[科普中國]-硬焊

硬焊（brazing）是一種焊接方式，將熔點低于欲連接工件之熔填料(釬料)加熱至高于熔點，使之具有足夠的流動性，利用毛細作用充分填充于兩工件間(稱為浸潤)，并待其凝固后將二者接合起來的一種接合法，傳統(tǒng)上在美國溫度高于427 ° C者稱為硬焊（硬釬焊），反之稱為軟焊（軟釬焊）。

簡介基本原理為了獲得高品質(zhì)的焊接接頭，零件必須安裝緊密且母材必須格外干凈并除去氧化物。在大多數(shù)情況下，推薦的最佳焊縫間隙為 0.03 ? 0.08 毫米（0.0012 to 0.0031 英吋）以充分發(fā)揮毛細作用的接合力 。但是，在某些情況下焊縫間隙大到0.6毫米（0.024in)并不少見。焊接表面的整潔至關(guān)重要，因為任何污染都將導(dǎo)致熔填金屬的浸潤性變差。焊前有兩種主要清洗零件的方法：化學(xué)清洗和研磨或其它方式的機械清潔。使用機械清潔，除了表面清潔外也保持適當(dāng)?shù)谋砻娲植诙?，在粗糙表面上比在光滑表面更容易充分浸?。

另一個要考慮的，不能僅止于考量溫度和時間對焊接接頭品質(zhì)的影響。隨著焊接合金溫度的增加，熔填物的合金化和浸潤性將增加。 一般情況下，焊焊溫度選擇必須高于熔點的填充金屬。然而，有幾個因素共同影響焊接設(shè)計的溫度選擇。最佳好的焊接溫度須顧及：（1）盡可能低的焊接溫度、（2）盡量減少熱效應(yīng)對組裝的影響、（3）保持熔填物/母材的相互作用到最低限度、（4）最大限度地使用治具或夾具使用。在某些情況下，選擇較高的焊接溫度，以遷就設(shè)計中的其他因素（如允許使用不同的填充金屬，或控制的冶金效果，或充分除去表面的污染）。時間對焊接接頭是重要因素，但大多數(shù)生產(chǎn)過程中一般都選擇減少焊接時間和費用。雖然并非總是如此，因為在一些非生產(chǎn)因素，時間和成本是受限于其他屬性（如強度，外觀）。

助焊劑硬焊作業(yè)如非在充滿惰性氣體或在還原反應(yīng)的環(huán)境下（即一爐），助焊劑在金屬被加熱的情形下必須防止氧化物的形成。助焊劑也可以清洗焊接表面的污染物。助焊劑的應(yīng)用可以是下列形式，包括漿液、液體、粉末或結(jié)合助焊劑與焊料金屬粉末預(yù)制的焊膏。助焊劑也可包覆于焊條外層會包埋于焊線核心中。在這兩種情況下，加熱接合時游離的助焊劑會隨熔融填充金屬進入焊道。過量的助焊劑應(yīng)焊接結(jié)束時除去，因為助焊劑殘留在焊道可導(dǎo)致腐蝕，妨礙表面處理及焊道檢查。含磷合金焊料在銅對銅焊接時具自熔性。助焊劑一般選擇是基于對他們對母材的表現(xiàn)。為了有效，助焊劑的化學(xué)性質(zhì)必須兼顧母材及熔填料兩種性質(zhì)。自熔性合金磷填料將產(chǎn)生脆性磷化物，自熔性合金磷填料如用于焊接鐵或鎳將產(chǎn)生脆性磷化物。作為一般規(guī)則，焊接周期較長的應(yīng)比焊接操作短的使用更少的助焊劑。

焊接氣體由于焊接作業(yè)在高溫下進行，金屬表面在含氧的環(huán)境下將發(fā)生氧化。因此可能需要使用其他遮護氣體以取代空氣，焊接工作常用的氣體環(huán)境(遮護氣體)是：

**空氣 ：**簡單，經(jīng)濟。許多金屬材料容易氧化，但其組建的規(guī)模適用酸洗或機械清洗，可于焊接后輕易去除氧化層。助焊劑往往被用來抵消氧化作用，但它可能削弱結(jié)合強度。

**燃料燃燒釋放的氣體：**87%N2，11%-12%CO2，1-5%CO，1-25%H2用于銀，銅磷、銅鋅焊料用于銅和黃銅焊接。

**氨 ：**游離氨（75%的氫，氮25%）可用于多種類型的焊接和退火。便宜。用于銅，銀，鎳，銅-磷，銅-鋅焊料。 用于焊接銅，黃銅，鎳合金，蒙乃爾合金Monel，中、高碳鋼和鉻合金。

**氫 ：**強力脫氧劑，高導(dǎo)熱性。可用于銅焊接和退火鋼。對一些合金可能導(dǎo)致氫脆。用于銅，銀，鎳，銅-磷，銅-鋅焊料。用于焊接銅，銅，鎳合金，蒙乃爾，中，高碳鋼 ，鉻合金，鈷合金，鎢合金，碳化物。

**無機蒸氣 ：**特殊的目的?？梢曰旌?AWS 1-5氣體使用以更換助焊劑。用于銀焊黃銅。

**稀有氣體 ：**非氧化性，比氮氣更昂貴的。惰性。零件必須非常干凈，氣體要純凈。 用于銅，銀，鎳，銅-磷，銅-鋅焊料。用于焊接銅，黃銅，鎳合金，蒙乃爾，中，高碳鋼鉻合金，鈦，鋯，鉿。

**真空 ：**需要凈空工作區(qū)。昂貴。不合適其他情形（或有特殊要求）對金屬的高蒸汽壓，如銀，鋅，磷，鎘和錳。用于高品質(zhì)的接頭，如為應(yīng)用于航太工業(yè)。

硬焊料族系硬焊填料合金形成幾個不同的族群；同一族系合金具有相似的性能和用途。

**純金屬 ：**非合金。通常為貴金屬，例如 - 銀，金，鈀。

**銀-銅 ：**熔化性良好。銀可增強流動性。共晶合金可用于爐中焊焊。銅含量高的合金容易產(chǎn)生應(yīng)力裂縫。

**銀-鋅 ：**類似銅-鋅，用于珠寶首飾，由于高含銀量故通常標(biāo)示純度標(biāo)記。顏色匹與銀符合。

銅-鋅 （黃銅）：常用的材料，通常用于接合鋼和鑄鐵。耐腐蝕，通常不及于銅，硅青銅，銅，鎳，不銹鋼。具適度的韌性。由于鋅的高揮發(fā)性，不適合爐焊。銅含量高的銅合金容易產(chǎn)生應(yīng)力開裂。

**銀 - 銅 - 鋅 ：**對同樣含銀量的合金，銀-銅-鋅較銀-銅熔點更低。結(jié)合銀-銅和銅-鋅的優(yōu)勢。鋅含量在40%以上時延展性和強度下降，因此這種類型只有較低的鋅含量的合金被使用。鋅含量高于25%時韌性較低的銅-鋅、銀-鋅象顯現(xiàn)。銅含量在60%以上強度減少，及900°C液態(tài)以上銀含量超過 85%強度降低。銅含量高合金容易產(chǎn)生應(yīng)力開裂。銀含量高（銀67.5%以上）是用于首飾并予以標(biāo)示，銀含量較低的合金用于工程目的。銅鋅合金之比約為 60:40包含相同的顏色與黃銅匹配，它們是用于連接黃銅。加入少量的鎳提高強度和耐腐蝕性和促進浸潤碳化物。此外鎳錳增加斷裂韌性。此外，加入鎘 銀-銅-鋅-鎘 合金改進流動性和浸潤性并具有較低的熔點，但鎘是有毒的。此外錫大多可以發(fā)揮同樣的作用。

**銅-P ：**廣泛用于銅及銅合金。不需要焊劑。也可用于銀，鎢，鉬。富銅合金容易產(chǎn)生應(yīng)力開裂。

**銀-銅-P ：**像銅-磷，更好地改進流動性。具更多的韌性，更好的導(dǎo)電性。富銅合金容易產(chǎn)生應(yīng)力開裂。

**金-銀 ：**貴金屬。用于首飾。

焊材焊材，又稱為熔填料采用何種合金作為熔填料取決于預(yù)期用途。一般情況下，熔填料所需的屬性是由3或更多種金屬形成的合金。熔填料的選擇基于下列能力：對母材的浸潤性，所需要承受的工作條件，及比母材熔點更低或其他更特定的溫度。

焊材，一般可作成棒、帶、粉、膏、霜、線和預(yù)成型（preforms）形(狀)式。 根據(jù)不同的應(yīng)用情形，熔充料可以預(yù)先放置在所需位置或在加熱過中投入。對于手工焊，線狀或棒狀(焊條)焊材是最常用的因為他們是最容易使用及加熱。在采用熔爐硬焊時，合金通常已經(jīng)事先投放，這個過程通常是高度自動化的。一些常見的熔填料種類如下：

鋁 - 硅；

銅；

銅磷；

銅-鋅（ 黃銅 ）；

金 - 銀；

鎳合金；

銀；

非晶態(tài)箔片鎳，鐵，銅，硅，硼，磷等。

優(yōu)點硬焊比起其他金屬連接技術(shù)如焊接具有許多優(yōu)點。由于焊焊不熔化接合的母材，它可以允許更嚴(yán)格的公差和產(chǎn)生干凈的接頭，而無須進行二次加工。此外，它可焊不同的金屬和非金屬材料（如金屬化陶瓷）。一般情況下，硬焊比起焊接由于受熱均勻也產(chǎn)生較少的熱變形?？珊笍?fù)雜和多組件的工件。另一個優(yōu)點是，硬焊可涂布或包裹母材以達到防護性目的。最后，硬焊很容易適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)，實現(xiàn)自動化，因為各個工藝參數(shù)對變化不敏感的緣故。

缺點主要缺點是：接頭強度較低，由于使用軟熔填料，焊接接頭的強度很可能是低于于母材金屬的強度(與一般電焊接頭強度較母材大不同)，但大于填充金屬。另一個缺點是焊接接頭在高溫下可能會損壞。在工業(yè)化生產(chǎn)環(huán)境硬焊接頭母材需要高度清潔。一些硬焊需要使用適當(dāng)?shù)闹竸┣鍧崉﹣砜刂?。接頭顏色往往與母材金屬不同，造成美觀上的缺點。1

相關(guān)資料工藝要素手工焊接的主要工具是電烙鐵，要通過焊接人員熟練掌握錫焊技術(shù)，合理選用烙鐵、焊料、焊劑以及焊接的溫度和時間等要素，才能保證焊接的質(zhì)量。

1、工作金屬材料應(yīng)具有良好的可焊性。

常用元器件引線（需成型）、導(dǎo)線及接點等基本都采用銅材料制成。金、銀的可焊性較好，但價格貴。鐵、鎳的可焊性較差，一般在其表面先鍍上一層錫、銅、金或銀金屬，以提高其可焊性。

2、工件金屬表面應(yīng)潔凈。

工件金屬表面若存在氧化物或污垢，會嚴(yán)重影響與焊料在界面上形成合金層，造成虛焊、假焊。

3、正確選用助焊劑及焊料

電子裝聯(lián)中常用的是樹脂類助焊劑。松香基焊劑、水深焊劑（一般用于波峰焊），助焊劑是一種略帶酸性的易熔物質(zhì)。Sn60或Sn63，形狀任選（直徑有0.5、0.8、0.9、1.0、1.2、1.5、2.0、2.5mm等）；

4、控制焊接溫度和時間。

溫度過低，會造成虛焊。溫度過高，會損壞元器件和印制電路板。合適的溫度是保證焊點質(zhì)量的重要因素。在手工焊接時，控制溫度的關(guān)鍵是選用具有適當(dāng)功率的電烙鐵和掌握焊接時間。電烙鐵功率較大時應(yīng)適當(dāng)縮短焊接時間，電烙鐵功率較小時可適當(dāng)延長焊接時間。根據(jù)焊接面積的大小，經(jīng)過反復(fù)多次實踐才能把握好焊接工藝的兩個要素。焊接時間短，會使溫度太低，焊接時間過長，會使溫度太高。一般情況下，焊接時間不超過3秒。

焊接工具電烙鐵是手工焊接的基本工具。常用的分外熱式、內(nèi)熱式、恒溫式、吸錫式等幾種。下面簡單幾種常用的電烙鐵。

**外熱式電烙鐵：**結(jié)構(gòu)簡單，價格較低，使用壽命長，但其體積大，升溫較慢，熱效率低。

**內(nèi)熱式電烙鐵：**具體體積小、重量輕、升溫快和熱效率高等優(yōu)點，因而在電子裝配工藝中得到廣泛的應(yīng)用。20W內(nèi)熱式電烙鐵的實用功率相當(dāng)于25~40W的外熱式電烙鐵，烙鐵點部溫度可達350℃左右。

**恒溫電烙鐵：**無論是外熱還是內(nèi)熱式電烙鐵的溫度一般都超過300℃，這對焊接晶體管、集成電路等是不利的。在質(zhì)量要求較高的場合，通常需要恒溫電烙鐵。分電控和磁控兩種。

**其它：**感應(yīng)（電阻）式烙鐵、儲能式烙鐵。

烙鐵頭的選擇和尺寸的選擇：烙鐵頭太小則熱容量小，焊接時會使溫度下降大，恢復(fù)溫度時間長。扁平的、鈍的烙鐵頭要比細的、尖的烙鐵頭傳遞更多的熱量，以能夠方便焊接的同時，要心可能地選擇大的烙鐵頭，這樣即可以以更低的溫度得到更多的熱量，同時也可以延長烙鐵頭的使用壽命。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

杜強 - 高級工程師 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所