釬焊方法及工藝

1、1、釬焊方法及工藝、釬焊方法及工藝 IWE-3/1.22-23 1.1 釬焊釬焊 釬焊與熔化焊不同，它是采用液相線(xiàn)溫度 比母材固相線(xiàn)溫度低的金屬材料作釬料， 將母材和釬料加熱到釬料熔化，利用液態(tài) 釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙并與母材溶 解和擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)連接母材的方法。 釬焊是一種用于材料連接或材料涂層的熱 連接方法，在連接處是通過(guò)釬料的熔化或 接觸而的擴(kuò)散作用實(shí)現(xiàn)焊接，母材沒(méi)有達(dá) 到熔化溫度。 每種釬料應(yīng)具有與母材相關(guān)的兩個(gè)特性： 1)釬料的熔點(diǎn)應(yīng)低于母材的熔點(diǎn)， 2)釬料在母材上必須浸潤(rùn)，也就是說(shuō)，釬料 和母材之問(wèn)的分界面間隙通過(guò)擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)合 金化。 工作溫度是指在釬焊位置釬料浸潤(rùn)時(shí)的條 件下最低

2、的表面溫度。 450 900 軟釬焊 硬釬焊 高溫釬焊 焊接與硬釬焊溫度分布的比較： 1.2 釬焊基本原理釬焊基本原理 釬焊的生產(chǎn)過(guò)程: 如釬焊前準(zhǔn)備、零件裝配和 固定、釬焊、釬焊后清理及質(zhì)量檢驗(yàn)等。 其中釬焊過(guò)程應(yīng)包括熔態(tài)釬料的填充過(guò)程及釬 料與母材的相互作用。 (1)熔態(tài)釬料的填充過(guò)程：熔態(tài)釬料的填充過(guò)程： 能實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的必要條件：必要條件： 釬料的潤(rùn)濕和毛細(xì)作用釬料的潤(rùn)濕和毛細(xì)作用。 影響釬料潤(rùn)濕作用的主要因素： 釬料和母材組成； 釬焊濕度： 母材表面氧化物；母材表面粗糙度； 釬劑。 (2)釬料與母材的相互作用。釬料與母材的相互作用。 這種作用可歸為兩種： 一種是固態(tài)母材向液態(tài)釬料的溶

3、解； 另一種是液態(tài)釬料向母材的擴(kuò)散。 這些相互作用對(duì)釬焊接頭性能影響很大。 1.3釬焊方法分類(lèi)釬焊方法分類(lèi) 根據(jù)所使用的熱源來(lái)命名及分類(lèi)， 見(jiàn)表1。 1.4典型釬焊方法介紹典型釬焊方法介紹 圖圖2 常用釬焊方法常用釬焊方法 1.6釬焊接頭設(shè)計(jì)釬焊接頭設(shè)計(jì) (1)設(shè)計(jì)原則： 首先考慮接頭強(qiáng)度 其次還要考慮組合件的尺寸精度 零件的裝配定位； 釬料的安置； 接頭間隙等。 (2)接頭設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的幾點(diǎn)接頭設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的幾點(diǎn) 搭接長(zhǎng)度，搭接長(zhǎng)度，它是保證接頭與母材具有相它是保證接頭與母材具有相 等承載能力的關(guān)鍵。等承載能力的關(guān)鍵。 搭接長(zhǎng)度搭接長(zhǎng)度 L= 式中：式中：b母材的拉接強(qiáng)度母材的拉接強(qiáng)度(MP

4、 a) 釬焊接頭的拉剪強(qiáng)度釬焊接頭的拉剪強(qiáng)度(MPa) 母材厚度母材厚度 a安全參數(shù)安全參數(shù) b a 在生產(chǎn)實(shí)踐中， 銀基、銅基、鎳基等強(qiáng)度較高的釬焊的接 頭，搭接長(zhǎng)度通常取為薄件厚度的2 3倍； 錫鉛等軟釬料釬焊的接頭，可取為薄件厚 度的45倍，但不希望搭接長(zhǎng)度大于是 15mm。因?yàn)榇藭r(shí)釬料很難填滿(mǎn)間隙，往往 形成大量缺陷。 由于工件的形狀不同，搭接接頭的具體形 式各不相同。 圖3 平板釬焊接頭形式 圖4 管件釬焊接頭形式 圖5 T型和斜角釬焊接頭 圖6 端面密封接頭 圖7 管或棒與板的接頭形式 圖8 線(xiàn)接觸釬焊接頭 接頭與載荷關(guān)系問(wèn)題接頭與載荷關(guān)系問(wèn)題 接頭設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免在載荷作用下接頭處發(fā)

5、 生應(yīng)力集中，另外在受撕裂、沖擊、振動(dòng) 等載荷作用時(shí)也應(yīng)特別注意接頭設(shè)計(jì)的合 理性。 圖9列舉了一些實(shí)例。 圖9 受動(dòng)載或重載荷接頭的合理設(shè)計(jì)或不合理設(shè)計(jì)（15） 開(kāi)設(shè)工藝孔 工藝孔是指為滿(mǎn)足工藝上的要求而在接頭上 開(kāi)的孔。釬焊時(shí)空氣受熱膨脹空氣有可能阻 礙釬料的填隙，也可能使已填滿(mǎn)間隙的釬料 重新排列，見(jiàn)圖10。 圖l0 開(kāi)設(shè)工藝孔示意圖 接頭間隙 間隙的大小在很大程度上影響釬焊接頭強(qiáng) 度和釬縫的致密性。 由于釬焊是靠毛細(xì)力作用使釬料填滿(mǎn)間隙 的。 間隙過(guò)小，釬料流入困難，在釬縫內(nèi)形成 夾渣或未釬透，導(dǎo)致接頭強(qiáng)度下降： 間隙過(guò)大，毛細(xì)作用減弱，釬料能填滿(mǎn)間 隙，也會(huì)使接頭的致密性變壞，強(qiáng)度下

6、降。 (3)釬焊接頭質(zhì)量檢驗(yàn) 釬焊接頭缺陷 a、 填隙不良、部分間隙未被填滿(mǎn)； b、 釬縫氣孔 ； c、 釬縫夾渣； d、 釬縫開(kāi)裂 ； e、 母材開(kāi)裂； f、 釬料流失； g、 母材被溶蝕。 接頭檢驗(yàn)方法 a、 外觀(guān)檢查； b、 表面缺陷檢查； c、 內(nèi)部缺陷檢查：包括X射線(xiàn)和，射 線(xiàn)、超聲波和致密性檢驗(yàn)。 2、釬焊材料、釬焊材料 2.1對(duì)釬焊材料的基本要求對(duì)釬焊材料的基本要求 a) 合適的熔化溫度范圍，一般比母材的熔化 溫度低； b) 在釬焊溫度下具有良好的潤(rùn)濕作用，能充 填充接頭間隙； c) 與母材的物理、化學(xué)作用應(yīng)保證它們之問(wèn) 形成牢固的結(jié)合； d) 成份穩(wěn)定盡可能減少釬焊溫度下元素的

7、損 耗：少含或不含稀有金屬和貴重金屬； e) 能滿(mǎn)足釬焊接頭物理、化學(xué)及力學(xué)性能等 要求。 2.2釬料的分類(lèi)釬料的分類(lèi) （重點(diǎn)）（重點(diǎn)） 兩大類(lèi)： 軟釬料 (易熔釬料，熔點(diǎn)低于450)； 硬釬料 (難熔釬料，熔點(diǎn)高于450) 。 軟釬料主要包括： 鉍基、銦基、錫基、鎘基、鋅基和鉛 基等釬料。 硬釬料主要包括： 鋁基、銀基、銅基、錳基、鎳基、金基、 鈀基、鎂基、鉬基和鈦基等釬料。 2.3 釬料型號(hào)釬料型號(hào)(牌號(hào)牌號(hào))表示方法表示方法 (1)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定 （P8/12） 2.4典型釬料簡(jiǎn)介典型釬料簡(jiǎn)介 (1)軟釬料(熔點(diǎn)低于450*(2的釬料) 錫鉛釬料 軟釬料中應(yīng)用最廣的一種。 高錫鉛合金含S

8、n6 1.9時(shí)，即形成熔點(diǎn)為183的 共晶。 純錫加入鉛后強(qiáng)度提高，在共品成份附近時(shí)強(qiáng)度和 硬度最高，但導(dǎo)電率則隨鉛量增大而降低。 錫鉛合金中有時(shí)加入銻，用以減輕釬料在液態(tài)時(shí)的 氧化程度，并提高接頭的熱穩(wěn)定性。含銻一般控制 在3以下，以免釬料發(fā)脆。若加入銀可使晶粒細(xì) 化并提高耐腐蝕性。 錫鉛釬料工作溫度不能太高，當(dāng)溫度高于100時(shí)； 強(qiáng)度急劇下降，含錫高的錫鉛料在低溫下有冷脆性。 錫鉛焊料已納入國(guó)家(GB3131-88)。 (2)硬釬料硬釬料 硬釬料由于強(qiáng)度高，可用于釬焊受力構(gòu)件， 應(yīng)用愈來(lái)愈廣， 釬焊鋼和銅用的銀基釬料和銅基釬料， 釬焊鋁用的鋁基釬料等 高溫場(chǎng)合鎳基釬料愈來(lái)愈受到人們的重視。

9、 銅基釬料 銅基釬料由于其經(jīng)濟(jì)性好，在鋼、合金鋼、 銅和銅合金的釬焊方面獲得了廣泛的應(yīng)用。 標(biāo)準(zhǔn)GB64l8-93中將銅基釬粉分為銅，銅鋅 和銅磷釬料。 銀基釬料 銀基釬料是應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)硬釬料，由于 熔化溫度不很高，能潤(rùn)濕很多金屬，并且有 良好的強(qiáng)度、延性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和抗腐 蝕性。廣泛應(yīng)用于釬焊低碳鋼、結(jié)構(gòu)鋼、不 銹鋼、銅及銅合金、可伐合金、難熔金屬等。 (3)釬劑釬劑 釬劑的主要用途：去除母材和液態(tài)釬料表 而上的氧化物，保護(hù)母材和釬料在加熱過(guò) 程中不致進(jìn)一步氧化以及改善釬料對(duì)母材 表面的潤(rùn)濕能力。 釬劑應(yīng)具備以下條件： 具有足夠的去除母材及釬料表面氧化物 的能力； 熔化溫度及最低活性

10、溫度略低于釬料的 熔化溫度； 在釬焊溫度下具備足夠的潤(rùn)濕能力。 有關(guān)釬劑方面已納入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的有： GB/T15829.1-1995軟釬焊用釬劑分類(lèi)； 標(biāo)記與包裝 GB/T15829.2-1995軟釬焊用釬劑 樹(shù)脂類(lèi)釬劑 GB/T15829.3-1995軟釬焊用釬劑 有機(jī)物類(lèi)釬劑 GB/T15829.4-1995軟釬焊川釬劑 無(wú)機(jī)物類(lèi)釬劑 JB/T6045 -1992硬釬焊用釬劑 3、各種材料的釬焊、各種材料的釬焊 (1)材料的釬焊性材料的釬焊性 是指材料對(duì)釬焊加工的適應(yīng)性，即材料在一定 的釬焊條件下獲得優(yōu)質(zhì)接頭的難易程度。 1）釬焊性的好壞首先與材料表面形成的氧化 物成分及其去除的難易程度有關(guān)

11、。 例如銅和鐵表面氧化物的穩(wěn)定性低容易去除， 故釬焊性好；鉻的氧化物穩(wěn)定性高，不易去除， 含鉻的金屬必須采用活性大的釬劑或純度高的 還原性氣體才能將其除去。鋁的氧化物更難去 除，相對(duì)來(lái)說(shuō)，鋁的釬焊性就差。 2）釬焊性的好壞還表現(xiàn)在釬焊加熱溫度對(duì)工 件材料組織及性能的影響上。 例如，硬鋁LYl2的固相線(xiàn)溫度相當(dāng)?shù)停?前還沒(méi)有合適的釬料使其在硬釬焊時(shí)不發(fā)生過(guò) 燒，故釬焊性差。 3）釬焊性的又一重要標(biāo)志是釬料對(duì)它的潤(rùn)濕 作用。 多數(shù)釬料對(duì)銅、鋼的潤(rùn)濕作用都比較好，對(duì)鉬、 鎢的差。前者釬焊性好，后者釬焊性差。 4）釬焊性好壞又與工件材料同釬料作用后的 產(chǎn)物性能有關(guān)。 鈦和鈦合金同大多數(shù)釬料作用會(huì)在界

12、面區(qū)形成 脆性化合物相，故鈦的釬焊性差。 又如，低碳鋼在爐中釬焊時(shí)對(duì)保護(hù)氣氛的 純度要求較低，而含鋁、鈦等元素的高溫 合金只有在真空釬焊時(shí)才能獲得良好的釬 焊接頭。 總之，釬焊性不但取決于材料本身，而且 與釬料、釬劑和釬焊方法有關(guān)，故必須根 據(jù)具體情況進(jìn)行評(píng)定。 (2)釬料的選擇原則 使用要求； 釬料與母材的互匹配； 經(jīng)濟(jì)角度等方面進(jìn)行全面考慮。 表4給出了各種材料組合適用的釬料。 釬料的選擇具體從以下幾個(gè)方面考慮： 從使用要求出發(fā)，對(duì)釬焊接頭強(qiáng)度要求不 高和工作溫度不高的可用軟釬焊， 對(duì)要求導(dǎo)電性好的電氣零件，應(yīng)選用含錫量 高的錫鉛釬料或含銀量高的銀基釬料： 選擇釬料時(shí)，應(yīng)考慮釬料與母材的相

13、互作 用。 選擇釬料時(shí)還應(yīng)考慮釬焊加熱溫度的影響。 釬焊加熱方法對(duì)釬料選擇也有一定的影響。 從經(jīng)濟(jì)觀(guān)點(diǎn)出發(fā)， 4、釬焊的質(zhì)量控制、釬焊的質(zhì)量控制 與熔化焊的質(zhì)量控制一樣，釬焊的質(zhì)量控制越來(lái)越 被各個(gè)國(guó)家所重視，在歐洲已經(jīng)頒布了許多相關(guān)的 標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，包括釬焊接頭的檢驗(yàn)，釬焊的工藝評(píng) 定，釬焊操作人員的培訓(xùn)及考試認(rèn)證等方面，本節(jié) 僅將相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程列舉如下。 Enl3133(2000) 硬釬焊硬釬焊工的考試 ENl3134(2000) 硬釬焊硬釬焊工藝評(píng)定 ENl2797(2000) 硬釬焊焊釬焊接頭的破壞性檢驗(yàn) ENl2799(2000) 硬釬焊硬釬焊接頭的非破壞性檢驗(yàn) prENl 8279(

14、2003) 硬釬焊接頭中的不規(guī)則性(缺陷)評(píng)定 DVS Richtlinie-1183(2002) 金屬材料釬焊培訓(xùn)課程 1、塑料的類(lèi)型、塑料的類(lèi)型 塑料是一種以高分子量合成樹(shù)脂為主要成份的人工 合成材料(合成樹(shù)脂是高分子化合物，也稱(chēng)聚合 物。) 生產(chǎn)塑料的原料含有碳，如石油、天然氣、木材、 煤、乙烷等，則它屬有機(jī)化學(xué)范疇。在這些物質(zhì)中 存在不飽合鍵，如單個(gè)分子、單體的乙烯、氯乙烯 等。這些單分子、單體的物質(zhì)可以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形 成多分子(也稱(chēng)大分子)多體物質(zhì)，如聚乙烯(PE)、 聚氯乙烯(PVC)。由單分子結(jié)構(gòu)的物質(zhì)(大多為氣態(tài) 或液態(tài))轉(zhuǎn)變成多分子結(jié)構(gòu)的物質(zhì)這一過(guò)程稱(chēng)為聚 合作用。 塑料的結(jié)

15、構(gòu)塑料的結(jié)構(gòu)是由鏈狀分子構(gòu)成，或稱(chēng)纖維 狀分子。與棉花的網(wǎng)狀纖維相類(lèi)似，是無(wú) 序卷繞狀。根據(jù)分子鏈的構(gòu)造，塑料可分 熱塑性塑料、彈性塑料(合成橡膠)和熱固性 塑料(圖1)。 在實(shí)際中，人們使用的塑料不是純塑料，而是添加 了些輔助材料，如穩(wěn)定劑、強(qiáng)化劑和著色劑等。由 此獲得特殊性能和降低成本。 (1) 熱塑性塑料熱塑性塑料 通過(guò)鏈分子的“卷繞作用，即分子運(yùn)動(dòng)的阻礙 作用，塑料在受熱時(shí)，不象水那樣只處于一種固定 的液態(tài)形式，而是處于不同狀態(tài)的變化之中，即： 硬一彈塑料一熱塑性，達(dá)到熱塑性狀態(tài)，就可焊接。 在一定溫度下，熱塑性塑料可以達(dá)到熱塑性狀態(tài)乃 至熔融流動(dòng)，冷卻后，又變成一定的形狀。熱塑性 塑

16、料加工成型方便，在固體狀態(tài)也有一定的可塑性， 能象金屬一樣進(jìn)行冷加工。由于熱塑性塑料具有這 些性能，故適宜于進(jìn)行二次或多次加工，也可以進(jìn) 行焊接 由于分子結(jié)構(gòu)不同，其材料的強(qiáng)度性能也 不同。 圖2 熱塑性塑料的構(gòu)造 熱塑性塑料溫度升高時(shí)開(kāi)始變軟，溫度降低 時(shí)恢復(fù)原有狀態(tài)，等溫度達(dá)到熱塑性溫度后， 則可以進(jìn)行焊接。這就是說(shuō)，纖維狀分子在 力的作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，使材料發(fā)生形變成為 可能。冷卻后，熱塑性塑料就凝固成新的形 狀。然而，如果對(duì)他重新進(jìn)行加熱，則具有 重新恢復(fù)原來(lái)形狀的趨勢(shì)(恢復(fù)能力)。 溶解物質(zhì)的作用也可以使接頭表而達(dá)到熱塑 性狀態(tài)，從而使焊接成為可能。 (2)彈性塑料彈性塑料 該類(lèi)塑料由

17、于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原因(粗網(wǎng)目交聯(lián)鏈 狀分子結(jié)構(gòu))，而不能熔化，不能達(dá)到熱塑性 狀態(tài)，故不具備可焊性。 (3)熱固性塑料熱固性塑料 這類(lèi)塑料由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原因(細(xì)網(wǎng)目交 聯(lián)鏈狀分子結(jié)構(gòu))在受熱時(shí)不會(huì)變軟，一直 處于硬狀態(tài)，直到破壞，因此不具備可焊 性。從另一角度看，能夠進(jìn)行焊接的塑料， 其材料熔化指數(shù)MFI應(yīng)在某一范圍。 德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN53735對(duì)此做了規(guī)定。在DIN 16776中給出了MFI的分類(lèi)組別。德國(guó)焊接 學(xué)會(huì)規(guī)程2201TI給出了HDPE熔化指數(shù)在 005010時(shí)可以焊接，每一種塑料都相對(duì) 應(yīng)一熔化指數(shù)(表1)。 熱塑性塑料在熱塑性狀態(tài)和壓力的作用下就 可實(shí)現(xiàn)焊接。 是機(jī)械連接(二個(gè)焊件纖

18、維狀分子互相非規(guī)則 的卷繞)。 通常僅相同類(lèi)型的塑料可以焊接。 熱塑性塑料的焊接原理是： (1)焊接面處于熱塑性狀態(tài)(加熱)； (2)在一固定外壓力的作用下實(shí)現(xiàn)焊接(焊接壓 力)； (3)保持，冷卻直至接頭凝固結(jié)束焊接(冷卻)。 2、熱塑性塑料的焊接原理、熱塑性塑料的焊接原理 3、熱塑性塑料焊接方法的分類(lèi)、熱塑性塑料焊接方法的分類(lèi)(表表2) 德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN 191第3部分塑料焊接方法 表2塑料焊接方法分類(lèi) 3、熱塑性塑料焊接方法的分類(lèi)、熱塑性塑料焊接方法的分類(lèi)(表表2) 德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN 191第3部分塑料焊接方法 4、塑料焊接設(shè)備、塑料焊接設(shè)備 見(jiàn)德國(guó)焊接學(xué)會(huì)規(guī)程DVS2207T3。 4.1熱

19、風(fēng)焊設(shè)備熱風(fēng)焊設(shè)備 1)手工熱風(fēng)焊接設(shè)備 所謂熱風(fēng)焊就是將熱風(fēng)作為熱源(見(jiàn)圖3)。 2)機(jī)械熱風(fēng)焊接設(shè)備 機(jī)械熱風(fēng)焊接設(shè)備用熱風(fēng)作為熱源，也稱(chēng) 擠壓式焊接設(shè)備。(圖4) 4.2加熱元件焊接設(shè)備加熱元件焊接設(shè)備 1)加熱板式焊接設(shè)備 德國(guó)焊接學(xué)會(huì)規(guī)程DVS2207T1m管、板加熱元 件焊接規(guī)定了加熱板式焊接方法。 加熱板為焊接熱源。加熱板焊機(jī)主要由恒溫電加 熱板(溫度最高可達(dá)270)、雙面電動(dòng)平整切削刀、 對(duì)中固定支架、壓力裝置等部分組成。 、 2)承插式焊接設(shè)備 承插式焊接設(shè)備以加熱凸凹套模為加熱元件提供 焊接熱源用于管道焊接(圖5)。 3)熱絲套筒式焊接設(shè)備 熱絲套筒式焊接設(shè)備的銅線(xiàn)圈通電后

20、產(chǎn)生焦耳效 應(yīng)，使電熱絲發(fā)熱為熱源。該設(shè)備主要由電源控 制箱、熱絲套筒和固定支架等組成，用于管道焊 接(圖6)。 4.3超聲波焊接設(shè)備超聲波焊接設(shè)備 超聲波焊接設(shè)備的主要組成部分： 超聲波發(fā)生器； 聲波傳遞壓頭； 振動(dòng)聲波極和轉(zhuǎn)換器 底座； 壓力機(jī)； 控制裝置 德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DINl 320/4規(guī)定了聽(tīng)覺(jué)可辨認(rèn)的噪音為 16HZ16KHZ。工業(yè)中應(yīng)用的超聲波焊接設(shè)備的 頻率通常是在2040KHZ之間，超出聽(tīng)覺(jué)范圍， 可以不采取防護(hù)措施。 4.4高頻焊接設(shè)備高頻焊接設(shè)備 高頻塑料焊機(jī)由高頻發(fā)生器，帶有濾波器 的高頻電路、匹配器、工作裝置、控制裝 置和電極組成(圖8)。 作用: 將網(wǎng)路低頻電能轉(zhuǎn)變成高頻電能，塑 料焊接經(jīng)常采用的工作頻率為27.12MHZ， 并且其偏差為土0.6，這是國(guó)際上認(rèn)可的 工業(yè)頻率，其功率一般為0.6150kW。 PS，PP，PE不適用高頻焊接；硬PVC,軟 PVC,ABS,PA適用高頻焊接。 6、焊接工藝、焊接工藝 6.1熱風(fēng)焊熱風(fēng)焊 6.1.1手工熱風(fēng)擺動(dòng)焊手工熱風(fēng)擺動(dòng)焊(WF)德國(guó)