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一篇文章了解釬焊材料的選型方法,好文
上傳更新:2017-07-31

2017-07-3釬焊

正確地選用釬料是保證獲得優質釬焊接頭的關鍵,應從釬料和母材的相互匹配、釬焊件的使用工況要求、現有設備條件以及經濟性等方面進行綜合考慮來確定。

釬料的分類

1按照釬料的熔化溫度范圍分

        (1)熔點低于450℃的釬料稱為軟釬料如稼基、錫基、鉛基、鋅基等合金。

        (2)熔點高于450`C的釬料稱為硬釬料(俗稱難熔釬料)如鋁基、銅基、銀基、錳基、金基、鎳基等合金。

2按照釬料的主要合金元素分

釬料按其主要合金元素可分為銀基、銅基、錫基、鉛基、鋁基等釬料。

3按照釬料的制成形狀分

釬料按其制成形狀可分為絲、棒、片、箔、粉狀或特殊形狀釬料(例如環形釬料或膏狀釬料等)。

4按使用時是否需要添加釬劑來分

按使用時是否需要添加釬劑來看,有自釬劑和添加釬劑之分。自釬劑釬料(self fluxing brazing alloy)是指不需要使用釬劑便能直接進行釬焊的釬料。屬于一種特殊的金屬連接材料。在這類釬料中含有能起到釬劑作用的元素。自釬劑釬料通常有兩大類:一類為含磷的銅磷釬料和銅銀磷釬料;另一類為含鋰的銅基和銀基釬料。

釬料的特性

選擇釬料之前,必須了解和評估釬料的三個基本特性:物理性能,熔化過程和可以采用的形式。

釬料的物理性能基于其冶金組成。(釬料一般是合金,是由兩種或多種“純”金屬制成的。)這些組分確定了這種釬料是否與被連接的金屬匹配—能濕潤母材,流過接頭區,并且不生成有害的冶金組分。另外,由于生產需要可能要求特別的性能。 例如,如果是真空釬焊,就要求釬料沒有任何易揮發元素,如鎘或鋅。如一些電子元件就需要非常高純度的釬料。而抗腐蝕的接頭需要釬料既要抗腐蝕,又要與被連結的母材和諧共存。

釬料的熔化過程也是基于冶金組成。由于大多數釬料是合金,它們一般不像純金屬熔化那樣,從固態到液態是同一個溫度。但是,有一個非常重要的例外。有一種合金,稱為共晶體,它們也像純金屬那樣熔化。銀一銅合金,72%銀,28%銅。這種釬料在一個單一的溫度780℃完全熔化。用冶金術語來講就是,其熔點(固相點)和流態點(液相點)是相同的。

注意,在72%銀,28%銅組分時,液相線溫度和固相線溫度是相同的,而這種共晶組分左邊或右邊的合金不是直接從固態到液態的,而是經過一個“糊狀的”范圍-這兒合金是固相和液相共存。這個范圍是“固相點”溫度與“液相點”溫度之差?!骯滔嗟恪蔽露仁嗆轄鶩耆袒淖罡呶露?,即當合金加熱時從這一點開始熔化?!耙合嗟恪蔽露仁嗆轄鶩耆禾奈露齲吹焙轄鵠淙詞?,從這一點開始固化)。

在所有的釬焊應用中,釬焊釬料的“液相點溫度”是一個非常重要的溫度。由于在釬焊中,你決不想--或不需要熔化母材,你就應該選擇一種釬料,它的液相點溫度比兩種母材的固相點溫度都低。 還有一些釬焊,必須特別考慮液相點因素。例如,當分步釬焊一個組件時,即在先前釬焊過的接頭附近再釬焊。第二次釬焊操作不能擾亂第一次的接頭。防止的方法就是再用另一種釬料。使得第二次接頭的釬料的液相點溫度比第一次接頭使用的釬料的液相點溫度低。這種方法確保當進行第二次釬焊時第一次的接頭不被熔化。

 常見釬料形式有絲、片、線、環、粉、膏、箔、預成型、帶芯等,可根據待焊工件結構特點,具體采用的釬焊方法和釬焊生產效率要求等來確定適當的釬料形式。

釬料的選用方法

選用釬料時主要考慮母材的特點和對接頭性能的要求,一般來說應綜合考慮以下因素:

(1)釬料應具有合適的熔化溫度范圍,至少應比母材的熔化溫度范圍低幾十度。

(2)在釬焊溫度下,應具有良好的潤濕性,以保證充分填滿釬縫間隙。

(3)釬料與母材應有擴散作用,以使其形成牢固的結合。

(4)釬料應具有穩定和均勻的成分,盡量減少釬焊過程中合金元素的損失

(5)所獲得的釬焊接頭應符合產品的技術要求,滿足力學性能、物理化學性能、使用性能方面的要求。

(6)釬料的經濟性要好。應盡量少含或不含稀有金屬和貴重金屬?;褂ΡVでズ傅納室?。

(7)釬料應具有加工變形能力,以便于制成各種形狀。

釬料的種類繁多,使用過程中的影響因素也很多。新型釬焊材料技術國家重點實驗室主任龍偉民研究員曾總結出一個實用表格:

釬料的選型主要依據

上圖是根據生產實踐總結出的釬料與母材的匹配優先選用的順序。

從原則上來說,選用釬料應從以下幾個方面來考慮。

   (1釬料與母材的匹配

    對于確定的母材,所選用的釬料應具有適當的熔點,對母材有良好的潤濕性和填縫能力。與母材相互作用能產生有益的結果,能避免形成脆性的金屬間化合物。

   (2釬料與釬焊方法的匹配

    不同的釬焊方法對釬料性能的要求不同,如采用火焰釬焊時,釬料的熔點應與母材的熔點相差盡可能大,避免可能產生的母材局部過熱、過燒或熔化等;采用電阻釬焊方法時,希望釬料的電阻率比木材的電阻率大一些,以提高加熱效率;爐中釬焊時釬料中易揮發元素的含量應較少,保證在相對較長的釬焊時間內不會因為合金元素的揮發而影響到釬料的性能。

   (3保證滿足使用要求

    不同產品在不同的工作環境和使用條件下對釬焊接頭性能的要求不同,這些要求可能涉及導電性、導熱性、工作溫度、力學性能、密封性、抗氧化性、耐腐蝕性等,選擇釬料時應著重考慮其主要的使用要求。釬焊接頭最常見的使用要求是強度、抗氧化性和耐腐蝕性,有疑問時可取些試樣通過實驗來確定接頭是否滿足必要的工作時間、溫度和強度的要求。

   (4釬焊結構要求

          釬焊結構的復雜性有時需要將釬料預先加工成形,如制成環狀、墊圈、墊片狀、箔材和粉末等形式,預先放置在釬焊間隙中或其附近。因此,在選用釬料時要充分考慮其加工性能是否可以制成所需要的形式。

   (5生產成本

    包括釬料的成本、成形加工成本和釬焊方法及設備投資等方面的成本。生產批量不大時,優先考慮產品的性能和質量;大批量生產中釬料成本的降低具有重要的經濟意義。

         正確地選用釬料是保證獲得優質釬焊接頭的關鍵,應從釬料和母材的相互匹配、釬焊件的使用工況要求、現有設備條件以及經濟性等方面進行綜合考慮來確定。

從工況情況考慮

    主要是依據焊件的工作溫度和載荷大小,一般原則如下。

    (1300℃以下低載荷接頭,優先選用銅基釬料。對于長接頭要求改善間隙填充性能時,可選用在銅中加入少量硼的Cu-Ni-B釬料。

       (2)300400℃之間工作的低載荷接頭,選用銅基釬料和銀基釬料:其中銅基釬料比較便宜,應優先選用。

       (3)400600℃之間工作的抗氧化、耐腐蝕、高應力的接頭,選用錳基、鈀基、金基或鎳基釬料。在重要部件上最好選用Au-22Ni-6CrAu-18Ni釬料,釬焊工藝性能好,釬焊溫度適中(9801050℃),獲得的接頭綜合力學性能極佳。

        (4)600800℃之間工作的接頭,選用鈀基、鎳基、鈷基釬料。優先使用流動性好的Ni-Cr-B-Si系釬料。但因這種釬料含硼量較高,不適用于厚度小于0.5mm的零件。

        (5)800℃以上工作的接頭,可選用鎳基釬料和鈷基釬料;但其中含磷的鎳基釬料和Ni-Cr-B-Si系釬料不宜選用,因其強度和抗氧化性能難以滿足要求。

從接頭的特定使用要求出發

可作如下選擇。

       (1)耐腐蝕、抗氧化接頭,通常選用金基、銀基、鈷基、鈀基、鎳基或鈦基釬料。

       (2)從強度考慮,一般由高到低的順序是:鈷基、鎳基、鈀基、鈦基、金基、錳基、銅基、銀基、鋁基。

       (3)從電性能方面考慮,通常選用金基、銀基、銅基、鋁基釬料。在均能滿足要求的前提下,優先選用價格便宜的銅基釬料。

       (4)對于特殊要求的焊件,要根據具體要求選用釬料。例如,在核工業中使用的釬料不允許含硼,因為硼對中子有吸收作用。

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