钎焊技术详解.doc

前言
汉代班固所撰《汉书》中有云：“胡桐泪盲似眼泪也可以汗金银也今工匠皆用之”。明代方以智所撰《物理小识》中又云：“焊药以硼砂合铜为之，若以胡桐汁合银，坚如石。今玉石刀柄之类焊药，加银一分其中，则永不脱。试以圆盆口点焊药于其一隅，其药自走，周而环之，亦一奇也”。说明钎焊技术在我国出现的时间很早。但是钎焊技术的发展却很缓慢，进入20世纪后，已经远远落后于熔化焊技术。本世纪30年代后，随着冶金和化工等技术的不断进步，钎焊技术才获得了长足的发展并逐渐成为一种独立的工业生产技术。同时出现多种钎焊方法，其应用也越来越广泛。
随着我国改革开放，国民经济得到了高速发展，钎焊技术在航空、航天、雷达、电子、汽车等行业中得到了更广泛的应用，特别是近年来汽车工业的快速发展，使得钎焊技术已经是汽车热交换器行业中不可缺少、不能替代的焊接技术。
一、钎焊技术的基本特征与特点
钎焊与熔化焊和压力焊一起构成了现代焊接技术。钎焊技术可以简单的理解为基材（被连接的金属与非金属）不熔化而钎料（连接金属，又称焊料）熔化的焊接技术, 区别于一般意义上的熔化焊基材和焊料都熔化和压力焊基材熔化，因此钎焊技术可以认为是一种精密连接技术，有资料表明利用钎焊连接技术尺寸偏差小于0.02mm，可以实现复杂零件的连接。钎焊技术又具有很高的生产效率，多个焊缝可以一次完成，在电子行业中采用钎焊技术（波峰焊、回流焊）可以一次完成成千上万个焊点。同时，钎焊技术也具有强度一般较低等缺点。通过对钎焊技术特点的初步了解，对于那些要求精密、尺寸微小、结构复杂等连接工件，应优先考虑采用钎焊方法连接。
在汽车热交换器钎焊过程中，散热带与散热管间的几百条焊缝也是通过钎焊炉一次完成连接，具有很高的生产效率。
二、钎焊方法的分类
按照不同的特征和标准，钎焊方法可以分成各种类型，归纳起来主要上有以下几种分类方法：
1）按照钎料的熔点分类 美国焊接学会推荐的标准，可将钎焊分为两类。当熔点（或液相线）低于450℃时，称为软钎焊，而当其温度高于450℃时，称为硬钎焊。
2）按照加热源种类和加热方式分类 可分为：火焰钎焊炉中钎焊、感应钎焊、电阻钎焊、电弧钎焊、浸渍钎焊、红外钎焊、激光钎焊、气相钎焊、烙铁钎焊以及超声波钎焊等。
3）按照被连接基材种类分类 铝钎焊、不锈钢钎焊、陶瓷钎焊、复合材料钎焊、铜钎焊等。
4）按照环境介质差异方式分类 气体保护钎焊、真空钎焊等。
5）按去除基材表面氧化膜的方式分类 钎剂钎焊、无钎剂钎焊、自钎剂钎焊。
汽车热交换器现在普遍采用的钎焊方法是氮气保护炉中铝钎焊，属于硬钎焊。
三、钎焊要点在汽车热交换器生产上的体现
1、钎焊过程
钎焊时，由于钎剂（钎剂：钎焊时使用的溶剂，作用在于清除钎料和基材表面的氧化膜，并保护钎焊件在钎焊过程中免于再次氧化，增强液态钎料对基材的润湿性和铺展性）的熔点比钎料的熔点低，钎剂在加热熔化后流入母材间隙，同时熔化的钎剂与母材表面氧化物发生物理化学作用，从而清净母材表面(去除氧化膜过程)，为钎料填缝创造条件。随着加热温度的继续升高，钎料开始熔化并润湿、铺展，钎料在排除钎剂残渣并填入母材间隙的同时，熔化的钎料与固态基材间发生物理化学作用。当钎料填满间隙经过一定时间保温后开始冷却、凝固，形成钎焊接头，从而完成整个钎焊过程。概括整个钎焊过程应概括为几个过程：钎剂去膜、钎料熔化、钎料润湿铺展、钎料填缝、钎料与基材物理反应形成钎焊接头。
2、钎焊要点
钎焊的根本问题就是如何能够得到一个优质的接头。这样的接头，只有在液态钎料能充分地流入并致密地填满全部钎缝间隙，又与母材很好地相互作用的前提下才可能获得。并不是任何熔化的钎剂或钎料都能顺利地填入任何焊件间的间隙中去的，因此，要保证得到优良的接头，在实际钎焊操作过程中，必须严格考虑到以下几个要点:
(1) 钎料对基材金属的润湿与铺展
什么是钎料对基材金属的润湿与铺展呢？在自然界中有很多这方面的例子，举例来说，在清洁的玻璃板上滴一滴水，水滴可在玻璃板上完全铺开，这时可以说水对玻璃板完全润湿；如果滴的是一滴油，则油滴会形成一球块，发生有限铺开，此时可以说油滴在玻璃板上能润湿；若滴一滴水银，则水银将形成一个球体在玻璃板上滚动，这时说明水银对玻璃不润湿。钎料对基材的润湿与铺展也是一样的道理，当钎料不加钎剂在基材上熔化时，钎料呈球状滚动，此时钎料不润湿基材；当加钎剂时，钎料将在基材铺开，也就是说钎料(焊料)在基材上润湿和铺展。
(2) 液态钎料在零件间隙中的毛细填缝过程
毛细作用是液体在狭窄间隙中流动时所表现出来的固有特性。在实际生活中有很多这样的例子，例如：将两块平行的玻璃板或直径很细小的洁净管子插入某种液体中，液体在平板之间或在细管内会出现两种现象：一种是液体沿着间隙或细小内径上升到高出液面的一定高度h,如图1(a)所示；另一种是液体沿着间隙或细小内径下降到低于液面的一定高度h，如图1(b)所示，这种现象称为“毛细作用”。

图1 细小间隙中的毛细作用
据我们中学的物理中所讲，平行间隙中的毛细作用是均匀的，然而，在钎焊中，平板平行间隙中的毛细填缝作用是不均匀的。我们不妨做一个简单的实验：将两块玻璃板搭接在一起，在搭接的边缘上，滴一滴墨水，我们可以清楚的看见这一现象，就是墨水在平板间隙中不是均匀、整齐地流动，而是紊乱的流动。并且还可以看到，墨水的填缝速度是不均匀的，不仅在前进方向会有流速不均匀的现象，有时还受到墨水沿侧面流动的影响。因此，从这一试验结果可以看出：钎焊时，钎料的毛细填缝也应是不均匀、不规则的。实际上这种毛细填缝特点将会直接影响钎焊接头的质量，形成钎缝不致密，产生夹气、夹渣等缺陷
(3) 接头间隙大小的影响
接头间隙大小对钎料毛细填缝作用、钎缝致密性，乃至接头强度有着相当大的影响。其它工艺条件确定时，选用最小的可行间隙，可以获得最大强度的接头。这时，毛细作用显著，液态金属易于充满整个接头间隙，从而获得空洞缺陷较少的接头。
(4) 焊件的加热与冷却
钎焊操作过程是从加热开始，到某一个温度并停留，最后冷却形成接头的整个过程。在这个过程中，所涉及到的最主要的工艺参数就是钎焊温度和保温时间，它们直接影响钎料的填缝和钎料与基材的相互作用，从而决定了接头质量的高低。此外，加热速度和冷却速度也是较重要的工艺参数，它们对接头的质量也有不可忽视的影响。
(5) 钎料与基材的相互作用
钎焊过程中，液态钎料在毛细填缝的同时就与基材发生相互作用，这种作用包括两方面的内容：一是基材向液态钎料中的溶解；二是钎料组分向基材的扩散。
在钎焊过程中，这五要点影响着钎焊件的质量，钎焊工作者应对这五个要点有充分的认识，并能灵活应用它。才能获得优质的钎焊接头，提高产品的钎焊质量。
3、热交换器钎焊工艺规程
在阐述钎焊要点在汽车热交换器生产上是怎样体现之前，我们先看简单了解一下热交换器的钎焊工艺规程。
一般情况下，为实现散热管（或散热片）与散热带间成百上千个钎缝的钎焊连接，散热管或散热带表面带有复合层，这种复合层就是我们常说的钎料，利用复合层来实现散热管与散热带之间的钎焊连接。同样利用复合层也可以实现散热管与主片（或集液管）等的连接。将带有复合层的零部件（以冷凝器为例，包括扁管（散热管）、翅片（散热带）、集液管等）通过装配机装配成芯体，通过人工整平，再进喷淋机喷淋钎剂、干燥炉烘干、氮气保护钎焊炉钎焊后实现芯体整体钎焊连接。
4、钎焊要点在热交换器钎焊生产中具体体现
通过我们上述分析，我们对钎焊要素与热交换器钎焊工艺大体上有了初步认识。那么钎焊要点是怎样在汽车热交换器上体现出来的呢？接下来我详细阐述一下。
钎焊要点在汽车热交换器生产上的体现如表1所示。
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