不銹鋼釬焊工藝方法種類與流程
釬焊方法通常是根據(jù)釬焊的熱源種類或加熱方法來(lái)命名的。工業(yè)上常用的釬焊方法有:爐中釬焊、火焰釬焊、電阻釬焊、感應(yīng)釬焊、浸沾釬焊、烙鐵釬焊等。生產(chǎn)應(yīng)用時(shí),應(yīng)根據(jù)釬料、釬縫形式及對(duì)接頭質(zhì)量要求的高低、工件材料及尺寸、生產(chǎn)批量、原有設(shè)備等條件,綜合考慮選擇釬焊方法。
1. 爐中釬焊
不銹鋼的爐中釬焊一般是在某種保護(hù)氣氛下或真空中進(jìn)行,保護(hù)氣氛有氫氣、分解氨和氬氣。
干燥的氫氣或分解氨常用作爐中釬焊不銹鋼時(shí)的還原性保護(hù)氣氛,包括可還原不銹鋼表面氧化膜,并保護(hù)不銹鋼表面在釬焊時(shí)不再氧化,一般要求氫氣或分解氨的露點(diǎn)低于-40℃,但也要考慮保護(hù)氣氛的露點(diǎn)要與釬焊溫度及母材的成分相適應(yīng)。釬焊溫度過(guò)低、不銹鋼表面氧化膜越穩(wěn)定,要求氫氣露點(diǎn)就越低。使用分解氨作保護(hù)氣氛,必須保證NH3完全分解,避免殘余NH3使不銹鋼表面氧化。
使用氫氣或分解氨作保護(hù)氣氛的好處是:可實(shí)現(xiàn)釬焊的連續(xù)工作,便于大批量生產(chǎn);釬焊過(guò)程中不需要使用釬劑,而且焊后工件光亮,無(wú)需任何焊后工件表面清理工作;可配合選用的釬料品種多;在批量生產(chǎn)條件下焊接成本低。但是使用氫氣或分解氨作保護(hù)氣氛時(shí)要特別注意安全。當(dāng)空氣中混有4%~74%的氫氣或12.5%~27%氨氣時(shí),會(huì)因燃燒而引起爆炸。
作為惰性氣體,氬氣可用作爐中釬焊不銹鋼時(shí)的保護(hù)氣氛,與氫氣和分解氨不同,氬氣不具有還原性,只有利用其惰性保護(hù)不銹鋼表面在釬焊過(guò)程中不被氧化,所以不銹鋼進(jìn)爐釬焊前必須徹底清除表面的氧化膜,并且一般氬氣的露點(diǎn)低于-40℃。
所以選用氬氣作保護(hù)氣氛一般是因?yàn)橐韵履撤N或多種原因:①. 采用了含高蒸氣壓元素的釬料,如錳基釬料或含Mn較多的釬料;②. 單件或小批量釬焊時(shí),設(shè)備成本低;③. 不銹鋼與異種材料釬焊時(shí)為了避免某些元素與爐內(nèi)氣氛的反應(yīng),如在含氫氣氛中釬焊不銹鋼與鈦時(shí),鈦合金吸氫并與氫反應(yīng);④. 生產(chǎn)過(guò)程安全。
國(guó)內(nèi)廣泛使用氬氣保護(hù)釬焊。由于氬氣無(wú)還原作用,故要求用高純度的氬氣。采用氬氣保護(hù)高頻釬焊,可取得很良好的質(zhì)量。氬氣保護(hù)釬焊時(shí),為了保證去除不銹鋼表面的氧化膜,可以采用氣體釬劑,常用的有加BF3釬劑的氬氣保護(hù)釬焊。采用含鋰或(和)硼等自釬劑元素的釬料時(shí),即使不銹鋼表面有少量的氧化,也能保證釬料的鋪展性,從而提高釬焊質(zhì)量。
使用氬氣作保護(hù)氣氛時(shí),常見的做法是將真空爐抽至高真空后(10-2~10-3Pa)充入少量氬氣,關(guān)閉爐體閥門后升溫,或者在特制的密封容器內(nèi)通人流動(dòng)的氬氣,將空氣驅(qū)趕凈后容器放入爐內(nèi)加熱,但在升溫過(guò)程中要隨時(shí)注意容器內(nèi)的壓力。當(dāng)容器內(nèi)壓力超過(guò)大氣壓較多時(shí),應(yīng)隨時(shí)放出一些氣體,以保證容器完好和生產(chǎn)安全。
在真空爐中釬焊不銹鋼是一種常用并且理想的方法。對(duì)真空度的要求取決于被焊的材料、所用的釬料、釬焊接合面的面積、釬焊過(guò)程中基體金屬釋放出氣體的量以及設(shè)備的滲漏速度。在受控氣氛爐中應(yīng)用的一切氣體必須是高純度的。在特殊情況下,也可以使用干燥保護(hù)氣體的分壓。釬焊不銹鋼時(shí)一般要求真空度達(dá)到10-2~10-3Pa,并且要求真空爐的氣體泄漏要小。使用真空爐釬焊不銹鋼的好處是:可避免不銹鋼的氧化;可避免釬焊爐內(nèi)氣氛對(duì)母材的不良影響;真空爐升、降溫速度慢,工件變形或變形量很小;無(wú)需氣體凈化裝置;無(wú)安全隱患;帶有充氣及快冷風(fēng)扇裝置的真空爐同樣具有較高的生產(chǎn)率,并可以實(shí)現(xiàn)釬焊與釬焊后工件熱處理的結(jié)合。
為了使釬料容易潤(rùn)濕,可以在不銹鋼表面鍍銅和鍍鎳,這時(shí),對(duì)保護(hù)氣體的純度要求可降低。
在氫氣或分解氨氣氛爐中釬焊不銹鋼可使用紫銅、銅基、銀基、錳基、鎳基和金基釬料。在氬氣氛爐中釬焊不銹鋼可使用銅基、銀基、錳基和金基釬料。在真空爐中釬焊不銹鋼可采用紫銅、不含易蒸發(fā)元素(Zn、Cd)或僅含少量高蒸氣壓元素(Mn)的銅基和銀基釬料、鎳基釬料和金基釬料。
爐中釬焊時(shí)影響釬焊接頭的性能,特別是力學(xué)性能的主要工藝參數(shù)包括釬焊溫度、保溫時(shí)間。釬焊溫度一般選擇在釬料液相線溫度以上50~100℃,保溫時(shí)間在5~10min.當(dāng)工件較大時(shí),可在升溫過(guò)程中釬料固相線以下某溫度保溫一段時(shí)間,確保工件溫度均勻。
使用鎳基釬料時(shí),除了釬焊溫度和保溫時(shí)間外,釬縫間隙也是接頭強(qiáng)度和塑性的決定因素之一。為降低釬料的熔點(diǎn),鎳基釬料中含有較多的硼、硅、磷,它們?cè)阝F料組織中以脆性的硼化物、硅化物、磷化物形式存在。釬焊時(shí)在一定的釬焊溫度和保溫時(shí)間下,當(dāng)釬縫間隙小于某一數(shù)值、硼、硅、磷向母材充分?jǐn)U散,凝固后釬縫組織候基固溶體,釬縫強(qiáng)度高、韌性好,此數(shù)值稱作該釬料溫度保溫時(shí)間下的最大釬焊間隙。當(dāng)釬縫間隙超過(guò)最大間隙,釬縫中硼、硅、磷向母材擴(kuò)散不充分,釬縫中會(huì)存在脆性化合物,釬縫的強(qiáng)度和塑性都會(huì)下降。而且在一定范圍內(nèi),釬縫越寬,釬縫中脆性相越多,接頭強(qiáng)度和塑性越低。
在釬焊實(shí)際部件時(shí),部件的加工精度或裝配精度有時(shí)很難保證纖縫間隙很小,適當(dāng)?shù)靥岣哜F焊溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間,可增大最大釬焊間隙。當(dāng)在高溫下長(zhǎng)時(shí)間保溫造成母材晶粒過(guò)分長(zhǎng)大或釬料對(duì)母材溶蝕過(guò)度時(shí),也可在焊后接頭冷卻到某一較低溫度保溫,通過(guò)擴(kuò)散消除釬縫中脆性相而增大最大釬焊間隙。但由于磷原子較大,向母材擴(kuò)散困難,這些措施對(duì)Ni-Cr-P和Ni-P這類釬料作用不大。
爐中釬焊時(shí),為控制釬料不流到接頭以外的其他部位或造成工件與卡具粘連,可在防止釬料潤(rùn)濕處涂止焊劑。釬焊不銹鋼時(shí)可以使用TiO2、Y203或云母粉與乙醇混合后作止焊劑。
2. 火焰釬焊
火焰釬焊就是利用某種火焰將接頭加熱到釬焊溫度,釬料可預(yù)先效置在接頭處,也可以在接頭加熱后添加。小批量的釬焊一般采用手工焊炬,大批量釬焊可采用自動(dòng)釬焊裝置。火焰釬焊不銹鋼時(shí)可采用的燃?xì)庥幸胰病⑻烊粴夂捅椋細(xì)庥醒鯕夂蛪嚎s空氣。手工火焰釬焊時(shí)常使用乙炔和氧氣的混合氣體。
火焰釬焊時(shí)要采用外加熱接頭,而且釬焊不銹鋼時(shí)要采用還原焰,火焰要均勻地加熱接頭,當(dāng)接頭由重量相差較大的零件組成時(shí),應(yīng)先加熱較重的零件;當(dāng)接頭為異種材料接頭時(shí),應(yīng)先加熱熱導(dǎo)率小的材料。
加熱前釬焊接頭處需施加釬劑,加熱過(guò)程中熔化的釬劑可保護(hù)不銹鋼表面不被氧化。釬劑的選擇要依據(jù)釬焊溫度來(lái)定,當(dāng)釬焊溫度在600~850℃時(shí),F(xiàn)B102的效果最好。釬劑一般為膏狀或粉狀,粉狀釬劑可用水或乙醇調(diào)成糊狀后使用。火焰釬焊不銹鋼時(shí)應(yīng)盡可能地選用熔點(diǎn)較低的銀釬料,如BAg45CuCd、BAg35CuZnCd,BAg45CuCd、BAg50CuZnCdNi和BAg45CuZn.同時(shí)要注意勿使不銹鋼過(guò)熱,否則其表面氧化變黑,造成釬料無(wú)法潤(rùn)濕母材。使用鎘釬料時(shí)要注意工作場(chǎng)合的通風(fēng),以免危害操作者的健康。
3. 感應(yīng)釬焊
感應(yīng)釬焊就是利用變頻電流在釬焊接頭處產(chǎn)生的感應(yīng)渦流的電阻熱對(duì)工件進(jìn)行加熱,感應(yīng)電流大小除與工件本身的形狀和材質(zhì)有關(guān)外,與變頻電流的頻率、感應(yīng)圈的形狀和匝數(shù)有關(guān)。變頻電流的頻率越高,感應(yīng)圈匝數(shù)越多,感應(yīng)圈與工件距離越小,加熱速度越快。感應(yīng)釬焊一般采用高頻電流,頻率在150~700Hz.感應(yīng)圈有單匝和多匝,形狀各異,與被釬焊的工件相適應(yīng)。感應(yīng)釬焊多在大氣中進(jìn)行,有時(shí)用氬氣局部保護(hù),個(gè)別情況下也在氬氣或真空中進(jìn)行,在大氣下或使用氬氣局部保護(hù)接頭感應(yīng)釬焊時(shí)需使用釬劑。感應(yīng)釬焊不銹鋼時(shí)選用釬料和釬劑的原則與火焰釬焊基本相同。
4. 電阻釬焊
它是將焊件直接通以電流或?qū)⒑讣旁谕姷募訜岚迳侠秒娮锜徇M(jìn)行釬焊的方法。釬焊時(shí)對(duì)釬焊處應(yīng)施加一定的壓力。可在普通電阻焊機(jī)上進(jìn)行,最好采用根據(jù)電阻釬焊規(guī)范設(shè)計(jì)制造的專用電阻釬焊機(jī)。
電阻釬焊的優(yōu)點(diǎn)是加熱快、生產(chǎn)率高,操作簡(jiǎn)單,勞動(dòng)條件好,過(guò)程容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,接頭小于65~380m㎡2 時(shí)經(jīng)濟(jì)效果最好,加熱十分集中,對(duì)周圍的熱影響小,特別適于釬焊某些不允許整體加熱的工件。但釬焊接頭尺寸不能太大,形狀也不能很復(fù)雜,這是電阻釬焊應(yīng)用的局限性。電阻釬焊最宜焊銅,使用銅磷釬料可不用針劑;也適于焊銅合金、銀合金、鋼、硬質(zhì)合金。使用的釬料有銅鋅、銅磷、銀基。常用于釬焊刀具、電器觸頭、電機(jī)定子線圈、儀表元件、導(dǎo)線端頭等。
5. 浸沾釬焊
它是將焊件浸沉在加熱浴槽(鹽浴或金屬浴)中所進(jìn)行的針焊。由于浴槽中的液體介質(zhì)熱容量大、導(dǎo)熱好,因而具有加熱迅速、溫度均勻、焊件變形小等優(yōu)點(diǎn)。但是浸沾釬焊耗電多,熔鹽蒸氣污染嚴(yán)重,勞動(dòng)條件差。浸沾釬焊適宜于大量連續(xù)生產(chǎn),單件或非連續(xù)生產(chǎn)時(shí)不經(jīng)濟(jì)。
浸沾釬焊分為鹽浴釬焊和金屬浴釬焊。
①. 鹽浴釬焊
鹽浴釬焊所用的鹽類不同,方法也不同。
a. 鹽浴是由NaCl、BaCl2及CaCl2等按一定比例配合而成的,不同配方的鹽浴有不同的熔點(diǎn),一般可在500~1000℃范圍內(nèi)。釬焊時(shí)鹽浴僅作為導(dǎo)熱介質(zhì),工件需要預(yù)置釬料及釬劑,適合于用銅基、銀基釬料釬焊碳鋼、合金鋼、高溫合金、銅及銅合金等。
b. 在熔融的釬劑或含釬劑的熔鹽中釬焊,工件只需預(yù)置釬料,如鋁及鋁合金的浸沾釬焊。
c. 所用熔鹽不僅起釬劑作用,而且能在釬焊的同時(shí)向工件滲碳、滲氮。
②. 金屬浴釬焊
金屬浴釬焊是將焊件浸沉在蓋有釬劑的釬料浴槽中加熱所進(jìn)行的浸沾釬焊。它主要用于軟釬料焊接鋼、銅及銅合金,特別適合于焊釬縫多而密集的產(chǎn)品,諸如蜂窩狀熱交換器、電機(jī)電樞、汽車水箱等。在電子工業(yè)發(fā)展為機(jī)械化的波峰釬焊方法,用于釬焊印刷電路板。
6. 烙鐵釬焊
烙鐵釬焊是利用烙鐵頭積聚的熱量來(lái)熔化釬料,并加熱釬焊處的母材而進(jìn)行釬焊的方法。它只適用于釬焊溫度低于300℃的軟釬料(如錫鉛或鉛基釬料)釬焊薄件和小件,故多應(yīng)用于電子、儀表等工業(yè)部門。釬焊時(shí)一般采用松香或氯化鋅溶液作為釬劑。在電子工業(yè)中多以松香芯焊錫絲的形式使用。
7. 釬焊規(guī)范
釬焊規(guī)范主要包括有釬焊溫度、保溫時(shí)間與加熱速度等。
①. 釬焊溫度
一般高于釬料熔點(diǎn)25~50℃,提高溫度能減小化釬料的表面張力,因而改善潤(rùn)濕性,使焊件金屬與釬料之間的作用增強(qiáng),但溫度過(guò)高會(huì)引起過(guò)燒和熔融等缺陷。
②. 保溫時(shí)間
保溫時(shí)間應(yīng)使焊件金屬與釬料能相互充分作用。選擇保溫時(shí)間應(yīng)考慮釬料與基本金屬的作用強(qiáng)弱(作用強(qiáng)的取短些,弱的則取長(zhǎng)些)、間隙大小(間隙大的取長(zhǎng)些)及焊件尺寸(尺寸大的取長(zhǎng)些)。
③. 加熱速度
取決于焊件尺寸、導(dǎo)熱性以及釬料的成分。一般是焊件尺寸小、導(dǎo)熱性好或釬料含易蒸發(fā)元素時(shí),加熱速度應(yīng)盡量快些。
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