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1、1、釬焊方法及工藝 IWE-3/1.22-23 1.1 釬焊 釬焊與熔化焊不同，它是采用液相線溫度 比母材固相線溫度低的金屬材料作釬料， 將母材和釬料加熱到釬料熔化，利用液態(tài) 釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材溶 解和擴散而實現(xiàn)連接母材的方法。 釬焊是一種用于材料連接或材料涂層的熱 連接方法，在連接處是通過釬料的熔化或 接觸而的擴散作用實現(xiàn)焊接，母材沒有達 到熔化溫度。 每種釬料應(yīng)具有與母材相關(guān)的兩個特性： 1)釬料的熔點應(yīng)低于母材的熔點， 2)釬料在母材上必須浸潤，也就是說，釬料 和母材之問的分界面間隙通過擴散實現(xiàn)合 金化。 工作溫度是指在釬焊位置釬料浸潤時的條 件下最低的表面溫度。 450

2、 900 軟釬焊 硬釬焊 高溫釬焊 焊接與硬釬焊溫度分布的比較： 1.2 釬焊基本原理 釬焊的生產(chǎn)過程 : 如釬焊前準備、零件裝配和 固定、釬焊、釬焊后清理及質(zhì)量檢驗等。 其中釬焊過程應(yīng)包括熔態(tài)釬料的填充過程及釬 料與母材的相互作用。 (1)熔態(tài)釬料的填充過程： 能實現(xiàn)這一過程的 必要條件： 釬料的潤濕和毛細作用 。 影響釬料潤濕作用的 主要因素： 釬料和母材組成； 釬焊濕度： 母材表面氧化物；母材表面粗糙度； 釬劑。 (2)釬料與母材的相互作用。 這種作用可歸為兩種： 一種是固態(tài)母材向液態(tài)釬料的溶解； 另一種是液態(tài)釬料向母材的擴散。 這些相互作用對釬焊接頭性能影響很大。 1.3釬焊方法分類

3、根據(jù)所使用的熱源來命名及分類， 見表 1。 1.4典型釬焊方法介紹 圖 2 常用釬焊方法 1.6釬焊接頭設(shè)計 (1)設(shè)計原則 ： 首先考慮接頭強度 其次還要考慮組合件的尺寸精度 零件的裝配定位； 釬料的安置； 接頭間隙等。 (2)接頭設(shè)計時應(yīng)注意的幾點 搭接長度， 它是保證接頭與母材具有相 等承載能力的關(guān)鍵。 搭接長度 L= 式中： b 母材的拉接強度 (MP a) 釬焊接頭的拉剪強度 (MPa) 母材厚度 a 安全參數(shù) ba 在生產(chǎn)實踐中， 銀基、銅基、鎳基等強度較高的釬焊的接 頭，搭接長度通常取為薄件厚度的 2 3倍； 錫鉛等軟釬料釬焊的接頭，可取為薄件厚 度的 45倍，但不希望搭接長度大

4、于是 15mm。因為此時釬料很難填滿間隙，往往 形成大量缺陷。 由于工件的形狀不同，搭接接頭的具體形 式各不相同。 圖 3 平板釬焊接頭形式 圖 4 管件釬焊接頭形式 圖 5 T型和斜角釬焊接頭 圖 6 端面密封接頭 圖 7 管或棒與板的接頭形式 圖 8 線接觸釬焊接頭 接頭與載荷關(guān)系問題 接頭設(shè)計時應(yīng)避免在載荷作用下接頭處發(fā) 生應(yīng)力集中，另外在受撕裂、沖擊、振動 等載荷作用時也應(yīng)特別注意接頭設(shè)計的合 理性。 圖 9列舉了一些實例。 圖 9 受動載或重載荷接頭的合理設(shè)計或不合理設(shè)計（ 15） 開設(shè)工藝孔 工藝孔是指為滿足工藝上的要求而在接頭上 開的孔。釬焊時空氣受熱膨脹空氣有可能阻 礙釬料的填

5、隙，也可能使已填滿間隙的釬料 重新排列，見圖 10。 圖 l0 開設(shè)工藝孔示意圖 接頭間隙 間隙的大小在很大程度上影響釬焊接頭強 度和釬縫的致密性。 由于釬焊是靠毛細力作用使釬料填滿間隙 的。 間隙過小，釬料流入困難，在釬縫內(nèi)形成 夾渣或未釬透，導(dǎo)致接頭強度下降： 間隙過大，毛細作用減弱，釬料能填滿間 隙，也會使接頭的致密性變壞，強度下降。 (3)釬焊接頭質(zhì)量檢驗 釬焊接頭缺陷 a、 填隙不良、部分間隙未被填滿； b、 釬縫氣孔 ； c、 釬縫夾渣； d、 釬縫開裂 ； e、 母材開裂； f、 釬料流失； g、 母材被溶蝕。 接頭檢驗方法 a、 外觀檢查； b、 表面缺陷檢查； c、 內(nèi)部缺陷

6、檢查：包括 X射線和， 射 線、超聲波和致密性檢驗。 2、釬焊材料 2.1對釬焊材料的基本要求 a) 合適的熔化溫度范圍，一般比母材的熔化 溫度低； b) 在釬焊溫度下具有良好的潤濕作用，能充 填充接頭間隙； c) 與母材的物理、化學(xué)作用應(yīng)保證它們之問 形成牢固的結(jié)合； d) 成份穩(wěn)定盡可能減少釬焊溫度下元素的損 耗：少含或不含稀有金屬和貴重金屬； e) 能滿足釬焊接頭物理、化學(xué)及力學(xué)性能等 要求。 2.2釬料的分類 （重點） 兩大類： 軟釬料 (易熔釬料，熔點低于 450 )； 硬釬料 (難熔釬料，熔點高于 450 ) 。 軟釬料主要包括： 鉍基、銦基、錫基、鎘基、鋅基和鉛 基等釬料。 硬釬

7、料主要包括： 鋁基、銀基、銅基、錳基、鎳基、金基、 鈀基、鎂基、鉬基和鈦基等釬料。 2.3 釬料型號 (牌號 )表示方法 (1)相關(guān)標準及規(guī)定 （ P8/12） 2.4典型釬料簡介 (1)軟釬料 (熔點低于 450*(2的釬料 ) 錫鉛釬料 軟釬料中應(yīng)用最廣的一種。 高錫鉛合金含 Sn6 1.9時，即形成熔點為 183 的 共晶。 純錫加入鉛后強度提高，在共品成份附近時強度和 硬度最高，但導(dǎo)電率則隨鉛量增大而降低。 錫鉛合金中有時加入銻，用以減輕釬料在液態(tài)時的 氧化程度，并提高接頭的熱穩(wěn)定性。含銻一般控制 在 3以下，以免釬料發(fā)脆。若加入銀可使晶粒細 化并提高耐腐蝕性。 錫鉛釬料工作溫度不能太

8、高，當(dāng)溫度高于 100時； 強度急劇下降，含錫高的錫鉛料在低溫下有冷脆性。 錫鉛焊料已納入國家 (GB3131-88)。 (2)硬釬料 硬釬料由于強度高，可用于釬焊受力構(gòu)件， 應(yīng)用愈來愈廣， 釬焊鋼和銅用的銀基釬料和銅基釬料， 釬焊鋁用的鋁基釬料等 高溫場合鎳基釬料愈來愈受到人們的重視。 銅基釬料 銅基釬料由于其經(jīng)濟性好，在鋼、合金鋼、 銅和銅合金的釬焊方面獲得了廣泛的應(yīng)用。 標準 GB64l8-93中將銅基釬粉分為銅，銅鋅 和銅磷釬料。 銀基釬料 銀基釬料是應(yīng)用最廣泛的一類硬釬料，由于 熔化溫度不很高，能潤濕很多金屬，并且有 良好的強度、延性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和抗腐 蝕性。廣泛應(yīng)用于釬焊低碳鋼

9、、結(jié)構(gòu)鋼、不 銹鋼、銅及銅合金、可伐合金、難熔金屬等。 (3)釬劑 釬劑的主要用途：去除母材和液態(tài)釬料表 而上的氧化物，保護母材和釬料在加熱過 程中不致進一步氧化以及改善釬料對母材 表面的潤濕能力。 釬劑應(yīng)具備以下條件： 具有足夠的去除母材及釬料表面氧化物 的能力； 熔化溫度及最低活性溫度略低于釬料的 熔化溫度； 在釬焊溫度下具備足夠的潤濕能力。 有關(guān)釬劑方面已納入國家標準的有： GB/T15829.1-1995軟釬焊用釬劑分類； 標記與包裝 GB/T15829.2-1995軟釬焊用釬劑 樹脂類釬劑 GB/T15829.3-1995軟釬焊用釬劑 有機物類釬劑 GB/T15829.4-1995軟

10、釬焊川釬劑 無機物類釬劑 JB/T6045 -1992硬釬焊用釬劑 3、各種材料的釬焊 (1)材料的釬焊性 是指材料對釬焊加工的適應(yīng)性，即材料在一定 的釬焊條件下獲得優(yōu)質(zhì)接頭的難易程度。 1）釬焊性的好壞首先與材料表面形成的氧化 物成分及其去除的難易程度有關(guān)。 例如銅和鐵表面氧化物的穩(wěn)定性低容易去除， 故釬焊性好；鉻的氧化物穩(wěn)定性高，不易去除， 含鉻的金屬必須采用活性大的釬劑或純度高的 還原性氣體才能將其除去。鋁的氧化物更難去 除，相對來說，鋁的釬焊性就差。 2）釬焊性的好壞還表現(xiàn)在釬焊加熱溫度對工 件材料組織及性能的影響上。 例如，硬鋁 LYl2的固相線溫度相當(dāng)?shù)?，?前還沒有合適的釬料使其

11、在硬釬焊時不發(fā)生過 燒，故釬焊性差。 3）釬焊性的又一重要標志是釬料對它的潤濕 作用。 多數(shù)釬料對銅、鋼的潤濕作用都比較好，對鉬、 鎢的差。前者釬焊性好，后者釬焊性差。 4）釬焊性好壞又與工件材料同釬料作用后的 產(chǎn)物性能有關(guān)。 鈦和鈦合金同大多數(shù)釬料作用會在界面區(qū)形成 脆性化合物相，故鈦的釬焊性差。 又如，低碳鋼在爐中釬焊時對保護氣氛的 純度要求較低，而含鋁、鈦等元素的高溫 合金只有在真空釬焊時才能獲得良好的釬 焊接頭。 總之，釬焊性不但取決于材料本身，而且 與釬料、釬劑和釬焊方法有關(guān)，故必須根 據(jù)具體情況進行評定。 (2)釬料的選擇原則 使用要求； 釬料與母材的互匹配； 經(jīng)濟角度等方面進行全

12、面考慮。 表 4給出了各種材料組合適用的釬料。 釬料的選擇具體從以下幾個方面考慮： 從使用要求出發(fā)，對釬焊接頭強度要求不 高和工作溫度不高的可用軟釬焊， 對要求導(dǎo)電性好的電氣零件，應(yīng)選用含錫量 高的錫鉛釬料或含銀量高的銀基釬料： 選擇釬料時，應(yīng)考慮釬料與母材的相互作 用。 選擇釬料時還應(yīng)考慮釬焊加熱溫度的影響。 釬焊加熱方法對釬料選擇也有一定的影響。 從經(jīng)濟觀點出發(fā)， 4、釬焊的質(zhì)量控制 與熔化焊的質(zhì)量控制一樣，釬焊的質(zhì)量控制越來越 被各個國家所重視，在歐洲已經(jīng)頒布了許多相關(guān)的 標準和規(guī)程，包括釬焊接頭的檢驗，釬焊的工藝評 定，釬焊操作人員的培訓(xùn)及考試認證等方面，本節(jié) 僅將相關(guān)標準及規(guī)程列舉如

13、下。 Enl3133(2000) 硬釬焊硬釬焊工的考試 ENl3134(2000) 硬釬焊硬釬焊工藝評定 ENl2797(2000) 硬釬焊焊釬焊接頭的破壞性檢驗 ENl2799(2000) 硬釬焊硬釬焊接頭的非破壞性檢驗 prENl 8279(2003) 硬釬焊接頭中的不規(guī)則性 (缺陷 )評定 DVS Richtlinie-1183(2002) 金屬材料釬焊培訓(xùn)課程 1、塑料的類型 塑料是一種以高分子量合成樹脂為主要成份的人工 合成材料 (合成樹脂是高分子化合物，也稱聚合 物。 ) 生產(chǎn)塑料的原料含有碳，如石油、天然氣、木材、 煤、乙烷等，則它屬有機化學(xué)范疇。在這些物質(zhì)中 存在不飽合鍵，如單

14、個分子、單體的乙烯、氯乙烯 等。這些單分子、單體的物質(zhì)可以通過化學(xué)反應(yīng)形 成多分子 (也稱大分子 )多體物質(zhì)，如聚乙烯 (PE)、 聚氯乙烯 (PVC)。由單分子結(jié)構(gòu)的物質(zhì) (大多為氣態(tài) 或液態(tài) )轉(zhuǎn)變成多分子結(jié)構(gòu)的物質(zhì)這一過程稱為聚 合作用。 塑料的結(jié)構(gòu) 是由鏈狀分子構(gòu)成，或稱纖維 狀分子。與棉花的網(wǎng)狀纖維相類似，是無 序卷繞狀。根據(jù)分子鏈的構(gòu)造，塑料可分 熱塑性塑料、彈性塑料 (合成橡膠 )和熱固性 塑料 (圖 1)。 在實際中，人們使用的塑料不是純塑料，而是添加 了些輔助材料，如穩(wěn)定劑、強化劑和著色劑等。由 此獲得特殊性能和降低成本。 (1) 熱塑性塑料 通過鏈分子的“卷繞作用，即分子運

15、動的阻礙 作用，塑料在受熱時，不象水那樣只處于一種固定 的液態(tài)形式，而是處于不同狀態(tài)的變化之中，即： 硬一彈塑料一熱塑性，達到熱塑性狀態(tài)，就可焊接。 在一定溫度下，熱塑性塑料可以達到熱塑性狀態(tài)乃 至熔融流動，冷卻后，又變成一定的形狀。熱塑性 塑料加工成型方便，在固體狀態(tài)也有一定的可塑性， 能象金屬一樣進行冷加工。由于熱塑性塑料具有這 些性能，故適宜于進行二次或多次加工，也可以進 行焊接 由于分子結(jié)構(gòu)不同，其材料的強度性能也 不同。 圖 2 熱塑性塑料的構(gòu)造 熱塑性塑料溫度升高時開始變軟，溫度降低 時恢復(fù)原有狀態(tài)，等溫度達到熱塑性溫度后， 則可以進行焊接。這就是說，纖維狀分子在 力的作用下產(chǎn)生運

16、動，使材料發(fā)生形變成為 可能。冷卻后，熱塑性塑料就凝固成新的形 狀。然而，如果對他重新進行加熱，則具有 重新恢復(fù)原來形狀的趨勢 (恢復(fù)能力 )。 溶解物質(zhì)的作用也可以使接頭表而達到熱塑 性狀態(tài)，從而使焊接成為可能。 (2)彈性塑料 該類塑料由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原因 (粗網(wǎng)目交聯(lián)鏈 狀分子結(jié)構(gòu) )，而不能熔化，不能達到熱塑性 狀態(tài)，故不具備可焊性。 (3)熱固性塑料 這類塑料由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原因 (細網(wǎng)目交 聯(lián)鏈狀分子結(jié)構(gòu) )在受熱時不會變軟，一直 處于硬狀態(tài)，直到破壞，因此不具備可焊 性。從另一角度看，能夠進行焊接的塑料， 其材料熔化指數(shù) MFI應(yīng)在某一范圍。 德國標準 DIN53735對此做了規(guī)定。

17、在 DIN 16776中給出了 MFI的分類組別。德國焊接 學(xué)會規(guī)程 2201TI給出了 HDPE熔化指數(shù)在 005 010時可以焊接，每一種塑料都相對 應(yīng)一熔化指數(shù) (表 1)。 熱塑性塑料在熱塑性狀態(tài)和壓力的作用下就 可實現(xiàn)焊接。 是機械連接 (二個焊件纖維狀分子互相非規(guī)則 的卷繞 )。 通常僅相同類型的塑料可以焊接。 熱塑性塑料的焊接原理是： (1)焊接面處于熱塑性狀態(tài) (加熱 )； (2)在一固定外壓力的作用下實現(xiàn)焊接 (焊接壓 力 )； (3)保持，冷卻直至接頭凝固結(jié)束焊接 (冷卻 )。 2、熱塑性塑料的焊接原理 3、熱塑性塑料焊接方法的分類 (表 2) 德國標準 DIN 191第

18、3部分 塑料焊接方法 表 2塑料焊接方法分類 3、熱塑性塑料焊接方法的分類 (表 2) 德國標準 DIN 191第 3部分 塑料焊接方法 4、塑料焊接設(shè)備 見德國焊接學(xué)會規(guī)程 DVS2207T3。 4.1熱風(fēng)焊設(shè)備 1)手工熱風(fēng)焊接設(shè)備 所謂熱風(fēng)焊就是將熱風(fēng)作為熱源 (見圖 3)。 2)機械熱風(fēng)焊接設(shè)備 機械熱風(fēng)焊接設(shè)備用熱風(fēng)作為熱源，也稱 擠壓式焊接設(shè)備。 (圖 4) 4.2加熱元件焊接設(shè)備 1)加熱板式焊接設(shè)備 德國焊接學(xué)會規(guī)程 DVS2207T1 m管、板加熱元 件焊接 規(guī)定了加熱板式焊接方法。 加熱板為焊接熱源。加熱板焊機主要由恒溫電加 熱板 (溫度最高可達 270 )、雙面電動平整切

19、削刀、 對中固定支架、壓力裝置等部分組成。 、 2)承插式焊接設(shè)備 承插式焊接設(shè)備以加熱凸凹套模為加熱元件提供 焊接熱源用于管道焊接 (圖 5)。 3)熱絲套筒式焊接設(shè)備 熱絲套筒式焊接設(shè)備的銅線圈通電后產(chǎn)生焦耳效 應(yīng)，使電熱絲發(fā)熱為熱源。該設(shè)備主要由電源控 制箱、熱絲套筒和固定支架等組成，用于管道焊 接 (圖 6)。 4.3超聲波焊接設(shè)備 超聲波焊接設(shè)備的主要組成部分： 超聲波發(fā)生器； 聲波傳遞壓頭； 振動聲波極和轉(zhuǎn)換器 底座； 壓力機； 控制裝置 德國標準 DINl 320/4規(guī)定了聽覺可辨認的噪音為 16HZ 16KHZ。工業(yè)中應(yīng)用的超聲波焊接設(shè)備的 頻率通常是在 20 40KHZ之間，

20、超出聽覺范圍， 可以不采取防護措施。 4.4高頻焊接設(shè)備 高頻塑料焊機由高頻發(fā)生器，帶有濾波器 的高頻電路、匹配器、工作裝置、控制裝 置和電極組成 (圖 8)。 作用 : 將網(wǎng)路低頻電能轉(zhuǎn)變成高頻電能，塑 料焊接經(jīng)常采用的工作頻率為 27.12MHZ， 并且其偏差為土 0.6，這是國際上認可的 工業(yè)頻率，其功率一般為 0.6 150kW。 PS， PP， PE不適用高頻焊接；硬 PVC,軟 PVC,ABS,PA適用高頻焊接。 6、焊接工藝 6.1熱風(fēng)焊 6.1.1手工熱風(fēng)擺動焊 (WF)德國焊接學(xué)會規(guī)程 DVS2207T3對此做了規(guī)定 所謂熱風(fēng)焊就是將熱風(fēng)作為熱源。焊接材料根據(jù)需 要可以是焊條

21、 (硬 )，也可以是帶狀的 (軟 )。焊接時 將焊條往坡口里壓，隨著熱風(fēng)的加熱使焊件坡口側(cè) 和焊條都處于熱塑性狀態(tài)，在外加壓力的作用下實 現(xiàn)焊接。通常軟、硬 PVC， PE均采用此法焊接， 焊接速度在 250mm min左右。 1)手工熱風(fēng)擺動焊 (圖 9) 2)坡口形式 (圖 1 0) 熱風(fēng)焊主要用來焊接板材。 3)操作要領(lǐng) (圖 11) 6.2加熱元件焊 德國焊接學(xué)會規(guī)程 DV$2207T1對此做了規(guī) 定 6.2.1加熱板式焊接 (HS)(圖 16) 6.2.2承插式焊接 (圖 l 7) 6.2.3熱絲套筒式焊接 (圖 18) 6.3塑料超聲波焊 6.4高頻焊（ HF） （見德國焊接學(xué)會規(guī)程 DVS2219） 7、塑料焊工的培訓(xùn)與考試 為什么要進行焊工培訓(xùn)與考試 這了保證焊接質(zhì)量，受壓塑料管 (如氣、水管 )的焊 接和敷設(shè)僅允許按德國氣、水協(xié)會 (DVGW)的規(guī)程 GW330來施工，而且只允許通過了考試的焊工上崗， 另外還必須有工程監(jiān)理。 焊接還必須按德國焊接學(xué)會注意事項 DVS220第一 部分實施并制定出合適的焊接工藝要點。 前所述，用于氣和水的塑料壓力管的焊接，只允許 使用為其專門設(shè)計的焊接設(shè)備， 即手動加熱元件 對焊機，而熱風(fēng)焊是不允許的。 塑料焊工的培訓(xùn)和考試要按照 DVS2212第一部分進 行，在德國可在 Aachen或 Dortmund兩城市進行。