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    真空釬焊缺陷及其解決辦法
    標簽: 真空釬焊
    2022-10-11  閱讀

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      【康沃真空網真空釬焊是在真空狀態下,對結構件進行加熱和保溫,使釬料在適宜的溫度和時間范圍內熔化,在毛細力作用下與固態金屬充分浸潤、溶解、擴散、焊合,從而達到焊接目的的一種先進焊接方法。真空釬焊的突出優點是可連接不同的金屬、實現復雜結構的同時焊接,焊接后的焊接頭光潔致密、變形小且具有優良的力學性能和抗腐蝕性能。

      1、釬料層厚度

      當釬料層厚度過薄時,易造成焊接強度低、焊接不牢、承壓不達標等焊接缺陷;過厚時,

      則會造成芯層合金厚度過薄、承壓不達標、甚至出現熔蝕現象導致泄漏。因此,釬料層厚度

      及其均勻性是衡量其質量的重要指標,也是影響釬焊質量的重要因素之一。

      2、其它質量要求

      內在缺陷如蒼層合金的氣孔、夾渣、與釬料層的焊合不良等;外在缺陷除表面處理不潔

      凈外,還有在加工過程中的磕碰傷、劃傷,當其深度超過釬料層厚度時,會直接破壞金屬的連續性,導致承壓能力下降。

      3、真空纖焊工藝制度

      在真空釬焊爐中,工件主要靠熱輻射進行加熱。而輻射傳熱有其特有的規律,即斯蒂

      芬玻爾茲曼定律:

      性質:1879年J.斯蒂芬經實驗求出黑體總發射本領和溫度之間關系的定律。1884年L.玻爾茲曼又由熱力學定律加以證實。定律表明:黑體的總發射本領E0(T)和黑體熱力學

      溫度T的4次方成正比,即

      EO(T)=oT4,

      式中α為斯蒂芬-玻爾茲曼常數。其數值由下式給出:

      α=5.672×10-8。式中K為玻爾茲曼常數;A為普朗克常數;c為真空中的光速。

      上式說明,高溫時即使是很小的溫度差也需要很高的熱能傳導,即真空加熱溫度越高,需要傳遞的熱量越大。說明在相同情況下真空爐內升溫速度要較其他加熱方式慢很多。真空加熱所需時間大約是空氣爐的3倍、鹽浴爐的6倍。因此,制定真空釬焊爐加熱工藝制度時,不能照搬空氣爐、鹽浴爐和氣氛爐的加熱工藝制度。上式同時說明:真空釬焊過程中,應盡可能緩慢加熱,以使待釬焊產品內外溫度保持一致,否則直接影響釬焊質量。對工業化生產中的預熱定溫、保溫,蓄能定溫、保溫,釬焊定溫、保溫以及停電降溫,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,其中真空釬焊溫度及保溫時間是影響釬焊質量的關鍵。

      (1)真空釬焊溫度:①溫度低時,釬料尚未達到必需的溫度,釬料的流動性、浸潤性均較差,易產生纖縫內部氣孔、釬縫不連續、虛焊等缺陷,使釬焊接頭強度降低,承壓能力不達標而產生泄漏,嚴重時甚至會撕裂;②溫度高時,釬料完全熔化且流動性過大,易產生釬料氧化形成氣孔和對焊縫的毛組力作用變差,造成釬料流失、熔蝕、產品彎曲等缺陷。適宜的定溫應注重焊料的流點,通常焊料的熔點應比被焊金屬熔點低60℃左右。此時,液態焊料對被焊金屬具有良好的浸潤性和流散性,能在毛細力作用下較好地填充釬焊間隙,并能與被焊金屬產生良好的合金化作用,形成高強度接頭。

      (2)真空保溫時間:釬焊時釬料的潤濕和接頭形成約需要1s~2s,因此保溫時間主要由待釬焊產品心部溫度達到釬焊溫度所需的時間及氧化膜層消敵所需時間決定。如果保溫時間過短,待釬焊產品中心部溫度沒有達到纖焊溫度;時間過長,液態釬料容易使被焊金屬熔蝕。

      4、真空釬焊爐的真空度

      高溫狀態下的真空度較低時,爐內殘留的O2、H2O等氧化性氣體易與產品金屬起化學反應生成質硬的氧化膜。氧化物組織致密、穩定、熔點高,在普通真空釬焊溫度下不易分解,釬料氧化后使其流動性浸潤性變壞;被焊金屬氧化后變得難以浸潤,從而導致焊料與基體間的焊接性能惡化。故需要盡可能提高真空釬焊時的真空度,減少O2、H2O等氧化性氣體的含量,控制金屬氧化物的生成量。一般要求,真空釬焊爐采用多溫區控溫,妒溫均勻性為±3℃,工作真空度應保證不大于2.0*10-3Pa,預抽真空的極限真空度必須在10-4數量級。

      5、真空釬焊時環境狀況

      環境中的濕度會對散熱器釬焊質量造成影響。將高濕度下組裝的金屬產品放入真空妒中纖焊,水分會蒸發、釋放出更多的氣體,且散熱器內部的水分蒸發、氣體釋放是個緩慢的過程。水分需要大量蒸發熱,影響散熱器內部的溫度;水分還會影響真空度;水分將加劇金屬的氧化,從而影響釬焊質量。所以在進行散熱器構件表面處理、組裝及釬焊前都應該保持一定的環境濕度,或采取烘箱進行烘干燥加工,控制由于環境濕度造成的散熱器構件表面水分含量。

      真空釬焊缺陷的主要現象有:

      01 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纖料覆蓋層。

      (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,在纖料的固━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,過度改善了釬科對母材的潤濕性。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,降溫速奉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

      釬焊保溫時間短,某個組元向母材擴散時間短。在釬料固一液相區間升溫時間太長,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

      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。

      02 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—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。

      03 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。在釬料固一液相區間升溫時間太長,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°℃),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。

      04 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。

      05 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。

      66 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—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。

      07 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。

      08 釬焊不透或透過距離不夠

      釬焊時間過短,流速未達到。

      09 通過以上的分析,應做好以下工作:

      (1)所用原材料應確保產品質量,要從正規、專業廠家購進;

      (2)嚴格按照真空釬焊工藝程序進行備料、表面清洗處理、組裝、釬焊;

      (3)要在實踐中對真空的釬焊溫度、保溫時間、真空度等釬焊工藝制度進行優化并嚴格控制;

      (4)控制環境濕度或對產品進行預烘:按通用烘干工藝對產品進行烘干,烘干轉速200±5Or/min,烘干溫度200±10℃。

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