釬焊與擴散焊

目前，隨著航空、航天、核能和電子等新技術(shù)的飛速發(fā)展以及新材料、新結(jié)構(gòu)的采用，對連接技術(shù)提出了更高的要求，釬焊與擴散焊技術(shù)以其獨有的特點在有色金屬、鋼鐵材料、難熔金屬、異質(zhì)材料的構(gòu)件焊接中得到了廣泛的應(yīng)用，獲得了優(yōu)質(zhì)或與母材相匹配的高性能接頭。因此受到人們更多的關(guān)注，開始以前所未有的速度發(fā)展，并出現(xiàn)了許多新的釬焊及擴散焊工藝，釬料品種日益增多，性能涉及面更加廣泛，有力地促進了國家經(jīng)濟建設(shè)事業(yè)的騰飛。與此同時，釬焊與擴散焊也面臨著許多新的技術(shù)疑難和本質(zhì)問題。例如，提高接頭的結(jié)合強度、增加接頭結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性等。這些問題的解決必將促進其進一步發(fā)展和應(yīng)用，并使其在各行業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮更大作用?；谝陨蠣顩r，近年來釬焊與擴散焊的教學(xué)也越來越受到重視，但目前有關(guān)這方面的教材較為缺乏，因此，在參考了大量文獻的基礎(chǔ)上，我們總結(jié)了本校多年的教學(xué)經(jīng)驗，編寫了本教材，供兄弟院校參考使用。

本書的特點是系統(tǒng)闡述釬焊與擴散焊的基本原理和概念，介紹了各種材料的釬焊與擴散焊的特點及工藝要點。書中引用了焊接生產(chǎn)和研究中一些先進的技術(shù)成果和成功的經(jīng)驗，力求注重科學(xué)性、先進性和新穎性等特色。本書內(nèi)容反映出近年來釬焊與擴散焊技術(shù)研究的新進展，特別是一些新工藝、新型焊接用材料的開發(fā)。

本書主要供高等學(xué)校材料成型及控制工程、材料加工（焊接方向）和焊接技術(shù)與工程專業(yè)的師生使用，也可供從事與焊接材料開發(fā)和焊接技術(shù)相關(guān)工作的科研院（所）和企事業(yè)單位的科研人員參考。

參加本書撰寫和提供信息的其他人員還有魏守征、李文娟、劉強、馬群雙、劉坤、劉鵬、馬海軍、蔣慶磊、夏春智、陳茂愛、吳娜、沈孝芹、黃萬群、李嘉寧、劉毅、杜紅燕。

本書編寫過程中參閱了同行大量參考文獻，在此，謹向這些文獻資料的作者表示誠摯的謝意。

由于我們水平所限，書中錯誤或不足之處在所難免，敬請廣大讀者批評指正。

編著者

2016年1月

第1章概述1

1.1釬焊的特點及分類1

1.1.1釬焊的特點1

1.1.2釬焊方法的分類2

1.2擴散焊原理及分類4

1.2.1擴散焊的原理4

1.2.2擴散焊的分類4

1.2.3擴散焊的特點6

1.3釬焊及擴散焊的應(yīng)用8

1.3.1釬焊及擴散焊的應(yīng)用領(lǐng)域8

1.3.2釬焊技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用10

1.3.3擴散焊技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用12

復(fù)習(xí)思考題13

第2章釬焊接頭的形成14

2.1釬料的潤濕與鋪展14

2.1.1釬料的潤濕性14

2.1.2釬料的毛細流動14

2.1.3影響釬料潤濕性的因素16

2.2釬料與母材的相互作用20

2.2.1母材向釬料的溶解20

2.2.2釬料組分向母材的擴散21

2.3釬焊接頭的不均勻性22

2.3.1釬縫的成分和組織22

2.3.2釬縫的不致密性缺陷24

2.3.3影響釬焊過程的因素25

復(fù)習(xí)思考題26

第3章釬料與釬劑27

3.1釬料的類型及特點27

3.1.1對釬料的基本要求27

3.1.2釬料的型號與牌號27

3.1.3釬料的類型及化學(xué)成分28

3.2釬料的特性及選用36

3.2.1常用釬料的特性36

3.2.2釬料的工藝性能45

3.2.3釬料的選用原則46

3.3釬劑的類型及特性48

3.3.1釬劑的作用及組成48

3.3.2釬劑的型號與牌號49

3.3.3釬劑的類型及特性50

3.3.4釬劑與釬料的搭配57

3.4釬料與釬劑的使用安全58

3.4.1釬料與釬劑的使用及保管58

3.4.2釬料與釬劑的安全注意事項59

復(fù)習(xí)思考題59

第4章釬焊方法及設(shè)備60

4.1火焰釬焊60

4.1.1火焰釬焊的特點及應(yīng)用60

4.1.2火焰釬焊設(shè)備61

4.1.3釬焊火焰的控制66

4.2感應(yīng)釬焊68

4.2.1感應(yīng)釬焊的特點及應(yīng)用69

4.2.2感應(yīng)釬焊設(shè)備71

4.3真空爐中釬焊75

4.3.1真空釬焊接頭的形成75

4.3.2真空釬焊的特點76

4.3.3常用的真空釬焊設(shè)備77

4.4其他釬焊方法79

4.4.1烙鐵釬焊79

4.4.2電阻釬焊80

4.4.3浸漬釬焊81

4.4.4波峰焊與再流焊83

4.4.5真空擴散釬焊84

復(fù)習(xí)思考題86

第5章釬焊工藝過程87

5.1釬焊接頭設(shè)計87

5.1.1釬焊接頭的基本形式87

5.1.2釬縫間隙的控制89

5.1.3特殊釬焊接頭的設(shè)計91

5.2釬焊前的準備95

5.2.1表面清理及制備95

5.2.2釬料用量及放置99

5.2.3焊件的裝配和定位101

5.3釬焊工藝參數(shù)103

5.3.1加熱溫度的選擇103

5.3.2保溫時間的確定104

5.3.3其他工藝參數(shù)105

5.4釬焊后處理107

5.4.1釬焊后熱處理107

5.4.2釬焊后清除108

5.5釬焊質(zhì)量檢驗109

5.5.1釬焊缺陷及防止109

5.5.2釬焊質(zhì)量檢驗方法110

復(fù)習(xí)思考題113

第6章有色金屬的釬焊114

6.1鋁及其合金的釬焊114

6.1.1鋁及其合金的釬焊特點114

6.1.2釬料與釬劑116

6.1.3鋁及其合金的釬焊工藝118

6.2銅及其合金的釬焊126

6.2.1銅合金的分類及釬焊特點126

6.2.2釬料與釬劑128

6.2.3銅及其合金的釬焊工藝129

6.2.4銅與鋁及其合金的釬焊132

6.3鈦及鈦合金的釬焊134

6.3.1鈦及鈦合金的分類及性能134

6.3.2釬焊特點及釬料136

6.3.3鈦合金的釬焊工藝138

6.4鎂及鎂合金的釬焊142

6.4.1鎂及鎂合金的釬焊特點142

6.4.2釬料與釬劑143

6.4.3鎂及鎂合金的釬焊工藝146

復(fù)習(xí)思考題147

第7章鋼鐵材料及高溫合金的釬焊148

7.1碳鋼和低合金鋼的釬焊148

7.1.1碳鋼和低合金鋼的釬焊特點148

7.1.2釬料和釬劑148

7.1.3碳鋼和低合金鋼的釬焊工藝149

7.2不銹鋼的釬焊150

7.2.1不銹鋼的釬焊特點150

7.2.2不銹鋼的釬料、釬劑和保護氣體151

7.2.3不銹鋼的釬焊工藝154

7.3鑄鐵的釬焊156

7.3.1鑄鐵的釬焊特點156

7.3.2釬料和釬劑156

7.3.3鑄鐵的釬焊工藝157

7.4高溫合金的釬焊158

7.4.1高溫合金的類型158

7.4.2高溫合金的釬焊特點161

7.4.3高溫合金釬焊用釬料162

7.4.4高溫合金的釬焊工藝164

復(fù)習(xí)思考題168

第8章高硬度耐磨材料的釬焊170

8.1陶瓷與金屬的釬焊170

8.1.1陶瓷與金屬的釬焊特點170

8.1.2釬料171

8.1.3陶瓷與金屬的釬焊工藝173

8.2硬質(zhì)合金與鋼的釬焊177

8.2.1硬質(zhì)合金與鋼的釬焊特點177

8.2.2釬料與釬劑177

8.2.3硬質(zhì)合金與鋼的釬焊工藝180

8.3其他高硬度材料的釬焊185

8.3.1石墨的釬焊185

8.3.2金剛石的釬焊189

8.3.3難熔金屬的釬焊193

復(fù)習(xí)思考題195

第9章擴散焊196

9.1擴散焊原理及擴散機制196

9.1.1擴散焊原理196

9.1.2擴散焊的三個階段197

9.1.3擴散焊界面結(jié)合機制199

9.1.4瞬間液相擴散焊原理205

9.2擴散焊設(shè)備與工藝207

9.2.1擴散焊設(shè)備的組成207

9.2.2表面處理及中間層合金209

9.2.3擴散焊工藝參數(shù)212

9.2.4接頭的質(zhì)量檢驗217

9.3各種材料的擴散焊218

9.3.1同種材料的擴散焊218

9.3.2異種材料的擴散焊221

9.3.3陶瓷與金屬的擴散焊225

復(fù)習(xí)思考題229

參考文獻230

《釬焊與擴散焊》系統(tǒng)闡述了釬焊與擴散焊基本原理和接頭形成過程，釬料和釬劑的特性，常用釬焊方法及設(shè)備，釬焊工藝工程以及鋼鐵材料、有色金屬、高溫合金、高硬度耐磨材料的釬焊與擴散焊的特點等。書中內(nèi)容反映出近年來釬焊與擴散焊技術(shù)研究的新進展，焊接生產(chǎn)和研究中一些先進的技術(shù)成果和成功的經(jīng)驗，特別是一些新工藝、新型焊接用材料的開發(fā)。

《釬焊與擴散焊》主要供高等學(xué)校材料成型及控制工程、材料加工（焊接方向）和焊接技術(shù)與工程等專業(yè)的師生使用，也可供從事與焊接材料開發(fā)和焊接技術(shù)相關(guān)的科研院（所）和企事業(yè)單位的科研人員參考。

擴散釬焊是用兩個分離的工件，其焊合面要加工到“鏡面”，以保證端面充分接觸，然后加熱到高溫（一般在真空條件下），通過原子間的擴散而實現(xiàn)焊接。

擴散焊的特點是，母材雖不熔化，但工件焊合面必須高精度加工。不需用焊接材料（或釬料）。為防止工件高溫氧化，一般必須在真空中進行。

1、浸沾軟釬焊

浸沾軟釬焊（DS）是一種利用熔融軟釬料的金屬浴進行加熱的軟釬焊方法。軟釬料可利用任何熱源來保持熔融狀態(tài)。軟釬料浸沾設(shè)備通常是自動化的，而且通過編程來控制預(yù)清理、釬劑加入、預(yù)熱和浸沾過程。

2、爐中軟釬焊

爐中軟釬焊（FS）是一種將待焊工件放在爐內(nèi)進行加熱的軟釬焊方法。爐中軟釬焊時，必須將焊件裝配好并固定在適當(dāng)位置。必須將軟釬料預(yù)先裝入到接縫中?？衫萌魏魏线m的燃料或能源加熱爐膛。

3、感應(yīng)軟釬焊

感應(yīng)軟釬焊（IS）是一種利用工件中感應(yīng)電流產(chǎn)生的電阻熱進行加熱的軟釬焊方法，它與感應(yīng)釬焊類似。

4、紅外軟釬焊

紅外軟釬焊（IFS）是一種利用紅外線輻射熱量進行加熱的軟釬焊方法，它與紅外釬焊類似。

5、烙鐵軟釬焊

烙鐵軟釬焊（INS）是一種利用烙鐵進行加熱的軟釬焊方法。烙鐵有一個被稱為加熱頭的部件，用于加熱并將熱量傳遞給軟釬料，該加熱頭是用銅制成的。可用不同的方法加熱烙鐵的加熱頭，例如，電焊鐵利用內(nèi)部的電阻線圈加熱；還有火焰加熱和爐內(nèi)加熱等。工業(yè)中還使用軟釬焊焊槍，這種焊槍采用電阻熱，其加熱頭是一個高電阻元件。軟釬焊焊槍廣泛用于電子部件組裝。烙鐵軟釬焊一般采用手工操作方式。

6、電阻軟釬焊

電阻軟釬焊（RS）使用電流流過焊件時產(chǎn)生的電阻熱進行焊接。這種方法與電阻釬焊稍有不同，通常需要利用手持工具進行焊接，需要將低電壓的大電流引入到焊件上。電氣設(shè)備制造業(yè)常用這種方法。下圖示出了利用電阻軟釬焊將耳狀接頭連接到焊接電纜上的一個應(yīng)用實例。軟釬料通常利用手工方式加入。這種方法還用于釬焊工業(yè)銅質(zhì)管件。

7、火焰軟釬焊

火焰軟釬焊（TS）與火焰釬焊類似，不同的是所用的釬焊溫度較低，而且利用空氣而非氧氣作助燃氣體。使用一個小型丙烷氣瓶，將一個焊炬頭安裝到該氣瓶上后，氣瓶變成手柄。軟釬料用手工操作方式加入?；鹧孳涒F焊廣泛用于管子安裝行業(yè)，用來將管子和銅管件釬焊起來。

8、波峰軟釬焊

波峰釬焊是一種自動化軟釬焊方法，主要用來在印刷電路板上安裝電子元件。通過使電路板焊接面滑過熔融釬料波峰進行焊接。首先將電子元件引線插入電路板小孑L并固定到印刷電路板背面的印刷線路上。然后，印刷電路板放置在盛放熔融軟釬料的槽上，并使印刷電路板與軟釬料的波峰接觸，從而將它和電子元件的引線釬接起來。這是一種全自動方法，而且可得到高質(zhì)量的焊縫。這種方法廣泛用于電子業(yè)中。

一、碳素鋼及低合金鋼的釬焊

碳素鋼表面的氧化物為FeO,Fe₂O₃等。低合金結(jié)構(gòu)鋼表面除了生成氧化鐵以外，還可能生成合金元素的氧化物。除了鉻、鋁的氧化物影響較大以外，其它氧化物都較易清除。

（一）釬料

碳素鋼、低合金鋼軟釬焊時，可采用各種軟釬料，其中以錫鉛釬料應(yīng)用最廣泛。使用HISnYb10錫鉛釬料釬焊的低碳鋼接頭抗拉強度為93MPa，抗切強度為37MPa。當(dāng)采用 HlSnrbs8-2釬料時，則分別提高到113MPa及49MPa。當(dāng)采用銅、銅基釬料及銀基釬料進行硬釬焊時，可獲得較高的接頭強度。

例如使用HUL釬料時，接頭抗拉強度為323MPa，抗切強度為

a o當(dāng)使用BAg40Cuf-nUd釬料時，則分別提高到385MPa及203MPa。

（二）釬劑

軟釬焊時，釬劑采用氯化鋅水溶液或氯化鋅、氯化銨水溶液。使用銅基釬料時，采用硼砂硼酸類釬劑或Q7301。用銀基釬料時，采用QJ101,QJ102等。

二、不銹鋼的釬焊

由于不銹鋼含有Cr、Ni、Ti、Mn、N、Nb、Mo、Si、Cu等金屬元素，所以它的表面氧化物種類也很多，其中鉻及欽的氧化物化學(xué)穩(wěn)定性最好。必須采用活性很強的釬劑以及保護氣體或真空度高的釬焊方法。

（一）釬料

根據(jù)釬焊件的使用要求、釬焊接頭的性能、釬焊溫度等，可選用不同的軟釬料及硬釬料。

（二）釬劑

由于鉻會形成穩(wěn)定的氧化物，因此應(yīng)該采用活性很強的釬劑。軟釬焊時，必須采用氯化鋅鹽酸溶液、氯化鋅一氯化銨鹽酸溶液或磷酸。

硬釬焊時，在用銀銅鋅、銀銅鋅錫釬料時可采用Q7101,QJⅣ2。用銅基釬料釬焊時，應(yīng)采用含氟化鈣的QJZOOo