技术指导 / Technical Guidance
铝钎焊技术简介
- 分类:洁净度对后道工序的影响
- 作者:
- 来源:
- 发布时间:2021-02-09
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【概要描述】釺焊定义:用比母材熔点低的金属材料作为钎料,用液态钎料润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散的焊接方法。
铝钎焊技术简介
【概要描述】釺焊定义:用比母材熔点低的金属材料作为钎料,用液态钎料润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散的焊接方法。
- 分类:洁净度对后道工序的影响
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釺焊定义:用比母材熔点低的金属材料作为钎料,用液态钎料润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散的焊接方法。
釺焊時只有釺料熔化而母材保持固態,這就要求釺料的熔點低於母材的熔點,其成分亦有差別。熔化的釺料依靠潤濕和毛細作用吸入並保持在母材間隙內,液態釺料與固態母材間的相互擴散形成冶金結合。
一般来说,钎焊作业要使用焊料和焊剂,使用的焊料熔点在450℃以下的称为焊锡(锡和铅的合金),温度在其以上者称为钎焊(BRAZING),另外,利用高分子的媒介的接合称为熔接(BONDING),和钎焊加以区别。
铝钎焊介紹:
鋁的釺焊始於二十世紀三十年代初。如今已有許多種不同的釺焊技術被採用。在釺焊裝置中,氣氛爐釺焊,真空釺焊和浸漬釺焊占了很大部分。
铝钎焊特点:爲了使釺焊成功,釺焊焊接處表面必須乾淨且在釺焊溫度時,該表面不能有任何氧化。铝在空气中及焊接时极易氧化,生成的氧化铝(Al2O3)熔点高、非常稳定,不易去除。(如超过250℃,铝表面会形成高温氧化物,这些氧化物很难被Noclok钎剂去除)氧化膜阻碍钎料的熔化和熔合,氧化膜的比重大,不易浮出表面,易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分,易使焊缝产生气孔。焊接时应清除其表面氧化膜。(焊劑與氧化物反應並同時取代氧化物,從而避免焊件與爐子內的空氣接觸,這樣釺料熔化並通過毛細管作用被拉至焊縫中。)
正如在油垢的表面上浇水由于表面张力的作用会形成水滴一样,在氧化膜上面进行钎焊,钎焊材料也无法均匀地和基础金属材料(母材)结合,所以会形成不良的钎焊面。
铝材的钎焊只能采用以下的化学方法和物理方法。
铝钎焊的方法主从次序依次是FB→VB→NB,物理性还原方法VB法和VAW法无需进行焊剂的涂布。但是VB法的缺点是还原不够彻底,残留一部分氧化物,再有就是为了强化铝材添加的镁在真空状态下随还原反应分解使之不耐腐蚀。另外,VAW法的介质气体需使用D.P(露点)-70℃,含氧量为6-8ppm的氮气,较难做到。而且日后涂装以前必须进行金属表面处理。
另一种是化学性还原方法,FB法和 NB法最大的不同之处在于焊剂的种类不同,FB法使用的是氯化物的焊剂(ZnCl2,LiCl2)盐基不仅腐蚀基础材料(基材)而且还会引发环境污染等公害问题。所以,后续的清洗作业是不可缺少的。而且在涂装以前一定要进行表面处理。与此相比较NB法使用的是氟化物的焊剂(KAlF4),无需进行钎焊后的清洗,而且耐腐蚀性很强,涂装时也无需进行表面处理,虽然和FB法同样焊剂会污染设备,设备自身的腐蚀比氯化物要小一些(炉的寿命FB=1/2年,NB=5-6年)。只不过焊剂中的氟(F)和基础金属材料(母材)中的镁(Mg)反应生成的MgF2会影响钎焊的质量,所以Mg在基础金属材料中的含量需在1%以下。另外的缺欠就是焊剂的残留问题。然而这种方法有许多优点,所以在热交换器的钎焊中NB炉仍然是主流。
注:[所谓NB法] NB是“NOCOLOK (NON COLOSION[非吸湿性]BRAZING[钎焊]”的省略语,“NOKOLOK”的名称是美国ALCA公司的专利名称(专利只限于焊剂)。
铝钎焊材料由包在芯体合金(AA3003)的一面或两面的铝硅合金薄层组成。低熔点的铝硅合金则在钎焊过程中熔化流动,在冷却后在要连接的元件之间形成冶金结合。
芯体合金:NOCOLOK钎焊要求母材固相线温度不低于615℃,同时由于钎剂对合金表面的MgO的溶解有一定的限度,且Mg和MgO与钎剂反应生成MgF2,使得钎剂熔点升高失去活性,故要求Mg含量不超过1%(最好不超过0.5%)。因此适合NOCOLOK钎焊的铝合金有工业纯铝和Mg含量较低的Al-Mn合金(如AA3003、AA3102、AA3005、AA3105等)和Al-Mg-Si合金(如AA6063、AA6951等)。AA3003是傳統的對汽車熱交換器均可考慮的合金,它可用於所有的釺焊方法。
注:大多數的鋁合金均能釺焊但不能利用所有的釺焊技術,主要分保護性氣氛釺焊(CAB),即通常所說的NB釺焊,和真空釺焊(VB)的合金如何選擇。對空氣爐釺焊,合金的選用可以和CAB的一樣。
AA3003是傳統的對汽車熱交換器均可考慮的合金,它可用於所有的釺焊方法。爲了獲得更高的強度,真空釺焊用AA3005合金,時效強化合金AA6060、AA6063、AA6951也可用於真空釺焊。爲使6000系列的合金有可能時效強化,釺焊後的冷卻速度必須很快。爲使時效後強度最高,在400℃到200℃溫度區間內,冷卻速率必須爲>1℃/sce。
5000系列合金亦可用於VB釺焊,採用焊劑釺焊處理這系列合金比較困難,當合金含Mg量高時焊劑不能除去氧化物。對NB(CAB)釺焊,客觀上Mg含量限制在0.4%左右。對其他含Mg合金如6000系列事實也是如此。
1000、2000和7000系列合金比較少用於釺焊。1000系列以及低合金成份的其他兩系列的焊後強度比較低。當合金成份高時其釺焊熔點就偏低而不能提供良好的釺焊。
主要铝硅合金(铝钎焊中的钎料):4000系列
填料合金是4000系列,該系列合金的熔化溫度接近600℃,含7-13%的Si。對於真空钎焊(VB),加入1.2%Mg。爲了在VB釺焊時填料有比較好的濕潤性和流動性可多加0.1%的鉍。
作为参考,NB钎焊的材料中如果不含镁的材料:焊剂的涂布量为2g/m2左右(氧气浓度在50ppm左右)如果镁含量为0.2-0.25g/m2的材料:焊剂的涂布量为6-8g/m2左右(氧气浓度在50ppm左右)
如果镁(Mg)的含量在2g/m2以上时则不能进行NB钎焊。
採用保護性氣氛釺焊(CAB)釺焊方法時,厚壁部件的升溫比薄壁部件的升溫明顯要慢,故用於熱交換器的不同部件的合金要有不同的Si含量。由於Si含量增加時,合金熔點降低,故對不同部件,應選用不同的Si含量,以使填料、金屬幾乎在同一時間熔化。填料大約在熔化區間的最低與最高溫度的中點溫度時開始流動,這個溫度已足夠釺焊了。
铝硅合金 |
AA-4343 |
AA-4045 |
AA-4047 |
硅标定值(%) |
7.5 |
10 |
11 |
液相线 |
613℃ |
591℃ |
582℃ |
固相线 |
577℃ |
577℃ |
577℃ |
AA4343和AA4045中的Zn起阳极保护作用,商品化的钎料Zn含量一般为1~1.5%,过高的Zn含量降低钎料的流动性和钎焊性。AA4047是共晶钎料,在推荐的钎焊温度下流动性太强而难于控制,溶蚀倾向较其它钎料高,一般用于火焰钎焊。钎料一般作为复合材料的皮材,根据用途的不同皮材采用双面复合或单面复合,复合率(单面)为5~10%。相互钎焊连接的两个零件,只需要一个零件采用复合材料,不便于采用复合材料时,可采用钎料箔、板或丝。
注:钎焊中對釺料的基本要求 :
·合適的熔點,應比母材的熔點低幾十度。二者熔點過於接近,會使釺焊過程不易控制,甚至導致母材晶粒長大、過燒及局部熔化。
·具有良好的潤濕性,能充分填滿釺縫間隙。
·與母材的擴散作用,保證它們之間形成牢固的結合。
·具有穩定和均勻的成分,儘量減少釺焊過程中的偏析現象和易揮發元素的損耗等。
·滿足產品的機械性能和理化性能要求。
·經濟性。
·熔點低於450℃的爲易熔釺料,俗稱軟釺料;高於450℃的爲難熔釺料,俗稱硬釺料。
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