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多种材料真空钎焊

时间:2019-09-30 16:22:21 编辑:小编 点击:

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一、碳钢和低合金钢的钎焊 
钎焊材料 

  1. 钎料 碳钢和低合金钢的钎焊包括软钎焊和硬钎焊。软钎焊中应用量广的钎料是锡铅钎料,这种钎料对钢的润湿性随含锡量的增加而提高,因而对密封接头宜采用含锡量高的钎料。锡铅钎料中的锡与钢在界面上可能形成FeSn2金属间化合物层,为避免该层化合物的形成,应适当控制钎焊温度和保温时间。几种典型的锡铅钎料钎焊的碳钢接头的抗剪强度如表1所示,其中以w(Sn)为50%的钎料钎焊的接头强度最高,不含锑的钎料所焊的接头强度比含锑的高。 

  2.  碳钢和低合金钢硬钎焊时,主要采用纯铜、铜锌和银铜锌钎料。纯铜熔点高,钎焊时易使母材氧化,主要用于气体保护钎焊和真空钎焊。但应注意的是钎焊接头间隙宜小于0.05mm,以免产生因铜的流动性好而使接头间隙不能填潢的问题。用纯铜钎焊的碳钢和低合金钢接头具有较高的强度,一般抗剪强度在150~215MPa,而抗拉强度分布在170~340MPa之间。 

  3. 与纯铜相比,铜锌钎料因Zn的加入而使钎料熔点降低。为防止钎焊时Zn的蒸发,一方面可在铜锌钎料中加入少量的Si;另一方面必须采用快速加热的方法,如火焰钎焊、感应钎焊和浸沾钎焊等。采用铜锌钎料钎焊的碳钢和低合金钢接头都具有较好 的强度和塑性。例如用B-Cu62Zn钎料钎焊的碳钢接头抗拉强度达420MPa,抗剪强度达290MPa,银铜站钎料的熔点比铜锌钎料的熔点还低,便于针焊的操作。这种钎料适用于碳钢和低合金钢的火焰钎焊、感应钎焊和炉中钎焊,但在炉中钎焊时应尽量降低Zn的含量,同时应提高加热速度。采用银铜锌钎料钎焊碳钢和低合金钢,可获得强度和塑性均较好的接头。

  4. 钎剂 钎焊碳钢和低合金钢时均需使用钎剂或保护气体。钎剂常按所选的钎料和钎焊方法而定。当采用锡铅钎料时,可选用氯化锌与氯化铵的混合液作钎剂或其他专用钎剂。这种钎剂的残渣一般都具有很强的腐蚀性,钎焊后应对接头进行严格清洗。 

  5. 采用铜锌钎料进行硬钎焊时,应选用FB301或FB302钎剂,即硼砂或硼砂与硼酸的混合物;在火焰钎焊中,还可采用硼酸甲酯与甲酸的混合液作钎剂,其中起去膜作用的是B2O3蒸气。 

  6. 当采用银铜锌钎料时,可选择FB102、FB103和FB104钎剂,即硼砂、硼酸和某些氟化物的混合物。这种钎剂的残渣具有一定的腐蚀性,钎焊后应清除干净。 

钎焊技术 

  1. 采用机械或化学方法清理待焊表面、确保氧化膜和有机物彻底清除。清理后的表面不宜过于粗糙,不得粘附金属屑粒或其他污物。 

  2. 采用各种常见的钎焊方法均可进行碳钢和低合金钢的钎焊。火焰钎焊时,宜用中性或稍带还原性的火焰,操作时应尽量避免火焰直接加热钎料和钎剂,感应钎焊和浸沾钎焊等快速加热方法非常适合于调质钢的钎焊,同时宜选择淬火或低于回火的温度进行钎焊,以防母材发生软化。保护气氛中钎焊低合金高强钢时,不但要求气体的纯度高,而且必须配用气体钎剂才能保证钎料在母材表面上的润湿和铺展。 

  3. 钎剂的残渣可以采取化学或机械的方法来清除。有机钎剂的残渣可用汽油、酒精、丙酮等有机溶剂擦拭或清洗;氯化锌和氯化铵等强腐蚀性钎剂的残渣,应先在NaOH水溶液中中和,然后再用热水和冷水清洗;硼酸和硼酸钎剂的残渣不易清除,只能用机械方法或在涨水中长时间浸煮解决。 

二、工具钢和硬质合金的钎焊 
1、钎焊材料 

  1. 钎料钎焊工具钢和硬质合金通常采用纯铜、铜锌和银铜钎料。纯铜对各种硬质合金均有良好的润湿性,但需在氢的还原性气氛中钎焊才能得到最佳效果。同时,由于钎焊温度高,接头中的应力较大,导致裂纹倾向增大。采用纯铜钎焊的接头抗剪强度约为150MPa,接头塑性也较高,但不适用于高温工作。 

  2. 铜锌钎料是钎焊工具钢和硬质合金最常用的钎料。为提高钎料的润湿性和接头的强度,在钎料中常添加Mn、Ni、Fe等合金元素。例如B-Cu58ZnMn中就加有w(Mn)4%,使硬质合金钎焊接头的抗剪强度在室温达到300~320MPa;在320℃时仍能维持220~240MPa。在B-Cu58ZnMn的基础上加入少量的Co,可使钎焊接头的抗剪强度达到350MPa,并且具有较高的冲击韧度和疲劳强度,显著提高了刀具和凿岩工具的使用寿命。 

  3. 银铜钎料的熔点较低,钎焊接头产生的热应力较小,有利于降低硬质合金钎焊时的开裂倾向。为改善钎料的润湿性并提高接头的强度和工作温度,钎料中还常添加Mn、Ni等合金元素。例如B-Ag50CuZnCdNi钎料对硬质合金的润湿性极好,钎焊接头具有良好的综合性能。 

  4. 除上述3种类型的钎料外,对于工作在500℃以上且接头强度要求较高的硬质合金,可以选用Mn基和Ni基钎料,如B-Mn50NiCuCrCo和B-Ni75CrSiB等。对于高速钢的钎焊,应选择钎焊温度与淬火温度相匹配的专用钎料,这种钎料分为两类,一类为锰铁型钎料,主要由锰铁及硼砂组成,所钎焊的接头抗剪强度一般为100MPa左右,但接头易出现裂纹;另一类含Ni、Fe、Mn和Si的特殊铜合金,用它钎焊的接头不易产生裂纹,其抗剪强度能提高到300MPa。 

  5. 钎剂和保护气体 钎剂的选择应与所焊的母材和所选的钎料相配合。工具钢和硬质合金钎焊时,所用的钎剂主要以硼砂和硼酸为主,并加入一些氟化物(KF、NaF、CaF2等)。铜锌钎料配用FB301、FB302和FB105钎剂,银铜钎料配用FB101~FB104钎剂。采用专用钎料钎焊高速钢时,主要配用硼砂钎剂。 

  6. 为了防止工具钢在钎焊加热过程中的氧化和免除钎焊后的清理,可以采用气体保护钎焊。保护气体可以是惰性气体,也可以是还原性气体,要求气体的露点应低于-40℃.硬质合金可在氢所保护下进行钎焊,所需氢气的露点应低于-59℃。 

钎焊技术 

  1. 工具钢在钎焊前必须进行清理,机械加工的表面不必太光滑以便于材料和钎剂的润湿和铺展。硬质合金的表面在钎焊前应经喷砂处理,或用碳化硅或金刚石砂轮打磨,清除表面过多的碳,以便于钎焊时被钎料所润湿。含碳化钛的硬质合金比较难润湿,通过在其表面上新途径敷氧化铜或氧化镍膏状物,并在还原性气氛中烘烤使铜或镍过渡到表面上去,从而增加强钎料的润湿性。 

  2. 碳素工具钢的钎焊最好在淬工序前进行或者同时进行。如果在淬火工序前进行钎焊,所用钎料的固相线温度应高于淬火温度范围,以使焊件在重新加热到淬火温度时仍然具有足够高的强度而不致失效。当钎焊和淬火合并进行时,选用固相线温度接近淬火温度的钎料。 

  3. 合金工具钢的成分范围很宽,应根据具体钢种确定适宜的钎料、热处理工序以及将钎焊和热处理工序合并的技术,从而获得良好的接头性能。 

  4. 高速钢的淬火温度一般高于银铜和铜锌钎料的熔化温度,因此需在钎焊前进行淬火,并在二次回火期间或之后进行钎焊。如果必须在钎焊后进行淬火,只能选用前述的专用钎料进行钎焊。钎焊高速钢刀具时采用焦炭炉比较合适,当钎料熔化后,取出刃具并马上加压,挤出多余的钎料,再进行油淬,然后在550~570℃回火。 


 

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  1. 硬质合金刀片与钢制刀杆钎焊时,宜采取加大钎缝间隙和在钎缝中施加塑性补偿垫片的方法,并在焊后进行缓冷,以减小钎焊应力,防止裂纹产生,延长硬质合金刀具组件的使用寿命。纤焊后,焊件上的钎剂残渣先用热水冲洗或用一般的除渣混合液清洗,随后用合适的酸洗液酸洗,以清除基体刀杆上的氧化膜。但注意不要使用硝酸溶液,以防腐蚀钎缝金属。 

 三、铸铁的钎焊 
1、钎焊材料 

  1. 钎料 铸铁钎焊主要采用铜锌钎料和银铜钎料,常用的铜锌钎料牌号为B-Cu62ZnNiMuSiR、B-Cu60ZuSnR和B-Cu58ZnFeR等,所钎焊的铸铁接头抗拉强度一般达到120~150MPa,在铜锌钎料的基础上,添加Mn、Ni、Sn和Ai等元素,可使钎焊接头与母材等强度。 银铜钎料的熔化温度低,钎焊铸铁时可避免产生有害的组织,钎焊接头的性能好,尤其是含Ni的钎料,如B-Ag50CuZnCdNi和B-Ag40CuZnSnNi等,增强了钎料与铸铁的结合力,特别适合于球墨铸铁的钎焊,可使接头与母材等强度。 

  2. 钎剂 采用铜锌钎焊铸铁时,主要配用FB301和FB302钎剂,即硼砂或硼砂与硼酸的混合物。此外,采用H3BO340%、Li2CO316%、Na2CO324%、NaF7.4%和NaC112.6%组成的钎剂效果更好。 采用银铜钎料钎焊铸铁时,可选择FB101和FB102等钎剂,即硼砂、硼酸、氟化钾和氟硼酸钾的混合物。 

  2、钎焊技术

  1. 钎焊铸铁前,应仔细清除铸件表面上的石墨、氧化物、砂子及油污等杂物。清除油污可采用有机溶剂擦洗的方法,而石墨、氧化物的清除可采用喷砂或喷丸等机械方法,也可采用电化学方法。此外,还可用氧化火焰灼烧石墨而将其去除。 

  2. 钎焊铸铁可采用火焰、炉中或感应等加热方法、由于铸铁表面上易形成SiO2,使保护气氛中的钎焊效果不好,帮一般都使用钎剂进行钎焊。用铜锌钎料钎焊较大的工件时,应先在清理好的表面上撒一层钎剂,然后把工件放进炉中加热或用焊炬加热。当工件加热到800℃左右时,再加入补充钎剂,并把它加热到钎焊温度,再用针料在接头边缘刮擦,使钎料熔化填入间隙。为了提高钎缝强度,钎焊后要在700~750℃进行20min的退火处理,然后进行缓慢冷却。 钎焊后过剩的钎剂及残渣采用温水冲洗即可清除。如果难以去除,则可先用10%的硫酸水溶液或5%~10%的磷酸水溶液清洗,然后再用清水洗净。 

四、不锈钢的钎焊 
    1、钎焊性 

  1. 不锈钢钎焊中的首要问题是表面存在的氧化膜严重影响钎料的润湿和铺展。各种不锈钢中都含有相当数量的Cr,有的还含有Ni、Ti、Mn、Mo、Nb等元素,它们在表面上能形成多种氧化物甚至复合氧化物。其中,Cr和Ti的氧化物Cr2O3和TiO2相当稳定,较难去除。在空气中钎焊时,必须采用活性强的钎剂才能去除它们;在保护气氛中钎焊时,只有在低露点的高纯气氛和足够高的温度下,才能将氧化膜还原;真空钎焊时,必须有足够高的真空度和足够高的温度才能取得良好的钎焊效果。 

  2. 不锈钢钎焊的另一个问题是加热温度对母材的组织有严重影响。奥氏体不锈钢的钎焊加热温度不应高于1150℃,否则晶粒将严重长大;若奥氏体不锈钢不含稳定元素Ti或Nb而含碳量又较高,还应避免在敏化温度(500~850℃)内钎焊。以防止因碳化铬的析出而降低耐蚀性能。马氏体不锈钢的钎焊温度选择要求更严,一种是要求钎焊温度与淬火温度相匹配,使钎焊工序与热处理工序结合在一起;另一种是要求钎焊温度低于回火温度,以防止母材在钎焊过程中发生软化。沉淀硬化不锈钢的钎焊温度选择原则与马氏体不锈钢相同,即钎焊温度必须与热处理制度相匹配,以获得最佳的力学性能。 

  3. 除上述两个主要问题外,奥氏体不锈钢钎焊时还有应力开裂倾向,尤其是采用铜锌钎料钎焊更为明显。为避免应力开裂发生,工件在钎焊前应进行消除应力退火,且在钎焊过程中应尽量使工件均匀受热。 

2、钎焊材料 

  1. 钎料 根据不锈钢焊件的使用要求,不锈钢焊件常用的钎料有锡铅钎料、银基钎料、铜基钎料、锰基钎料、镍基钎料及贵金属钎料等。 

  2. 不锈钢软钎焊主要采用锡铅钎料,并以含锡量高为宜。因钎料的含锡量越高,其在不锈钢上的润湿性越好。由于接头强度低,只用于钎焊承载不大的零件。 

  3. 银基钎料是钎焊不锈钢最常用的钎料,其中银铜锌及银铜锌镉钎料由于钎焊温度的母材性能影响不大而应用最为广泛。几种常用银基钎料钎焊的iCr18Ni9Ti不锈钢接头的强度列于表4中,银基钎料钎焊的不锈钢接头很少用于强腐蚀性介质中,接头的工作温度一般也不超过300℃。钎焊不含镍的不锈钢时,为防止钎焊接头在潮湿环境中发生腐蚀,应采用含镍多的钎料,如B-Ag50CuZnCdNi。钎焊马氏体不锈钢时,为防止母材发生软化现象,应采用钎焊温度不超过650℃的钎料,如B-Ag40CuZnCd。保护气氛中钎焊不锈钢时,为去除表面上的氧化膜,可采用含锂的自钎剂钎料,如B-Ag92CuLi和B-Ag72CuLi。真空中钎焊不锈钢时,为使钎料在不含易蒸发的Zn、Cd等元素时仍具有较好的润湿性,可选用含Mn、Ni、Rd等元素的银钎料。 

  4. 用于不同钢钎焊的铜基钎料主要的纯铜、铜镍和铜锰钴钎料。纯铜钎料主要用在气体保护或真空条件下进行钎焊,不锈钢接头工作温度不超过400℃,但接头抗氧化性不好。铜镍钎料主要用于火焰钎焊和感应钎焊,所钎焊的1Cr18Ni9Ti不锈钢接头的强度如表5所示。可见接头能与母材等强度,且工作温度较高。铜锰钴钎料主要用于保护气氛中钎焊马氏体不锈钢,接头强度和工作温度可与用金基钎料钎焊的接头相匹敌。如采用B-Cu58MnCo钎料钎焊的1Cr13不锈钢接头与用B-Au82Ni钎料钎焊的同种不锈钢接头,二者性能相当,但生产成本大大降低。 

  5. 锰基钎料主要用于气体保护钎焊,且要求气体的纯度较高。为避免母材的晶粒长大,宜选用钎焊温度低于1150℃的相应钎料。用锰基钎料钎焊的不锈钢接头可获得满意的钎焊效果,接头工作温度可达600℃。 

  6. 采用镍基钎料钎焊不锈钢时,接头具有相当好的高温性能。这种钎料一般用于气体保护钎焊或真空钎焊。为了克服在接头形成过程中钎缝内产生较多脆性化合物而使接头强度和塑性严重降低的问题,应尽量减小接头间隙,保证钎料中易形成脆性相的元素充分扩散到母材中去。为防止钎焊温度下因保温时间过长而使母材晶粒长大现象的发生,可采取短时保温并在焊后进行较低温度(与钎焊温度相比)扩散处理的工艺措施。 

  7. 钎焊不锈钢所用的贵金属钎料主要有金基钎料和含钯钎料,其中最典型的是B-Au82Ni和B-Ag54CuPd、B-Au82Ni具有很好的润湿性。所钎焊的不锈钢接头具有很高的高温强度和抗氧化性,最高工作温度可达800℃。B-Ag54CuPd具有与B-Au82Ni相似的特性,且价格较低,因而有取代B-Au82Ni的趋向。 

  8. 钎剂和炉中气氛 不锈钢的表面含有Cr2O3和TiO2等氧化物,必须采用活性强的钎剂才能将其去除。采用锡铅钎料钎焊不锈钢时,可配用的钎剂为磷酸水溶液或氧化锌盐酸溶液。磷酸水溶液的活性时间短,必须采用快速加热的钎焊方法。采用银基钎料钎焊不锈钢时,可配用FB102、FB103或FB104钎剂。采用铜基钎料钎焊不锈钢时,由于钎焊温度较高,故采用FB105钎剂。 

  9.     炉中钎焊不锈钢时,常采用真空气氛或氢气、氩气、分解氨等保护气氛。真空钎焊时,要求真空压力低于10-2Pa。保护气氛中钎焊时,要求气体的露点不高于-40℃.如果气体纯度不够或钎焊温度不高,还可在气氛中掺加少量的气体钎剂,如三氟化硼等。 

2、钎焊技术 

  1. 不锈钢在钎焊前必须进行更为严格的清理,以去除任何油脂和油膜,清理后最好马上进行钎焊。 

  2. 不锈钢钎焊可以采用火焰、感应和炉中等加热方法。炉中钎焊用的炉子必须具有良好的温度控制系统(钎焊温度的偏差要求±6℃),并能快速冷却。用氢气作为保护气体进行钎焊时,对氢气的要求视钎焊温度和母材成分而定,即钎焊温度越低,母材越含有稳定剂,要求氢气的露点越低。例如对于1Cr13和Cr17Ni2t等马氏体不锈钢,在1000℃下钎焊时要求氢气的露点低于-40℃;对于不含稳定剂的18-8型铬镍不锈钢,在1150℃钎焊时要求氢气的露点低于25℃;但对含钛稳定剂的1Cr18Ni9Ti不锈钢,在1150℃钎焊时的氢气露点必须低于-40℃。采用氩气保护进行钎焊时,要求氩气的纯度更高。若在不锈钢表面上度铜或镀镍,则可降低对保护气体纯度的要求。为了保证去除不锈钢表面上的氧化膜,还可添加BF3气体钎剂,也可采用含锂或硼的自钎剂钎料。真空钎焊不锈钢时,对真空度的要求视钎焊温度而定。随着钎焊温度的提高,所需要的真空度可以降低。 

  3. 不锈钢钎焊后的主要工序是清理残余钎剂和残余阻流剂,必要时进行钎焊后的热处理。根据所采用的钎剂和钎焊方法,残余钎剂可以用水冲洗、机械清理或化学清理。如果采用研磨剂来清洗残余钎剂或接头附近加热区域的氧化膜时,应使用砂子或其他非金属细颗粒。马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢制造的零件,钎焊后需要按材料的特殊要求进行热处理。用镍铬硼和镍铬硅钎料钎焊的不锈钢接头,钎焊后常常进行扩散热处理,以降低对钎缝间隙的要求和改善接头的组织与性能。 


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