2022年钎焊基础知识 .pdf
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1、钎焊基础知识 : 钎剂 | 钎料钎焊技术是采用比母材熔点低的材料作钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔化的温度(使母材仍保持为固态),利用液态钎料的润湿作用填充接头间隙,与母材相互扩散实现被焊工件连接的一种方法。与熔焊相比,钎焊的优点是加热温度低、工件变形小、接头平整美观、可连接不同的材料、生产效率高等;缺点是钎焊接头强度低、接头装配要求高,应保证严格的装配间隙。1 钎焊方法的分类钎焊接头的质量与所选用的钎焊方法、钎焊材料(钎剂、钎料等)和工艺参数等有关。按照不同的特征和标准,钎焊方法有以下几种分类方法。按照所采用钎料的熔点可分为软钎焊和硬钎焊,钎料熔点低于450时称为软钎焊,高于
2、450时称为硬钎焊。按照钎焊温度的高低可分为高温钎焊、中温钎焊和低温钎焊,温度的划分是相对于母材熔点而言。例如,对钢件来说,加热温度高于800称为高温钎焊,550800之间称为中温钎焊,加热温度低于550称为低温钎焊;但对于铝合金来说,加热温度高于450称为高温钎焊,300450之间称为中温钎焊,加热温度低于300称为低温钎焊。按照热源种类和加热方法的不同可以分为火焰钎焊、炉中钎焊、感应钎焊、电阻钎焊、浸渍钎焊、气相钎焊、烙铁钎焊及超声波钎焊等。按照去除母材表面氧化膜的方式可以分为钎剂钎焊、无钎剂钎焊、自钎剂钎焊、气体保护钎焊及真空钎焊等。按照接头形成的特点可分为毛细钎焊和非毛细钎焊。液态钎料
3、依靠毛细作用填入钎缝的情况称为毛细钎焊;毛细作用在钎焊接头形成过程中不起主要作用的称为非毛细钎焊。接触反应钎焊和扩散钎焊是最典型的非毛细钎焊过程。按照被连接的母材或钎料的不同可分为铝钎焊、 不锈钢钎焊、 钛合金钎焊、 高温合金钎焊、 陶瓷钎焊、复合材料钎焊,以及银钎焊、铜钎焊等。常用的钎焊方法分类、原理及应用见表1。表 1 常用钎焊方法分类、原理及应用钎焊方法分类原理应用烙铁钎焊外热式烙铁使用外热源 ( 如煤气、气体火焰等 ) 加热适用于以软钎料钎焊不大的焊件 ,广泛应用于无线电、仪表等工业部门电烙铁普通电烙铁靠自身恒定作用的热源保持烙铁头一定温度带陶瓷加热器可调温度弧焊烙铁烙铁头部装有碳头
4、, 利用电弧热熔化钎料超声波烙铁在电加热烙铁头上再加上超声波振动 , 靠空化作用适用于铝、铝合金(含 Mg多的除名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 25 页 - - - - - - - - - 破坏金属表面氧化膜外)、不锈钢、钴、锗、硅等钎焊火焰钎焊氧乙炔焰用可燃气体与氧气 (或压缩空气)混合燃烧的火焰来进行加热的钎焊, 火焰钎焊可分为火焰硬钎焊和火焰软钎焊主要用于钎焊钢和铜压缩空气雾化汽油火焰或空气液化石油火焰或煤气等适用于铝合金的硬钎焊炉中钎焊空气炉中钎焊
5、把装配好的焊件放入一般工业电炉中加热至钎焊温度完成钎焊多用于钎焊铝、铜、铁及其合金保护气氛炉中钎焊还原性气氛加有钎料的焊件在还原性气氛或惰性气氛的电炉中加热进行钎焊适用于钎焊碳素钢、合金钢、硬质合金、高温合金等惰性气氛真空炉中钎焊热壁型使用真空钎焊容器, 将装配好钎料的焊件放入容器内,容器放入非真空炉中加热至钎焊温度, 然后容器在空气中冷却钎焊含有 Cr、 Ti 、Al 等元素的合金钢、钛合金、铝合金及难熔合金冷壁型加热炉与钎焊室合为一体,炉壁作成水冷套,内置热反射屏,防止热向外辐射, 提高热效率,炉盖密封。焊件钎焊后随炉冷却感应钎焊高频( 150700kHz)焊件钎焊处的加热是依靠在交变磁场
6、中产生感应电流的电阻热来实现广泛用于钎焊钢、铜及铜合金、高温合金等的具有对称形状的焊件中频( 110kHz)工频( 很少直接用于钎焊 ) 浸渍钎焊盐浴浸渍钎焊外热式多为氯盐的混合物作盐浴,焊件加热和保护靠盐浴来实现。外热式由槽外部电阻丝加热; 内热式靠电流通过盐浴产生的电阻热来加热自身和进行钎焊。 当钎焊铝及铝合金时应使用钎剂作盐浴适用于以铜基钎料和银基钎料钎焊钢、铜及其合金、合金钢及高温合金。还可钎焊铝及其合金内热式熔化钎料中浸渍钎焊(金属浴)将经过表面清洗, 并装配好的钎焊进行钎剂处理, 再放入熔化钎料中, 钎料把钎焊处加热到钎焊温度实现钎焊主要用于以软钎料钎焊铜、铜合金及钢。对于钎缝多而
7、复杂的产品(如蜂窝式换热器、电名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 25 页 - - - - - - - - - 机电枢等)用此法优越、效率高电阻钎焊直接加热式电极压紧两个零件的钎焊处,电流通过钎焊面形成回路,靠通电中钎焊面产生的电阻热加热到钎焊温度实现钎焊主要用于钎焊刀具、电机的定子线圈、导线端头以及各种电子元器件的触点等间接加热式电流或只通过一个零件,或根本不通过焊件。 前者钎料熔化和另一零件加热是依靠通电加热的零件向它导热来实现。 后者电流是通过并加热一个
8、较大的石墨板或耐热合金板, 焊件放置在此板上, 全部依靠导热来实现,对焊件仍需压紧特种钎焊红外线钎焊红外线钎焊炉用红外线灯泡的辐射热对钎焊件加热钎焊适于钎焊电子元器件及玻璃绝缘子等小型红外线聚光灯连接磁线存储器、挠性电缆等氙弧灯光束钎焊用特殊的反光镜将氙弧灯发出的强热光线聚在一起,得到高能量密度的光束作为热源适于钎焊半导体、集成电路底板、大规模集成电路、电平表、磁头、晶体振子等小型器件以及其他微型件高密度的插装端子特种钎焊激光钎焊利用原子受激辐射的原理使物质受激面产生波长均一、方向一致以及强度非常高的光束,聚焦到105W/cm2以上的高功率密度的十分微小的焦点, 把光能转换为热能实现钎焊适用于
9、钎焊微电子元器件、无线电、电信器材以及精密仪表等零部件气相钎焊利用高沸点的氟系列碳氢化合物饱和蒸气的冷凝汽化潜热来实现钎焊往印刷电路板上钎焊绕接用的线柱,往陶瓷基片上钎焊陶瓷片或芯片基座外部引线等脉冲加热钎焊平行间隙钎焊法利用电阻热原理进行软钎焊的方法, 以脉冲的方式在短时间内(几毫秒 1s)往印刷电路板上装集成电路块及晶体管等元件名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 25 页 - - - - - - - - - 供给钎焊所需热量再流钎焊法通过脉冲电流用间接加热
10、的方法在被焊的材料上涂一层钎料或在材料间放入加工成适当形状的钎料,并在其熔化瞬间同时加压完成钎焊在印刷电路上装集成电路块、二极管、片状电容等元器件,以及挠性电缆的多点同时钎焊等热压头式再流钎焊法采用了热压头方式同时吸收了脉冲加热法的优点来实现钎焊适于将大型的大规模集成电路或漆包线等钎焊到各种基板上波峰式钎焊法钎焊时, 印刷电路板背面的铜箔面在钎料的波峰上移动,实现钎焊作为印刷电路板批量生产钎焊方法平面静止式钎焊法钎焊时, 使印刷电路板沿水平方向移动而同时使钎料槽或印刷电路板作垂直运动来完成钎焊2 钎剂的分类及特点钎焊熔剂(钎剂)是钎焊过程中用的熔剂,与钎料配合使用,是保证钎焊过程顺利进行和获得
11、致密接头不可缺少的。钎剂的作用是清除熔融钎料和母材表面的氧化物,保护钎料及母材表面不被继续氧化,改善钎料对母材的润湿性能,促进界面活化,使其能顺利地实现钎焊过程。钎剂与钎料的合理选用对钎焊接头的质量起关键作用。2.1 对钎剂的基本要求a、钎剂的熔点和最低活性温度比钎料低,在活性温度范围内有足够的流动性。在钎料熔化之前钎剂就应熔化并开始起作用,去除钎缝间隙和钎料表面的氧化膜,为液态钎料的铺展润湿创造条件。b、应具有良好的热稳定性,使钎剂在加热过程中保持其成分和作用稳定不变。一般说来钎剂应具有不小于100的热稳定温度范围。c、能很好地溶解或破坏被钎焊金属和钎料表面的氧化膜。钎剂中各组分的汽化(蒸发
12、)温度比钎焊温度高,以避免钎剂挥发而丧失作用。d、在钎焊温度范围内钎剂应黏度小、流动性好,能很好地润湿钎焊金属、减少液态钎料的界面张力。e、熔融钎剂及清除氧化膜后的生成物密度应较小,有利于上浮,呈薄膜层均匀覆盖在钎焊金属表面,有效地隔绝空气,促进钎料润湿和铺展,不致滞留在钎缝中形成夹渣。f 、熔融钎剂残渣不应对钎焊金属和钎缝有强烈的腐蚀作用,钎剂挥发物的毒性小。2.2 钎剂的分类钎剂的组成物质主要取决于所要清除氧化物的物理化学性质。构成钎剂的组成物质可以是单一组元(如硼砂、氯化锌等),也可以是多组元系统。多组元系统通常由基体组元、去膜组元和活性组元组成。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载
13、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 25 页 - - - - - - - - - 钎剂的分类与钎料分类相适应,通常分为软钎剂、硬钎剂、铝用钎剂等,分别适用于不同的场合。各种钎焊熔剂和气体钎剂的分类见表2。表 2 各种钎焊熔剂和气体钎剂的分类钎剂大类钎剂小类物质分类物质组成软钎剂无机软钎剂(腐蚀性钎剂)无机酸盐酸、氢氟酸、磷酸无机盐氯化锌、氯化铵、氯化锌 - 氯化铵有机软钎剂(弱腐蚀和无腐蚀)弱有机酸乳酸、硬脂酸、水杨酸、油酸有机胺盐盐酸苯胺、磷酸苯胺、 盐酸肼、盐酸二乙胺胺和酰胺类尿素、乙二胺、乙酰
14、胺、二乙胺、三乙醇胺天然树脂松香、活化松香硬钎剂硼砂或硼砂基硼酸或硼酐基硼砂-硼酸基氟盐基铝用钎剂铝用软钎剂铝用有机软钎剂( QJ204 )铝用反应钎剂( QJ203 )铝用硬钎剂氯化物氧化物 - 氟化物氟化物气体钎剂炉中钎焊用气体钎剂活性气体氯化氢、氟化氢、三氟化硼低沸点液态化合物三氯化硼、三氯化磷低升华固态化合物氟化铵、氟硼酸铵、氟硼酸钾火焰钎焊用气体钎剂(硼有机化合物蒸气)硼酸甲酯蒸气硼甲醚酯蒸气(1)软钎剂软钎剂是指在450以下钎焊用的钎剂,由成膜物质、活化物质、助剂、稀释剂和溶剂等组成,可分为无机软钎剂和有机软钎剂两类。无机软钎剂具有很高的化学活性,去除氧化物的能力很强,热稳定性好,
15、能促进液态钎料对钎焊金属的润湿,保证钎焊质量。这类钎剂适应钎焊温度范围较宽,但其残渣有强烈的腐蚀作用,故又称为腐蚀性软钎料,钎焊后必须清除干净。无机软钎剂可用于不锈钢、耐热钢、镍基合金等。有机软钎剂有水溶性和天然树脂(松香)之分,对母材几乎没有腐蚀性,故称非腐蚀性软钎剂。常用软钎剂的成分和性能见表3。(2)硬钎剂名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 25 页 - - - - - - - - - 硬钎剂是指在450以上钎焊用的钎剂。黑色金属常用的硬钎剂的主要组分是
16、硼砂、硼酸及其混合物。为了得到合适的熔点和增强去除氧化物的能力,可以添加各种碱金属或碱土金属的氟化物、氟硼酸盐等。表 3 常用软钎剂的成分和性能类别钎剂名称(或型号)化学成分 /% 钎焊温度/ 特点无机盐软钎剂氯化锌溶液(FS312A )ZnCL2 40,H2O 60 290350 ZnCl2去除氧化膜的作用在于形成络合酸而溶解氧化物, 氯化铵为活化剂,可提高钎焊性能,但去除氧化膜的能力有限, 故主要是锡铅钎料焊钢、铜及铜合金时使用氯化锌 - 氯化铵溶液(FS311A) ZnCL2 40,H2O 55, NH4ClO 5 180320 钎剂膏ZnCL2 20, 凡士林 75, NH4ClO 1
17、5 180320 氯化锌盐酸溶液 FS322A ZnCL2 25,H2O 50, HClO 25 180320 有较强的去除氧化物能力。 当锡铅钎料钎焊铬钢、 不锈钢、镍铬合金时应选用这类钎剂或ZnCl2-NH4Cl-HCl 溶液钎剂剂 205 ZnCL2 50,H2O 5, NH4ClO 15,CdCl2 30 250400 是在 ZnCl2-NH4Cl 钎剂基上加入 CdCL2和 NaF而成,可提高钎剂的熔点,配合镉基、锌基钎料钎焊铝青铜、铝黄铜等无机酸软钎剂磷酸FS321 H3PO4 40 60 水 6040 无机酸钎剂有磷酸、盐酸和氢氟酸等, 通常以水溶液或酒精溶液形式使用,也可与凡士
18、林调成膏状使用磷酸使用起来方便、 安全,具有较强的去除氧化物的能力, 钎焊铝青铜、不锈钢等合金时最为有效, 也是最常用的无机酸软钎剂。盐酸、氢氟酸,能强烈腐蚀金属,析出有害气体, 故很少单独使用, 一般仅作钎剂的添加成分水溶性有机软钎剂FS213 乳酸 15, 水85(活性温度 180280)盐酸肼 5, 水95(活性温度 150330)水溶性有机软钎剂的组成物质包括有机酸(如乳酸、水杨酸、柠檬酸等), 有机胺和酰胺类(如乙二胺、乙酰胺等)、胺基盐酸盐(盐酸乙二胺等),醇类(如乙二醇、丙三醇)和水溶性树脂及其他一些附加成分等有机酸和有机胺盐类有机软钎剂有较强的去除氧化物的能名师资料总结 - -
19、 -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 25 页 - - - - - - - - - 力,热稳定性尚好, 残渣有一定的腐蚀性,属弱腐蚀性钎剂, 主要用于电气零件的钎焊松香类有机钎剂松香FS111B FS111A 松香 100, 松香25, 酒精 75 150300 松香是一种天然树脂,能溶于酒精、甘油、丙酮苯等而不溶于水,在温度高于 150时 , 能溶解银、铜、锡的氧化物, 适用于铜、镉、锡、银的钎焊FS113A 松香 30, 水杨酸2.8, 三乙醇胺1.4, 酒精余量150300
20、适用于铜及铜合金的焊接RJ12 松香 30, 氯化锌3, 氯化氨 1, 酒精 66 290360 适用于铜、铜合金、镀锌铁及镍等的钎焊FS112A 松香 24, 三乙醇氨 2, 盐酸二乙胺 4,酒精 70 200350 硼砂( Na2B4O710H2O )是单斜类白色透明晶体,易溶于水,加热到200以上结晶水可全部蒸发。硼砂应在脱水后使用。硼砂中的硼酐与金属氧化物作用形成易熔的硼酸盐,并进一步分解形成偏硼酸钠与硼酸盐形成熔点更低的混合物,而达到去除氧化物的目的,故可用作钎剂。常用硬钎剂的成分、特点及用途见表4。其中 FB102钎剂是应用最广泛的通用钎剂;FB103钎剂的钎焊温度最低,特别适用于
21、银铜锌镉钎料;FB104钎剂不含 KBF4,钎剂不易挥发,在加热速度较慢情况下仍可保持较长时间的活性。表 4 常用硬钎剂的成分、特点及用途牌 号化 学 成 分 / % 熔点/ 钎焊温度/ 特点及用途YJ-1 硼砂 100 741 8501150 现有硬钎剂主要是以硼砂、 硼酸以及它们的混合物作基体, 为了得到合适的熔点, 增强去除氧化物的能力,而由添加的各种碱金属或碱土金属的氟化物、 氟硼酸盐等组成,硼砂或硼砂与硼酸的混合物主要用于铜基钎料钎焊铜及铜合金、碳素钢等YJ-2 硼砂 25, 硼酸 75 766 YJ-6 硼砂 15, 硼酸80,CuF2 5 YJ-7 硼砂 50, 硼酸35,KF1
22、5 650850 QJ101 H3BO3 3031 KBF4 6871 500 550850 银基钎料钎焊铜及铜合金、 合金钢、不锈钢和高温合金等的钎剂,能有效地清除各种氧化物,促进钎料漫流, 但易吸潮。钎焊后用质量分数为 15% 的柠檬酸水溶液刷洗钎焊的接头处, 以防止残余钎剂的腐蚀QJ102 KF(脱水) 4044 B2O3( 硼干) 33 37 KBF4 2125 550 600850 QJ103 KBF4 95 K2CO3 5 530 550750 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -
23、 - - - - 第 7 页,共 25 页 - - - - - - - - - QJ104 Na2B4O7 49 51 Na2BO3 3436 KF 1416 650 650850 银基钎料炉中钎焊铜及铜合金、钢和不锈钢等, 能有效地清除各种金属的氧化物, 促进钎料漫流,易吸潮201 (前苏联) H3BO3 80 Na2B4O7 14.5 CaF25.5 8501150 铜基钎料钎焊不锈钢、合金钢、高温合金等284 (前苏联) KF(脱水) 35 KBF4 42 B2O3 23 500850 银基钎料钎焊铜及铜合金、 合金钢、不锈金刚和高温合金等FB101 硼酸 30,氟硼酸钾 70 5508
24、50 银钎料钎剂FB102 无水氟化钾 42, 氟硼酸钾25, 硼酐 35 600850 应用最广的银钎料钎剂FB103 氟硼酸钾 95, 碳酸钾 5 550750 用于银铜锌镉钎料FB104 硼砂 50, 硼酸 35 , 氟化钾15 650850 银基钎料炉中钎焊硼砂和硼酸的混合物是应用很广泛的钎剂,但它们的活性温度很高, 均在 800以上,因此也只适合于800以上的钎焊, 一般只能配合铜基钎料使用。去除氧化物的能力不强,不能去除 Cr、Si、Al、Ti 等的氧化物,故不能用于钎焊含这些元素的合金钢、不锈钢和高温合金等。这类残渣呈玻璃硬壳状,不溶于水,虽腐蚀性不大,但清除困难。(3)铝用钎剂
25、铝表面的氧化膜致密、稳定。钎焊铝及铝合金时必须专门的铝用钎剂。铝合金用钎剂按其使用温度分为铝用软钎剂和铝用硬钎剂两类。铝用软钎剂又分为有机钎剂和反应钎剂,其成分、特点及用途见表5。铝用硬钎剂的基本组成是碱金属及碱土金属的氯化物,其成分、特点及用途见表6。表 5 常用的铝用软钎剂成分、特点及用途类别牌号名称化学成分 /% 熔点/ 钎焊温度/ 特 点 及 用 途有机软钎剂QJ204 FS212- BAL 三乙醇胺 82.5 氟硼酸胺 5 氟硼酸镉 10 氟硼酸锌 2.5 180275 铝用有机钎剂是以三乙醇胺作溶剂加入几种氟硼酸盐,可在 180270温度下破坏 Al2O3膜,残渣对焊件有一定的腐蚀
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