技術(shù)指導(dǎo) / Technical Guidance
鋁釬焊技術(shù)簡(jiǎn)介
- 分類(lèi):潔凈度對(duì)后道工序的影響
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- 來(lái)源:
- 發(fā)布時(shí)間:2021-02-09
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【概要描述】釺焊定義:用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作為釬料,用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材和填充工件接口間隙并使其與母材相互擴(kuò)散的焊接方法。
鋁釬焊技術(shù)簡(jiǎn)介
【概要描述】釺焊定義:用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作為釬料,用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材和填充工件接口間隙并使其與母材相互擴(kuò)散的焊接方法。
- 分類(lèi):潔凈度對(duì)后道工序的影響
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- 發(fā)布時(shí)間:2021-02-09
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釺焊定義:用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作為釬料,用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材和填充工件接口間隙并使其與母材相互擴(kuò)散的焊接方法。
釺焊時(shí)只有釺料熔化而母材保持固態(tài),這就要求釺料的熔點(diǎn)低於母材的熔點(diǎn),其成分亦有差別。熔化的釺料依靠潤(rùn)濕和毛細(xì)作用吸入並保持在母材間隙內(nèi),液態(tài)釺料與固態(tài)母材間的相互擴(kuò)散形成冶金結(jié)合。
一般來(lái)說(shuō),釬焊作業(yè)要使用焊料和焊劑,使用的焊料熔點(diǎn)在450℃以下的稱(chēng)為焊錫(錫和鉛的合金),溫度在其以上者稱(chēng)為釬焊(BRAZING),另外,利用高分子的媒介的接合稱(chēng)為熔接(BONDING),和釬焊加以區(qū)別。
鋁釬焊介紹:
鋁的釺焊始於二十世紀(jì)三十年代初。如今已有許多種不同的釺焊技術(shù)被採(cǎi)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。
鋁釬焊特點(diǎn):爲(wèi)了使釺焊成功,釺焊焊接處表面必須乾淨(jìng)且在釺焊溫度時(shí),該表面不能有任何氧化。鋁在空氣中及焊接時(shí)極易氧化,生成的氧化鋁(Al2O3)熔點(diǎn)高、非常穩(wěn)定,不易去除。(如超過(guò)250℃,鋁表面會(huì)形成高溫氧化物,這些氧化物很難被Noclok釬劑去除)氧化膜阻礙釬料的熔化和熔合,氧化膜的比重大,不易浮出表面,易生成夾渣、未熔合、未焊透等缺欠。鋁材的表面氧化膜和吸附大量的水分,易使焊縫產(chǎn)生氣孔。焊接時(shí)應(yīng)清除其表面氧化膜。(焊劑與氧化物反應(yīng)並同時(shí)取代氧化物,從而避免焊件與爐子內(nèi)的空氣接觸,這樣釺料熔化並通過(guò)毛細(xì)管作用被拉至焊縫中。)
正如在油垢的表面上澆水由于表面張力的作用會(huì)形成水滴一樣,在氧化膜上面進(jìn)行釬焊,釬焊材料也無(wú)法均勻地和基礎(chǔ)金屬材料(母材)結(jié)合,所以會(huì)形成不良的釬焊面。
鋁材的釬焊只能采用以下的化學(xué)方法和物理方法。
鋁釬焊的方法主從次序依次是FB→VB→NB,物理性還原方法VB法和VAW法無(wú)需進(jìn)行焊劑的涂布。但是VB法的缺點(diǎn)是還原不夠徹底,殘留一部分氧化物,再有就是為了強(qiáng)化鋁材添加的鎂在真空狀態(tài)下隨還原反應(yīng)分解使之不耐腐蝕。另外,VAW法的介質(zhì)氣體需使用D.P(露點(diǎn))-70℃,含氧量為6-8ppm的氮?dú)猓^難做到。而且日后涂裝以前必須進(jìn)行金屬表面處理。
另一種是化學(xué)性還原方法,F(xiàn)B法和 NB法最大的不同之處在于焊劑的種類(lèi)不同,F(xiàn)B法使用的是氯化物的焊劑(ZnCl2,LiCl2)鹽基不僅腐蝕基礎(chǔ)材料(基材)而且還會(huì)引發(fā)環(huán)境污染等公害問(wèn)題。所以,后續(xù)的清洗作業(yè)是不可缺少的。而且在涂裝以前一定要進(jìn)行表面處理。與此相比較NB法使用的是氟化物的焊劑(KAlF4),無(wú)需進(jìn)行釬焊后的清洗,而且耐腐蝕性很強(qiáng),涂裝時(shí)也無(wú)需進(jìn)行表面處理,雖然和FB法同樣焊劑會(huì)污染設(shè)備,設(shè)備自身的腐蝕比氯化物要小一些(爐的壽命FB=1/2年,NB=5-6年)。只不過(guò)焊劑中的氟(F)和基礎(chǔ)金屬材料(母材)中的鎂(Mg)反應(yīng)生成的MgF2會(huì)影響釬焊的質(zhì)量,所以Mg在基礎(chǔ)金屬材料中的含量需在1%以下。另外的缺欠就是焊劑的殘留問(wèn)題。然而這種方法有許多優(yōu)點(diǎn),所以在熱交換器的釬焊中NB爐仍然是主流。
注:[所謂NB法] NB是“NOCOLOK (NON COLOSION[非吸濕性]BRAZING[釬焊]”的省略語(yǔ),“NOKOLOK”的名稱(chēng)是美國(guó)ALCA公司的專(zhuān)利名稱(chēng)(專(zhuān)利只限于焊劑)。
鋁釬焊材料由包在芯體合金(AA3003)的一面或兩面的鋁硅合金薄層組成。低熔點(diǎn)的鋁硅合金則在釬焊過(guò)程中熔化流動(dòng),在冷卻后在要連接的元件之間形成冶金結(jié)合。
芯體合金:NOCOLOK釬焊要求母材固相線溫度不低于615℃,同時(shí)由于釬劑對(duì)合金表面的MgO的溶解有一定的限度,且Mg和MgO與釬劑反應(yīng)生成MgF2,使得釬劑熔點(diǎn)升高失去活性,故要求Mg含量不超過(guò)1%(最好不超過(guò)0.5%)。因此適合NOCOLOK釬焊的鋁合金有工業(yè)純鋁和Mg含量較低的Al-Mn合金(如AA3003、AA3102、AA3005、AA3105等)和Al-Mg-Si合金(如AA6063、AA6951等)。AA3003是傳統(tǒng)的對(duì)汽車(chē)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(shù)的鋁合金均能釺焊但不能利用所有的釺焊技術(shù),主要分保護(hù)性氣氛釺焊(CAB),即通常所說(shuō)的NB釺焊,和真空釺焊(VB)的合金如何選擇。對(duì)空氣爐釺焊,合金的選用可以和CAB的一樣。
AA3003是傳統(tǒng)的對(duì)汽車(chē)熱交換器均可考慮的合金,它可用於所有的釺焊方法。爲(wèi)了獲得更高的強(qiáng)度,真空釺焊用AA3005合金,時(shí)效強(qiáng)化合金AA6060、AA6063、AA6951也可用於真空釺焊。爲(wèi)使6000系列的合金有可能時(shí)效強(qiáng)化,釺焊後的冷卻速度必須很快。爲(wèi)使時(shí)效後強(qiáng)度最高,在400℃到200℃溫度區(qū)間內(nèi),冷卻速率必須爲(wèi)>1℃/sce。
5000系列合金亦可用於VB釺焊,採(cǎi)用焊劑釺焊處理這系列合金比較困難,當(dāng)合金含Mg量高時(shí)焊劑不能除去氧化物。對(duì)NB(CAB)釺焊,客觀上Mg含量限制在0.4%左右。對(duì)其他含Mg合金如6000系列事實(shí)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(qiáng)度比較低。當(dāng)合金成份高時(shí)其釺焊熔點(diǎn)就偏低而不能提供良好的釺焊。
主要鋁硅合金(鋁釬焊中的釬料):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(duì)於真空釬焊(VB),加入1.2%Mg。爲(wèi)了在VB釺焊時(shí)填料有比較好的濕潤(rùn)性和流動(dòng)性可多加0.1%的鉍。
作為參考,NB釬焊的材料中如果不含鎂的材料:焊劑的涂布量為2g/m2左右(氧氣濃度在50ppm左右)如果鎂含量為0.2-0.25g/m2的材料:焊劑的涂布量為6-8g/m2左右(氧氣濃度在50ppm左右)
如果鎂(Mg)的含量在2g/m2以上時(shí)則不能進(jìn)行NB釬焊。
採(cǎi)用保護(hù)性氣氛釺焊(CAB)釺焊方法時(shí),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(shí),合金熔點(diǎn)降低,故對(duì)不同部件,應(yīng)選用不同的Si含量,以使填料、金屬幾乎在同一時(shí)間熔化。填料大約在熔化區(qū)間的最低與最高溫度的中點(diǎn)溫度時(shí)開(kāi)始流動(dòng),這個(gè)溫度已足夠釺焊了。
鋁硅合金 |
AA-4343 |
AA-4045 |
AA-4047 |
硅標(biāo)定值(%) |
7.5 |
10 |
11 |
液相線 |
613℃ |
591℃ |
582℃ |
固相線 |
577℃ |
577℃ |
577℃ |
AA4343和AA4045中的Zn起陽(yáng)極保護(hù)作用,商品化的釬料Zn含量一般為1~1.5%,過(guò)高的Zn含量降低釬料的流動(dòng)性和釬焊性。AA4047是共晶釬料,在推薦的釬焊溫度下流動(dòng)性太強(qiáng)而難于控制,溶蝕傾向較其它釬料高,一般用于火焰釬焊。釬料一般作為復(fù)合材料的皮材,根據(jù)用途的不同皮材采用雙面復(fù)合或單面復(fù)合,復(fù)合率(單面)為5~10%。相互釬焊連接的兩個(gè)零件,只需要一個(gè)零件采用復(fù)合材料,不便于采用復(fù)合材料時(shí),可采用釬料箔、板或絲。
注:釬焊中對(duì)釺料的基本要求 :
·合適的熔點(diǎn),應(yīng)比母材的熔點(diǎn)低幾十度。二者熔點(diǎn)過(guò)於接近,會(huì)使釺焊過(guò)程不易控制,甚至導(dǎo)致母材晶粒長(zhǎng)大、過(guò)燒及局部熔化。
·具有良好的潤(rùn)濕性,能充分填滿釺縫間隙。
·與母材的擴(kuò)散作用,保證它們之間形成牢固的結(jié)合。
·具有穩(wěn)定和均勻的成分,儘量減少釺焊過(guò)程中的偏析現(xiàn)象和易揮發(fā)元素的損耗等。
·滿足產(chǎn)品的機(jī)械性能和理化性能要求。
·經(jīng)濟(jì)性。
·熔點(diǎn)低於450℃的爲(wèi)易熔釺料,俗稱(chēng)軟釺料;高於450℃的爲(wèi)難熔釺料,俗稱(chēng)硬釺料。
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