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真空釬焊工藝

作者:蔡東俊 人氣:434965 日期:2022-01-22 16:27:36
      
          真空釬焊工藝
 
 
 
1.真空釬焊操作及工藝過程的監控
    真空釬焊的加熱操作過程是執行工藝參數,獲得釬焊接頭的決定性工藝過程,根據釬焊工藝方法的不同主要分為過程可便于觀察調整的手工操作過程(如火焰釬焊、烙鐵釬焊等)和過程難于觀察調整的自動釬焊過程(如爐中釬焊、自動釬焊等)。手工釬焊時,工藝過程完成的好壞與操作工人的技術水平和熟練程度密切相關。手工釬焊時應采取必要的措施保證釬焊部位的均勻加熱,并盡可能防止母材和釬料的過分氧化;鹧驸F焊時,應將火焰調節成還原性焰,用內焰或外焰加熱工件。加熱時應注意讓火焰移動并側重加熱材料較厚的一側,保證釬焊部位的均勻升溫,避免對小件的長時間直接加熱,以免產生局部過熱。采用時時送進的釬料添加方式時,在加熱過程中用釬料接觸工件的方法測試加熱溫度,加熱到溫后添加釬料。手工釬焊一般不采用儀表測溫,釬焊加熱過程中觀測釬料熔化并形成釬縫后撤離熱源。為避免冷卻過快可能造成的開裂,有時釬焊冷卻時需采用輔助加熱的方法,使工件慢慢冷卻。
    自動釬焊時,釬焊過程成功的關鍵在于正確的裝爐操作和工藝參數的準確執行。爐中釬焊裝爐時,需保證被釬焊工件能夠均勻地接受輻射,避免輻射過于密集。釬焊過程采用合格有效的監控儀表對加熱溫度、時間、真空度等主要工藝參數進行測量和控制。由于受工件尺寸及不均勻輻射的影響,釬焊爐內的溫度存在不均勻性,有時溫度差別甚至達到幾百度,因此溫度測量時熱電偶的放置位置非常重要,在條件允許時應將熱電偶放置在與工件良好接觸部位或插人工件內部。在不能對工件直接測溫時,應通過試驗確定所測溫度與工件實際溫度的差別,并依此調整需控制的釬焊溫度參數。
1.1 真空釬焊后處理
    經釬焊后的零件,在投入使用前還必須根據技術指標及其他要求進行相應的處理;包括釬劑殘渣清除、阻流劑清除及焊后熱處理等。  
1.2  殘余釬劑的去除
    大多數釬劑對釬焊接頭和工件具有腐蝕作用,影響零件的使用壽命,同時也會妨礙對釬縫質量的檢查,影響零件外觀質量,因此釬焊后必須將其清除干凈。釬劑清除的方法主要有水洗、化學清洗和機械清理三種。因釬劑的種類和性質不同,清除釬劑的方法也不同。
    對于水溶性軟釬劑,如水溶性有機軟釬劑和無機酸類軟釬劑,可用熱水洗滌的方法去除。對于由凡士林調成的膏狀釬劑、活性松香類釬劑等,應采用有機溶液進行清除,常用的有機溶液包括酒精、異丙醇、汽油、三氯乙烯等。對于無機鹽類軟釬劑產生的不溶于水的釬劑殘渣(含有氯化鋅),可先用體積分數為2%的鹽酸溶液洗滌,再用氫氧化鈉水溶液中和,最后用熱水和冷水洗凈。對于難清洗的軟釬劑殘渣,有時需采用復合清洗的方式去除。
    硼砂-硼酸的釬劑殘渣呈玻璃狀粘在接頭的表面,很難去除,一般采用機械方法去除,如噴砂等。較簡便的方法是將釬焊完的工件在熱態下直接放入水中,因膨脹系數不同使釬劑開裂而去除。但這種方法不適合對熱沖擊敏感的接頭。另外,還可將工件放置在溫度為70~90℃,質量分數為2%~30%的重鉻酸鉀溶液中長時間浸泡去除。
    含氟化物的硬釬劑殘渣也較難去除。釬劑中含氟化鈣時,可先在沸水中清洗10~15min,然后在120~140℃,成分為300~500g/L的氫氧化鈉和50~80g/L的氟化鈉的水溶液中長時間浸煮去除。釬劑中含有較多氟硼酸鉀或氟化鉀時,不會形成玻璃狀殘渣,可用水煮或在體積分數為10%的檸檬酸熱水中浸泡去除。
    鋁用硬釬劑尤其是氯化物釬劑腐蝕性強,應徹底去除?蓪釕B工件放入冷水中,借助急冷使釬劑殘渣脫落,但易引起工件變形或開裂,應慎重使用?捎孟率龇椒ㄟM行去除,先在60~80℃的熱水中浸泡l0min,用毛刷仔細清洗殘渣,然后用冷水沖洗,再用體積分數為15%的硝酸水溶液浸泡30min,最后用冷水沖洗干凈。 
    對于鋁用氟化物釬劑,其殘渣的清除方法可按下述方法進行:將工件放在體積分數為7%的草酸和體積分數為7%的硝酸組成的水溶液中,先用毛尉仔細清洗釬縫,再浸泡90min,最后用冷水沖洗干凈。
1.3  阻流劑的去除
    焊件上的阻流劑多數情況下可以采用機械方法進行清除,如采用擦洗、壓縮空氣吹、水洗或超聲波水洗等方法去除,或采用毛刷、金屬絲刷等方法去除。若阻流劑與母材表面存在相互作用時,可用熱硝酸—氫氟酸浸洗去除。但若釬料中含有Cu或Ag時,應避免采用上述方法,這時可用濃的氫氧化鈉溶液清洗去除。采用化學方法去除阻流劑后,必須用清水將殘余酸、堿徹底沖洗掉。
1.4  真空釬焊后熱處理
    釬焊后熱處理的目的是提高釬焊件的整體性能水平,包括提高母材本身性能和提高接頭性能兩個方面。由于釬焊熱循環常常伴隨母材性能的降低,釬焊后熱處理經常是為恢復母材的性能而進行的。在安排為強化母材本身而進行的熱處理時,如有可能應選擇釬焊溫度合適的釬料,使釬焊過程和熱處理過程可以在同一次熱循環中完成,以提高生產效率。若釬焊后安排單獨的熱處理,則熱處理溫度應在釬料重熔的溫度以下進行,以免釬縫開裂。如有必要應采用合適的熱處理工裝以防止釬縫開裂和工件變形。
    為改善或提高接頭性能而進行的熱處理主要有兩類:一是改善接頭組織而進行的擴散處理,二是為消除殘余應力而進行的退火處理。擴散處理常與釬焊過程在同一個熱循環中一起完成,或單獨進行擴散處理。采用非真空的單獨的擴散處理時,處理溫度應控制在釬料的固相線溫度以下。
1.5冷卻氣體含水量、含氧量的控制:(不超過3ppm)、含氧量(不超過3ppm)、冷卻氣體含水量、含氧量如果超標產品外觀的顏色會變化。
1.6 在真空釬焊工程中,工件主要靠熱輻射進行加熱。而真空釬焊爐的加熱器通過輻射傳熱。輻射傳熱有其特有的規律,即斯蒂芬玻爾茲曼定律,說明在相同情況下真空釬焊爐內升溫速度要較其他加熱方式慢很多。真空釬焊時,應盡可能緩慢加熱,以使需要真空釬焊的產品內外溫度保持一致,否則直接影響真空釬焊質量。對工業化生產中的產品一般預熱幾個升溫曲線、保溫,以及停止加熱,然后進入降溫程序,真空釬焊是既能實現上述目的又能提高生產效率的行之有效的工藝流程,其中真空釬焊溫度以及真空釬焊保溫時間是影響真空釬焊質量的關鍵。真空釬焊的工藝參數主要有:真空度、加熱速率、穩定溫度及時間、真空釬焊溫度、看釬焊保溫時間、冷卻速率、出爐溫度等。它們都直接影響釬料填縫和釬料與基材金屬的相互作用過程,對真空釬焊接頭的質量具有決定性作用。因此,必須經過工藝試驗進行選定。一般要求鋁基釬料釬焊時熱態工作真空度不大于3.5×10-3Pa;推薦鋁及鋁合金,小、薄組件,低應力裝配時加熱速率6℃/min~8℃/min,大、厚組件,高應力裝配組件加熱速率4℃/min~5℃/min;真空釬焊溫度和保持時間與組件結構、壁厚、材料傳熱性質有關。真空釬焊溫度選為高于鋁基釬料液相線溫度30℃~80℃之間效果較好;保溫時間的長短受零件和工裝的熱容量的影響,熱容量大保溫時間長些,不同的零件和裝爐量的真空釬焊需要實驗篩選出真空釬焊保溫時間。鋁及鋁合金可選擇自然隨爐冷卻或強制充氣冷卻,當采用向爐內充入氣體冷卻工件時,必須先將工件自然冷卻至400℃以下,真空釬焊爐充氣壓力可稍高于釬焊材料的揮發平衡壓力,如鋁及鋁合金充入氮氣的壓力為1.2Pa~1.3Pa。
真空釬縫不致密缺陷產生的原因
 
 
 
不致密性缺陷形成的機理
 
 
 
不致密缺陷的形成過程
 
 
 
提高釬縫致密性的措施
 
 

不等間隙方法提高致密性的原理
 
 
 
 
 

真空釬焊缺陷:

母材自裂

 
 

 

溶蝕
  溶蝕是母材表面被熔化的釬料熔解而形成的凹陷 。
(1)溶蝕原因
  釬料與釬焊母材不匹配,釬料與母材中的某個組元形成低熔點相,降低了母材部分區域的固相線溫度。工裝熱容量大或裝爐量大而導致零件升溫速率慢,在釬料固一液相溫度區間停留時間太長,在某個溫度點釬料與母相中的某個組元絡合成低熔點的相而導致母相合金部分區域熔點降低而熔化。爐溫不均勻,釬焊件局部溫度太高,釬焊溫度太高導致經釬料擴散區域母材的低熔點組分熔化。在釬料固一液相線區間升降溫慢。釬焊保溫時間太長。 
(2)消除措施
  解決措施一般是更換釬料牌號;蛟诮咏F料熔點時快速升溫,減少裝爐量,減輕工裝重量,降低釬焊溫度,縮短真空釬焊的保溫時間。
漫流
  漫流是釬焊時釬料流過釬焊接頭處在母材上所形成的薄的釬料覆蓋層。
(1)漫流原因
  工裝夾具在釬焊溫度時應有一定的彈性和鋼度,使焊縫聯接處有合適的間隙,形成毛細現象吸附住熔化釬料。工裝裝夾不緊,釬焊組件縫隙太大就保持不住釬料,產生漫流缺陷。工裝鋼度低,加熱后熱變形和重力作用引起釬焊組件聯結縫隙增大,不能形成釬料的毛細現象也導致釬料漫流。真空釬焊是輻射傳熱,工裝夾具的熱容量大,釬焊零件的升溫速率小,在釬料的固一液相溫度區間停留時間長,釬料低熔點組分揮發較多,同時釬劑的作用時間也長,兩者進一步破壞了液態釬料的表面張力,過度改善了釬料對母材的潤濕性。裝爐量大,升降溫速率小,保溫時間長等和工裝夾具熱容量大一樣,釬料在液態停留時間長,降溫速率慢相當于延長了釬料液態的保溫時間,也會產生漫流。釬劑的作用是還原表面的氧化膜、降低液態釬料的表面張力,改善釬料對母材的潤濕性。鋁真空釬焊鎂粉釬劑的使用量一般不大于2 g/m。,使用量還因零件的形狀、表面積、裝爐量的不同而異。釬劑使用量大,釬料對母材的潤濕性太好而導致釬料漫流。保溫溫度高,液態釬料的表面張力小,釬劑降低表面張力的作用增強等這些因素綜合作用的結果引起釬料漫流。工件在釬料的固一液相溫度區間停留時間長而導致漫流。
(2)消除措施
  可以增大工裝裝夾力,縮小釬焊組件連接縫隙。提高工裝夾具鋼度,保證熱狀態時連接縫隙不變大。鏤空減輕工裝重量或者用石墨代替部分鋼材,以減少工裝的熱容量。減少釬劑用量,在連續釬焊時應逐爐減少釬劑用量。采用分階段升降溫,在釬料固一液相溫度區間快速升降溫,縮短釬焊保溫時間,降低釬焊保溫溫度,減少裝爐量。
產品釬焊強度低
(1)原因
  釬焊保溫時間短,某個組元向母材擴散時間短。在釬料固一液相區問升溫時間太長,釬料部分組元揮發多。真空壓強太高或真空爐泄漏率大,加熱時釬料或母材又部分氧化。氧化膜清除不徹底。釬料或母材在堿洗時過腐蝕而改變了釬料的組分。釬劑用量少,釬料的潤濕性不好。
(2)消除措施
  延長保溫時間,使擴散充分完成。采用分區間升溫,在釬料固一液相區間快速升溫,減少釬料低熔點組元的揮發。降低真空壓強,防止加熱時釬料或母材再度氧化。檢查設備的壓升率。增加堿液濃度或溫度,或延長堿蝕時間,徹底清除氧化膜。降低堿液濃度或溫度(一般控制在60°C),或縮短堿蝕時間,把釬料或母材分開堿洗,防止堿洗時改變釬料的組分。增加釬劑用量,改善釬料的潤濕性。
漏焊 
  漏焊是釬焊件對接處釬縫處無釬料或釬料熔化流失而形成的未焊合的縫隙。
(1)原因
  釬料用量不夠或連接縫隙大。釬焊升溫速率太大導致零件變形大使聯結縫隙增大,形不成毛細現象。釬劑使用量大,釬料的潤濕性太好導致釬料流失或釬焊縫過寬。在釬料固一液相線區間升溫速率慢,釬料低熔點組元的揮發多改變了釬料組分,提高了余下部分釬料的熔點,降低了釬料和母材間的相互擴散作用。裝爐量大或工裝設計不合理。工裝太重吸熱量太大,而導致升溫速率慢。保溫時間長或冷卻速率慢等,釬料低熔點組元的揮發多。釬料過腐蝕,改變了其成分進而改變了熔點。
(2)消除措施
 增加釬料用量,增大工裝的夾緊力縮小連接處縫隙。釬焊前增加釬焊組件的去應力退火工序,或者分階段升溫并設置等溫階段,在500℃ 以上快速升溫。減少釬劑的使用量,連續釬焊時應逐爐減少釬劑的使用量。減少裝爐量,減輕工裝重量,用石墨取代部分不銹鋼?s短釬料堿腐蝕時間,或調整腐蝕工藝參數,釬料和母材的腐蝕應分開進行。
針孔(氣孔)
  釬焊過程中熔化釬料中的氣泡在凝固時形成于表面的孔穴,小的稱針孔,大的稱氣孔。
(1)原因
  釬焊時真空度達不到要求,正常釬焊真空度要求在2·0×10-3Pa。釬焊爐內壓力大,釬料中的氣泡逸出阻力大。釬料成分不對,低熔點高蒸氣壓元素含量過高。
(2)消除措施
  在接近釬料熔點處設定保溫平臺以降低釬焊爐內壓力。減少釬料中大蒸氣壓元素含量。
釬料不全熔
  釬料不全熔是一部分釬料組分熔化而剩下高熔點的組分未熔,表觀看就是釬料的表層熔化而中間沒有熔化的缺陷。
(1)原因
  產品裝爐量大,或者工裝太重熱容量大,在釬料固一液相線區間升溫速率慢,在熔化過程中,在真空環境中,釬料的低熔點組分汽化過多,改變了釬料的成分,使余下的釬料熔點升高而不熔。
(2)消除措施
  分階段升溫,提高最后階段的升溫速率,在500℃設置等溫段,消除工件溫度的滯后以提高釬料固一液相線區間升溫速率,減少裝爐量,減輕工裝重量或更換部分不銹鋼為石墨,減少工裝的熱容量以提高工件的升溫速率。
釬焊件變形
(1)原因
  升溫速率大,釋放應力過快或熱應力過大,冷卻過快也使熱應力過大。工裝鋼度不足或裝夾強度不足。
(2)消除措施
  釬焊前增加釬焊組件的去應力退火;采用分階段升溫,設置等溫平臺,在接近釬焊保溫溫度時快速升溫;分階段控制降溫,在釬料固相線溫度以下慢冷。提高工裝鋼度和裝夾精度。

填隙不良部分間隙未被填滿。
產生原因為:
(1) 接頭設計不合理,裝配間隙過大或過小,裝配時零件歪斜。
(2)釬劑不合適,如活性差,釬劑與針料熔化溫度相 差過大,釬劑填隙能力差等,或者是氣體保護釬焊時氣 體純度低和真空釬焊時真空度低。
(3)釬料選用不當,如釬料的潤濕作用差,釬料量不足。
(4)釬料安置不當。 
(5)釬焊前準備工作不佳,如清理不凈等。
(6)釬焊溫度 過低或分布不均勻。 
釬焊氣孔產生原因為:
(1)接頭間隙選擇不當。 
(2)釬焊前零件清理不凈。
(3)釬劑去膜作用或保護氣 體去氧化物作用弱。
(4)釬料在釬焊時析出氣體或釬料 過熱。 
釬縫夾渣產生原因為:
(l)釬劑使用量過多或過少。
(2)接頭間隙選擇不當。
(3)釬料從接頭兩面填縫。 
(4)釬料與釬劑的熔化溫度不匹配。
(5)釬劑密度過大。 
(6)加熱不均勻。 
釬縫開裂產生原因為:
(1)由于異種母材的熱膨 脹系數不同,冷卻過程中形成的內應力過大。
(2)同種材料釬焊加熱不均勻,造成冷卻過程中收縮不一致。 
(3)釬料凝固時,零件相互錯動。
(4)釬料結晶溫度間隔 過大。
(5)釬縫脆性過大。 
母材開裂產生原因為:
(1)母材過燒或過熱。
(2) 釬料向母材晶間滲入,形成脆性相。
(3)加熱不均勻或 由于剛性夾持而引起過大的內應力。
(4)工件本身有內 應力而引起的應力腐蝕。
(5)兩種熱膨脹系數相差過大而塑性偏低的異種母材。 
母材被溶蝕產生原因為:
(l)釬焊溫度過高,保溫時間過長。
(2)母材與釬料之間的作用太劇烈。
(3)釬料量過多。 
釬料流失產生原因為:
(1)釬焊溫度過高或保溫 時間過長。
(2)釬料位置不當以致未起毛細作用。
(3)局部間隙過大。

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