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钎焊方法及工艺

发布日期:2020-07-31 04:31 作者:赌钱网址 点击:

  钎焊方法及工艺_能源/化工_工程科技_专业资料。1、钎焊方法及工艺 IWE-3/1.22-23 ? 1.1 钎焊 ? 钎焊与熔化焊不同,它是采用液相线温度 比母材固相线温度低的金属材料作钎料, 将母材和钎料加热到钎料熔化,利用液态 钎料润湿母材

  1、钎焊方法及工艺 IWE-3/1.22-23 ? 1.1 钎焊 ? 钎焊与熔化焊不同,它是采用液相线温度 比母材固相线温度低的金属材料作钎料, 将母材和钎料加热到钎料熔化,利用液态 钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材溶 解和扩散而实现连接母材的方法。 ? 钎焊是一种用于材料连接或材料涂层的热 连接方法,在连接处是通过钎料的熔化或 接触而的扩散作用实现焊接,母材没有达 到熔化温度。 ? 每种钎料应具有与母材相关的两个特性: 1)钎料的熔点应低于母材的熔点, 2)钎料在母材上必须浸润,也就是说,钎料 和母材之问的分界面间隙通过扩散实现合 金化。 ? 工作温度是指在钎焊位置钎料浸润时的条 件下最低的表面温度。 450℃ 450℃ 900℃ 软钎焊 硬钎焊 高温钎焊 ? 焊接与硬钎焊温度分布的比较: ? 1.2 钎焊基本原理 ? 钎焊的生产过程: 如钎焊前准备、零件装配和 固定、钎焊、钎焊后清理及质量检验等。 ? 其中钎焊过程应包括熔态钎料的填充过程及钎 料与母材的相互作用。 (1)熔态钎料的填充过程: 能实现这一过程的必要条件: 钎料的润湿和毛细作用。 影响钎料润湿作用的主要因素: 钎料和母材组成; 钎焊湿度: 母材表面氧化物;母材表面粗糙度; 钎剂。 (2)钎料与母材的相互作用。 这种作用可归为两种: 一种是固态母材向液态钎料的溶解; 另一种是液态钎料向母材的扩散。 这些相互作用对钎焊接头性能影响很大。 ? 1.3钎焊方法分类 ? 根据所使用的热源来命名及分类, 见表1。 ? 1.4典型钎焊方法介绍 ? 图2 常用钎焊方法 ? 1.6钎焊接头设计 ? (1)设计原则: ? ①首先考虑接头强度 ? ②其次还要考虑组合件的尺寸精度 ? 零件的装配定位; ? 钎料的安置; ? 接头问隙等。 ? (2)接头设计时应注意的几点 ①搭接长度,它是保证接头与母材具有相 等承载能力的关键。 搭接长度 L= a σ b στ δ 式中:δb——母材的拉接强度(MP a) δ——钎焊接头的拉剪强度(MPa) δ——母材厚度 a——安全参数 ? 在生产实践中, ? 银基、铜基、镍基等强度较高的钎焊的接 头,搭接长度通常取为薄件厚度的2~ 3倍; ? 锡铅等软钎料钎焊的接头,可取为薄件厚 度的4~5倍,但不希望搭接长度大于是 15mm。因为此时钎料很难填满问隙,往往 形成大量缺陷。 ? 由于工件的形状不同,搭接接头的具体形 式各不相同。 图3 平板钎焊接头形式 图4 管件钎焊接头形式 图5 T型和斜角钎焊接头 图6 端面密封接头 图7 管或棒与板的接头形式 图8 线接触钎焊接头 ? ②接头与载荷关系问题 . ? 接头设计时应避免再载荷作用下接头处发 生应力集中,另外在受撕裂、冲击、振动 等载荷作用时也应特别注意接头设计的合 理性。 ? 图9列举了一些实例。 图9 受动载或重载荷接头的合理设计或不合理设计(15 ? ③开设工艺孔 ? 工艺孔是指为满足工艺上的要求而在接头上 开的孔。钎焊时空气受热膨胀空气有可能阻 碍钎料的填隙,也可能使已填满问隙的钎料 重新排列,见图10。 图l0 开设工艺孔示意图 ? ④接头间隙 ? 间隙的大小在很大程度上影响钎焊接头强 度和钎缝的致密性。 ? 由于钎焊是靠毛细力作用使钎料填满间隙 的。 ? 间隙过小,钎料流入困难,在钎缝内形成 夹渣或未钎透,导致接头强度下降: ? 间隙过大,毛细作用减弱,钎料能填满间 隙,也会使接头的致密性变坏,强度下降。 ? (3)钎焊接头质量检验 ? ①钎焊接头缺陷 a、 填隙不良、部分间隙未被填满; b、 钎缝气孔 ; c、 钎缝夹渣; d、 钎缝开裂 ; e、 母材开裂; f、 钎料流失; g、 母材被溶蚀。 ? ②接头检验方法 a、 外观检查; b、 表面缺陷检查; c、 内部缺陷检查:包括X射线和,γ射 线、超声波和致密性检验。 2、钎焊材料 ? 2.1对钎焊材料的基本要求 a) 合适的熔化温度范围,一般比母材的熔化 温度低; b) 在钎焊温度下具有良好的润湿作用,能充 填充接头间隙; c) 与母材的物理、化学作用应保证它们之问 形成牢固的结合; d) 成份稳定尽可能减少钎焊温度下元素的损 耗:少含或不含稀有金属和贵重金属; e) 能满足钎焊接头物理、化学及力学性能等 要求。 ? 2.2钎料的分类 (重点) ? 两大类: 软钎料 (易熔钎料,熔点低于450℃); 硬钎料 (难熔钎料,熔点高于450℃) 。 ? 软钎料主要包括: 铋基、铟基、.锡基、镉基、锌基和铅 基等钎料。 ? 硬钎料主要包括: 铝基、银基、铜基、锰基、镍基、金基、 钯基、镁基、钼基和钛基等钎料。 ? 2.3 钎料型号(牌号)表示方法 ? (1)相关标准及规定 ? (P8/12) ? 2.4典型钎料简介 ? (1)软钎料(熔点低于450*(2的钎料) ? ① 锡铅钎料 ? 软钎料中应用最广的一种。 ? 高锡铅合金含Sn6 1.9%时,即形成熔点为183℃的 共晶。 ? 纯锡加入铅后强度提高,在共品成份附近时强度和 硬度最高,但导电率则随铅量增大而降低。 ? 锡铅合金中有时加入锑,用以减轻钎料在液态时的 氧化程度,并提高接头的热稳定性。含锑一般控制 在3%以下,以免钎料发脆。若加入银可使晶粒细 化并提高耐腐蚀性。 ? 锡铅钎料工作温度不能太高,当温度高于100%时; 强度急剧下降,含锡高的锡铅料在低温下有冷脆性。 锡铅焊料已纳入国家(GB3131-88)。 ? (2)硬钎料 ? 硬钎料由于强度高,可用于钎焊受力构件, 应用愈来愈广, ? 钎焊钢和铜用的银基钎料和铜基钎料, ? 钎焊铝用的铝基钎料等 ? 高温场合镍基钎料愈来愈受到人们的重视。 ? ①铜基钎料 ? 铜基钎料由于其经济性好,在钢、合金钢、 铜和铜合金的钎焊方面获得了广泛的应用。 标准GB64l8-93中将铜基钎粉分为铜,铜锌 和铜磷钎料。 ? ②银基钎料 ? 银基钎料是应用最广泛的一类硬钎料,由于 熔化温度不很高,能润湿很多金属,并且有 良好的强度、延性、导热性、导电性和抗腐 蚀性。广泛应用于钎焊低碳钢、结构钢、不 锈钢、铜及铜合金、可伐合金、难熔金属等。 ? (3)钎剂 ? 钎剂的主要用途:去除母材和液态钎料表 而上的氧化物,保护母材和钎料在加热过 程中不致进一步氧化以及改善钎料对母材 表面的润湿能力。 ? 钎剂应具备以下条件: ? ①具有足够的去除母材及钎料表面氧化物 的能力; ? ②熔化温度及最低活性温度略低于钎料的 熔化温度; ? ③在钎焊温度下具备足够的润湿能力。 ? 有关钎剂方面已纳入国家标准的有: ① GB/T15829.1-1995软钎焊用钎剂分类; 标记与包装 ② GB/T15829.2-1995软钎焊用钎剂 树脂类钎剂 ③ GB/T15829.3-1995软钎焊用钎剂 有机物类钎剂 ④ GB/T15829.4-1995软钎焊川钎剂 无机物类钎剂 ⑤ JB/T6045 -1992硬钎焊用钎剂 3、各种材料的钎焊 ? (1)材料的钎焊性 ? 是指材料对钎焊加工的适应性,即材料在一定 的钎焊条件下获得优质接头的难易程度。 ? 1)钎焊性的好坏首先与材料表面形成的氧化 物成分及其去除的难易程度有关。 ? 例如铜和铁表面氧化物的稳定性低容易去除, 故钎焊性好;铬的氧化物稳定性高,不易去除, 含铬的金属必须采用活性大的钎剂或纯度高的 还原性气体才能将其除去。铝的氧化物更难去 除,相对来说,铝的钎焊性就差。 ? 2)钎焊性的好坏还表现在钎焊加热温度对工 件材料组织及性能的影响上。 例如,硬铝LYl2的固相线温度相当低,目 前还没有合适的钎料使其在硬钎焊时不发生过 烧,故钎焊性差。 ? 3)钎焊性的又一重要标志是钎料对它的润湿 作用。 ? 多数钎料对铜、钢的润湿作用都比较好,对钼、 钨的差。前者钎焊性好,后者钎焊性差。 ? 4)钎焊性好坏又与工件材料同钎料作用后的 产物性能有关。 ? 钛和钛合金同大多数钎料作用会在界面区形成 脆性化合物相,故钛的钎焊性差。 ? 又如,低碳钢在炉中钎焊时对保护气氛的 纯度要求较低,而含铝、钛等元素的高温 合金只有在真空钎焊时才能获得良好的钎 焊接头。 ? 总之,钎焊性不但取决于材料本身,而且 与钎料、钎剂和钎焊方法有关,故必须根 据具体情况进行评定。 ? (2)钎料的选择原则 使用要求; 钎料与母材的互匹配; 经济角度等方面进行全面考虑。 ? 表4给出了各种材料组合适用的钎料。 ? 钎料的选择具体从以下几个方面考虑: ? ①从使用要求出发,对钎焊接头强度要求不 高和工作温度不高的可用软钎焊, 对要求导电性好的电气零件,应选用含锡量 高的锡铅钎料或含银量高的银基钎料: ? ②选择钎料时,应考虑钎料与母材的相互作 用。 ? ③选择钎料时还应考虑钎焊加热温度的影响。 ? ④钎焊加热方法对钎料选择也有一定的影响。 ? ⑤从经济观点出发, ? 4、钎焊的质量控制 ? 与熔化焊的质量控制一样,钎焊的质量控制越来越 被各个国家所重视,在欧洲已经颁布了许多相关的 标准和规程,包括钎焊接头的检验,钎焊的工艺评 定,钎焊操作人员的培训及考试认证等方面,本节 仅将相关标准及规程列举如下。 ? Enl3133(2000) 硬钎焊硬钎焊工的考试 ? ENl3134(2000) 硬钎焊硬钎焊工艺评定 ? ENl2797(2000) 硬钎焊焊钎焊接头的破坏性检验 ? ENl2799(2000) 硬钎焊硬钎焊接头的非破坏性检验 ? prENl 8279(2003) 硬钎焊接头中的不规则性(缺陷)评定 ? DVS Richtlinie-1183(2002) 金属材料钎焊培训课程 1、塑料的类型 ? 塑料是一种以高分子量合成树脂为主要成份的人工 合成材料(合成树脂是高分子化合物,也称聚合 物。) ? 生产塑料的原料含有碳,如石油、天然气、木材、 煤、乙烷等,则它属有机化学范畴。在这些物质中 存在不饱合键,如单个分子、单体的乙烯、氯乙烯 等。这些单分子、单体的物质可以通过化学反应形 成多分子(也称大分子)多体物质,如聚乙烯(PE)、 聚氯乙烯(PVC)。由单分子结构的物质(大多为气态 或液态)转变成多分子结构的物质这一过程称为聚 合作用。 ? 塑料的结构是由链状分子构成,或称纤维 状分子。与棉花的网状纤维相类似,是无 序卷绕状。根据分子链的构造,塑料可分 热塑性塑料、弹性塑料(合成橡胶)和热固性 塑料(图1)。 ? 在实际中,人们使用的塑料不是纯塑料,而是添加 了些辅助材料,如稳定剂、强化剂和着色剂等。由 此获得特殊性能和降低成本。 ? (1) 热塑性塑料 ? 通过链分子的“卷绕’’作用,即分子运动的阻碍 作用,塑料在受热时,不象水那样只处于一种固定 的液态形式,而是处于不同状态的变化之中,即: 硬一弹塑料一热塑性,达到热塑性状态,就可焊接。 ? 在一定温度下,热塑性塑料可以达到热塑性状态乃 至熔融流动,冷却后,又变成一定的形状。热塑性 塑料加工成型方便,在固体状态也有一定的可塑性, 能象金属一样进行冷加工。由于热塑性塑料具有这 些性能,故适宜于进行二次或多次加工,也可以进 行焊接 ? 由于分子结构不同,其材料的强度性能也 不同。 图2 热塑性塑料的构造 ? 热塑性塑料温度升高时开始变软,温度降低 时恢复原有状态,等温度达到热塑性温度后, 则可以进行焊接。这就是说,纤维状分子在 力的作用下产生运动,使材料发生形变成为 可能。冷却后,热塑性塑料就凝固成新的形 状。然而,如果对他重新进行加热,则具有 重新恢复原来形状的趋势(恢复能力)。 ? 溶解物质的作用也可以使接头表而达到热塑 性状态,从而使焊接成为可能。 ? (2)弹性塑料 ? 该类塑料由于内部结构的原因(粗网目交联链 状分子结构),而不能熔化,不能达到热塑性 状态,故不具备可焊性。 ? (3)热固性塑料 ? 这类塑料由于内部结构的原因(细网目交 联链状分子结构)在受热时不会变软,一直 处于硬状态,直到破坏,因此不具备可焊 性。从另一角度看,能够进行焊接的塑料, 其材料熔化指数MFI应在某一范围。 ? 德国标准DIN53735对此做了规定。在DIN 16776中给出了MFI的分类组别。德国焊接 学会规程2201TI给出了HDPE熔化指数在 005—010时可以焊接,每一种塑料都相对 应一熔化指数(表1)。 2、热塑性塑料的焊接原理 ? 热塑性塑料在热塑性状态和压力的作用下就 可实现焊接。 ? 是机械连接(二个焊件纤维状分子互相非规则 的卷绕)。 ? 通常仅相同类型的塑料可以焊接。 ? 热塑性塑料的焊接原理是: ? (1)焊接面处于热塑性状态(加热); ? (2)在一固定外压力的作用下实现焊接(焊接压 力); ? (3)保持,冷却直至接头凝固结束焊接(冷却)。 ? 3、热塑性塑料焊接方法的分类(表2) ? 德国标准DIN 191第3部分《塑料焊接方法》 表2塑料焊接方法分类 ? 3、热塑性塑料焊接方法的分类(表2) ? 德国标准DIN 191第3部分《塑料焊接方法》 4、塑料焊接设备 ? 见德国焊接学会规程DVS2207T3热塑性 塑料板、管的热风焊。 ? 4.1热风焊设备 ? 1)手工热风焊接设备 ? 所谓热风焊就是将热风作为热源(见图3)。 ? 2)机械热风焊接设备 ? 机械热风焊接设备用热风作为热源,也称 挤压式焊接设备。(图4) ? 4.2加热元件焊接设备 ? 1)加热板式焊接设备 ? 德国焊接学会规程DVS2207T1《m管、板加热元 件焊接》规定了加热板式焊接方法。 ? 加热板为焊接热源。加热板焊机主要由恒温电加 热板(温度最高可达270℃)、双面电动平整切削刀、 对中固定支架、压力装置等部分组成。 、 ? 2)承插式焊接设备 ? 承插式焊接设备以加热凸凹套模为加热元件提供 焊接热源用于管道焊接(图5)。 ? 3)热丝套筒式焊接设备 ? 热丝套筒式焊接设备的铜线圈通电后产生焦耳效 应,使电热丝发热为热源。该设备主要由电源控 制箱、热丝套筒和固定支架等组成,用于管道焊 接(图6)。 ? 4.3超声波焊接设备 ? 超声波焊接设备的主要组成部分: ? ①超声波发生器; ? ②声波传递压头; ? ③振动声波极和转换器 ? ④底座; ? ⑤压力机; ? ⑥控制装置 ? 德国标准DINl 320/4规定了听觉可辨认的噪音为 16HZ~16KHZ。工业中应用的超声波焊接设备的 频率通常是在20~40KHZ之间,超出听觉范围, 可以不采取防护措施。 ? 4.4高频焊接设备 ? 高频塑料焊机由高频发生器,带有滤波器 的高频电路、匹配器、工作装置、控制装 置和电极组成(图8)。 ? 作用: 将网路低频电能转变成高频电能,塑 料焊接经常采用的工作频率为27.12MHZ, 并且其偏差为土0.6%,这是国际上认可的 工业频率,其功率一般为0.6~150kW。 ? PS,PP,PE不适用高频焊接;硬PVC,软 PVC,ABS,PA适用高频焊接。 6、焊接工艺 ? 6.1热风焊 ? 6.1.1手工热风摆动焊(WF)德国焊接学会规程 DVS2207T3对此做了规定 ? 所谓热风焊就是将热风作为热源。焊接材料根据需 要可以是焊条(硬),也可以是带状的(软)。焊接时 将焊条往坡口里压,随着热风的加热使焊件坡口侧 和焊条都处于热塑性状态,在外加压力的作用下实 现焊接。通常软、硬PVC,PE均采用此法焊接, 焊接速度在250mm/min左右。 ? 1)手工热风摆动焊(图9) ? 2)坡口形式(图1 0) ? 热风焊主要用来焊接板材。 3)操作要领(图11) ? 6.2加热元件焊 ? 德国焊接学会规程DV$2207T1对此做了规 定 ? 6.2.1加热板式焊接(HS)(图16) ? 6.2.2承插式焊接(图l 7) ? 6.2.3热丝套筒式焊接(图18) ? 6.3塑料超声波焊 ? 6.4高频焊(HF) (见德国焊接学会规程DVS2219) 7、塑料焊工的培训与考试 ? 为什么要进行焊工培训与考试 ? 这了保证焊接质量,受压塑料管(如气、水管)的焊 接和敷设仅允许按德国气、水协会(DVGW)的规程 GW330来施工,而且只允许通过了考试的焊工上岗, 另外还必须有工程监理。 ? 焊接还必须按德国焊接学会注意事项DVS220第一 部分实施并制定出合适的焊接工艺要点。 ? 前所述,用于气和水的塑料压力管的焊接,只允许 使用为其专门设计的焊接设备, 即手动加热元件 对焊机,而热风焊是不允许的。 ? 塑料焊工的培训和考试要按照DVS2212第一部分进 行,在德国可在Aachen或Dortmund两城市进行。

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