,应采用有机溶液进行清除,常用的有机溶液包括酒精、异丙醇、汽油、三氯乙烯等。对于无机盐类软钎剂产生的不溶于水的钎剂残渣(含有氯化锌),可先用体积分数为2%的盐酸溶液洗涤,再用氢氧化钠水溶液中和,最后用热水和冷水洗净。对于难清洗的软钎剂残渣,有时需采用复合清洗的方式去除。
    硼砂-硼酸的钎剂残渣呈玻璃状粘在接头的表面,很难去除,一般采用机械方法去除,如喷砂等。较简便的方法是将钎焊完的工件在热态下直接放入水中,因膨胀系数不同使钎剂开裂而去除。但这种方法不适合对热冲击敏感的接头。另外,还可将工件放置在温度为70~90℃,质量分数为2%~30%的重铬酸钾溶液中长时间浸泡去除。
    含氟化物的硬钎剂残渣也较难去除。钎剂中含氟化钙时,可先在沸水中清洗10~15min,然后在120~140℃,成分为300~500g/L的氢氧化钠和50~80g/L的氟化钠的水溶液中长时间浸煮去除。钎剂中含有较多氟硼酸钾或氟化钾时,不会形成玻璃状残渣,可用水煮或在体积分数为10%的柠檬酸热水中浸泡去除。
    铝用硬钎剂尤其是氯化物钎剂腐蚀性强,应彻底去除??山忍ぜ湃肜渌?,借助急冷使钎剂残渣脱落,但易引起工件变形或开裂,应慎重使用??捎孟率龇椒ń腥コ?,先在60~80℃的热水中浸泡l0min,用毛刷仔细清洗残渣,然后用冷水冲洗,再用体积分数为15%的硝酸水溶液浸泡30min,最后用冷水冲洗干净。 
    对于铝用氟化物钎剂,其残渣的清除方法可按下述方法进行:将工件放在体积分数为7%的草酸和体积分数为7%的硝酸组成的水溶液中,先用毛尉仔细清洗钎缝,再浸泡90min,最后用冷水冲洗干净。
1.3  阻流剂的去除
    焊件上的阻流剂多数情况下可以采用机械方法进行清除,如采用擦洗、压缩空气吹、水洗或超声波水洗等方法去除,或采用毛刷、金属丝刷等方法去除。若阻流剂与母材表面存在相互作用时,可用热硝酸—氢氟酸浸洗去除。但若钎料中含有Cu或Ag时,应避免采用上述方法,这时可用浓的氢氧化钠溶液清洗去除。采用化学方法去除阻流剂后,必须用清水将残余酸、碱彻底冲洗掉。
1.4  真空钎焊后热处理
    钎焊后热处理的目的是提高钎焊件的整体性能水平,包括提高母材本身性能和提高接头性能两个方面。由于钎焊热循环常常伴随母材性能的降低,钎焊后热处理经常是为恢复母材的性能而进行的。在安排为强化母材本身而进行的热处理时,如有可能应选择钎焊温度合适的钎料,使钎焊过程和热处理过程可以在同一次热循环中完成,以提高生产效率。若钎焊后安排单独的热处理,则热处理温度应在钎料重熔的温度以下进行,以免钎缝开裂。如有必要应采用合适的热处理工装以防止钎缝开裂和工件变形。
    为改善或提高接头性能而进行的热处理主要有两类:一是改善接头组织而进行的扩散处理,二是为消除残余应力而进行的退火处理。扩散处理常与钎焊过程在同一个热循环中一起完成,或单独进行扩散处理。采用非真空的单独的扩散处理时,处理温度应控制在钎料的固相线温度以下。
1.5冷却气体含水量、含氧量的控制:(不超过3ppm)、含氧量(不超过3ppm)、冷却气体含水量、含氧量如果超标产品外观的颜色会变化。
1.6 在真空钎焊工程中,工件主要靠热辐射进行加热。而真空钎焊炉的加热器通过辐射传热。辐射传热有其特有的规律,即斯蒂芬玻尔兹曼定律,说明在相同情况下真空钎焊炉内升温速度要较其他加热方式慢很多。真空钎焊时,应尽可能缓慢加热,以使需要真空钎焊的产品内外温度保持一致,否则直接影响真空钎焊质量。对工业化生产中的产品一般预热几个升温曲线、保温,以及停止加热,然后进入降温程序,真空钎焊是既能实现上述目的又能提高生产效率的行之有效的工艺流程,其中真空钎焊温度以及真空钎焊保温时间是影响真空钎焊质量的关键。真空钎焊的工艺参数主要有:真空度、加热速率、稳定温度及时间、真空钎焊温度、看钎焊保温时间、冷却速率、出炉温度等。它们都直接影响钎料填缝和钎料与基材金属的相互作用过程,对真空钎焊接头的质量具有决定性作用。因此,必须经过工艺试验进行选定。一般要求铝基钎料钎焊时热态工作真空度不大于3.5×10-3Pa;推荐铝及铝合金,小、薄组件,低应力装配时加热速率6℃/min~8℃/min,大、厚组件,高应力装配组件加热速率4℃/min~5℃/min;真空钎焊温度和保持时间与组件结构、壁厚、材料传热性质有关。真空钎焊温度选为高于铝基钎料液相线温度30℃~80℃之间效果较好;保温时间的长短受零件和工装的热容量的影响,热容量大保温时间长些,不同的零件和装炉量的真空钎焊需要实验筛选出真空钎焊保温时间。铝及铝合金可选择自然随炉冷却或强制充气冷却,当采用向炉内充入气体冷却工件时,必须先将工件自然冷却至400℃以下,真空钎焊炉充气压力可稍高于钎焊材料的挥发平衡压力,如铝及铝合金充入氮气的压力为1.2Pa~1.3Pa。
真空钎缝不致密缺陷产生的原因
 
 
 
不致密性缺陷形成的机理
 
 
 
不致密缺陷的形成过程
 
 
 
提高钎缝致密性的措施
 
 
不等间隙方法提高致密性的原理
 
 
 
 
 
真空钎焊缺陷:
 
母材自裂
 
 

 

溶蚀
  溶蚀是母材表面被熔化的钎料熔解而形成的凹陷 。
(1)溶蚀原因
  钎料与钎焊母材不匹配,钎料与母材中的某个组元形成低熔点相,降低了母材部分区域的固相线温度。工装热容量大或装炉量大而导致零件升温速率慢,在钎料固一液相温度区间停留时间太长,在某个温度点钎料与母相中的某个组元络合成低熔点的相而导致母相合金部分区域熔点降低而熔化。炉温不均匀,钎焊件局部温度太高,钎焊温度太高导致经钎料扩散区域母材的低熔点组分熔化。在钎料固一液相线区间升降温慢。钎焊保温时间太长。
(2)消除措施
  解决措施一般是更换钎料牌号?;蛟诮咏チ先鄣闶笨焖偕?,减少装炉量,减轻工装重量,降低钎焊温度,缩短真空钎焊的保温时间。
漫流
  漫流是钎焊时钎料流过钎焊接头处在母材上所形成的薄的钎料覆盖层。
(1)漫流原因
  工装夹具在钎焊温度时应有一定的弹性和钢度,使焊缝联接处有合适的间隙,形成毛细现象吸附住熔化钎料。工装装夹不紧,钎焊组件缝隙太大就保持不住钎料,产生漫流缺陷。工装钢度低,加热后热变形和重力作用引起钎焊组件联结缝隙增大,不能形成钎料的毛细现象也导致钎料漫流。真空钎焊是辐射传热,工装夹具的热容量大,钎焊零件的升温速率小,在钎料的固一液相温度区间停留时间长,钎料低熔点组分挥发较多,同时钎剂的作用时间也长,两者进一步破坏了液态钎料的表面张力,过度改善了钎料对母材的润湿性。装炉量大,升降温速率小,保温时间长等和工装夹具热容量大一样,钎料在液态停留时间长,降温速率慢相当于延长了钎料液态的保温时间,也会产生漫流。钎剂的作用是还原表面的氧化膜、降低液态钎料的表面张力,改善钎料对母材的润湿性。铝真空钎焊镁粉钎剂的使用量一般不大于2 g/m。,使用量还因零件的形状、表面积、装炉量的不同而异。钎剂使用量大,钎料对母材的润湿性太好而导致钎料漫流。保温温度高,液态钎料的表面张力小,钎剂降低表面张力的作用增强等这些因素综合作用的结果引起钎料漫流。工件在钎料的固一液相温度区间停留时间长而导致漫流。
(2)消除措施
  可以增大工装装夹力,缩小钎焊组件连接缝隙。提高工装夹具钢度,保证热状态时连接缝隙不变大。镂空减轻工装重量或者用石墨代替部分钢材,以减少工装的热容量。减少钎剂用量,在连续钎焊时应逐炉减少钎剂用量。采用分阶段升降温,在钎料固一液相温度区间快速升降温,缩短钎焊保温时间,降低钎焊保温温度,减少装炉量。
产品钎焊强度低
(1)原因
  钎焊保温时间短,某个组元向母材扩散时间短。在钎料固一液相区问升温时间太长,钎料部分组元挥发多。真空压强太高或真空炉泄漏率大,加热时钎料或母材又部分氧化。氧化膜清除不彻底。钎料或母材在碱洗时过腐蚀而改变了钎料的组分。钎剂用量少,钎料的润湿性不好。
(2)消除措施
  延长保温时间,使扩散充分完成。采用分区间升温,在钎料固一液相区间快速升温,减少钎料低熔点组元的挥发。降低真空压强,防止加热时钎料或母材再度氧化。检查设备的压升率。增加碱液浓度或温度,或延长碱蚀时间,彻底清除氧化膜。降低碱液浓度或温度(一般控制在60°C),或缩短碱蚀时间,把钎料或母材分开碱洗,防止碱洗时改变钎料的组分。增加钎剂用量,改善钎料的润湿性。
漏焊
  漏焊是钎焊件对接处钎缝处无钎料或钎料熔化流失而形成的未焊合的缝隙。
(1)原因
  钎料用量不够或连接缝隙大。钎焊升温速率太大导致零件变形大使联结缝隙增大,形不成毛细现象。钎剂使用量大,钎料的润湿性太好导致钎料流失或钎焊缝过宽。在钎料固一液相线区间升温速率慢,钎料低熔点组元的挥发多改变了钎料组分,提高了余下部分钎料的熔点,降低了钎料和母材间的相互扩散作用。装炉量大或工装设计不合理。工装太重吸热量太大,而导致升温速率慢。保温时间长或冷却速率慢等,钎料低熔点组元的挥发多。钎料过腐蚀,改变了其成分进而改变了熔点。
(2)消除措施
 增加钎料用量,增大工装的夹紧力缩小连接处缝隙。钎焊前增加钎焊组件的去应力退火工序,或者分阶段升温并设置等温阶段,在500℃ 以上快速升温。减少钎剂的使用量,连续钎焊时应逐炉减少钎剂的使用量。减少装炉量,减轻工装重量,用石墨取代部分不锈钢。缩短钎料碱腐蚀时间,或调整腐蚀工艺参数,钎料和母材的腐蚀应分开进行。
针孔(气孔)
  钎焊过程中熔化钎料中的气泡在凝固时形成于表面的孔穴,小的称针孔,大的称气孔。
(1)原因
  钎焊时真空度达不到要求,正常钎焊真空度要求在2·0×10-3Pa。钎焊炉内压力大,钎料中的气泡逸出阻力大。钎料成分不对,低熔点高蒸气压元素含量过高。
(2)消除措施
  在接近钎料熔点处设定保温平台以降低钎焊炉内压力。减少钎料中大蒸气压元素含量。
钎料不全熔
  钎料不全熔是一部分钎料组分熔化而剩下高熔点的组分未熔,表观看就是钎料的表层熔化而中间没有熔化的缺陷。
(1)原因
  产品装炉量大,或者工装太重热容量大,在钎料固一液相线区间升温速率慢,在熔化过程中,在真空环境中,钎料的低熔点组分汽化过多,改变了钎料的成分,使余下的钎料熔点升高而不熔。
(2)消除措施
  分阶段升温,提高最后阶段的升温速率,在500℃设置等温段,消除工件温度的滞后以提高钎料固一液相线区间升温速率,减少装炉量,减轻工装重量或更换部分不锈钢为石墨,减少工装的热容量以提高工件的升温速率。
钎焊件变形
(1)原因
  升温速率大,释放应力过快或热应力过大,冷却过快也使热应力过大。工装钢度不足或装夹强度不足。
(2)消除措施
  钎焊前增加钎焊组件的去应力退火;采用分阶段升温,设置等温平台,在接近钎焊保温温度时快速升温;分阶段控制降温,在钎料固相线温度以下慢冷。提高工装钢度和装夹精度。

填隙不良部分间隙未被填满。
产生原因为:
(1) 接头设计不合理,装配间隙过大或过小,装配时零件歪斜。
(2)钎剂不合适,如活性差,钎剂与针料熔化温度相 差过大,钎剂填隙能力差等,或者是气体?;でズ甘逼?体纯度低和真空钎焊时真空度低。
(3)钎料选用不当,如钎料的润湿作用差,钎料量不足。
(4)钎料安置不当。
(5)钎焊前准备工作不佳,如清理不净等。
(6)钎焊温度 过低或分布不均匀。
钎焊气孔产生原因为:
(1)接头间隙选择不当。
(2)钎焊前零件清理不净。
(3)钎剂去膜作用或?;て?体去氧化物作用弱。
(4)钎料在钎焊时析出气体或钎料 过热。
钎缝夹渣产生原因为:
(l)钎剂使用量过多或过少。
(2)接头间隙选择不当。
(3)钎料从接头两面填缝。
(4)钎料与钎剂的熔化温度不匹配。
(5)钎剂密度过大。
(6)加热不均匀。
钎缝开裂产生原因为:
(1)由于异种母材的热膨 胀系数不同,冷却过程中形成的内应力过大。
(2)同种材料钎焊加热不均匀,造成冷却过程中收缩不一致。
(3)钎料凝固时,零件相互错动。
(4)钎料结晶温度间隔 过大。
(5)钎缝脆性过大。
母材开裂产生原因为:
(1)母材过烧或过热。
(2) 钎料向母材晶间渗入,形成脆性相。
(3)加热不均匀或 由于刚性夹持而引起过大的内应力。
(4)工件本身有内 应力而引起的应力腐蚀。
(5)两种热膨胀系数相差过大而塑性偏低的异种母材。
母材被溶蚀产生原因为:
(l)钎焊温度过高,保温时间过长。
(2)母材与钎料之间的作用太剧烈。
(3)钎料量过多。
钎料流失产生原因为:
(1)钎焊温度过高或保温 时间过长。
(2)钎料位置不当以致未起毛细作用。
(3)局部间隙过大。

 

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