河北工业大学钎焊复习题答案概要.docx
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河北工业大学钎焊复习题答案概要
第一章：
1.用能量最小原理推导润湿角与材料表面张力、界面张力之间的关系
公式太麻烦就没写，我有手写版的，大家互相问一下也行。
2.推导钎料在平板间隙中上升高度与钎料表面张力、润湿角之间的关系
同一水平面上的压力相等，所以
得到液面上升高度为
3.评价钎料润湿性和铺展性能的方法
1）润湿角测量
Ø一定体积的钎料放在母材上
Ø采用相应的去膜措施
Ø在规定的温度下保持一定的时间
Ø冷凝后切取横截面，测量润湿角
2）铺展面积测量
Ø条件同上
Ø凝固后测量钎料的铺展面积
3）利用T型试件评定钎料的润湿性，冷凝后测量钎料沿T型试件的流动长度
4）润湿力测量
Ø在试片浸入和拉出的期间测量作用在试片上的作用力，通过信号变换器在记录仪上作为时间的函数连续记录
5）润湿角测量
Ø在试片浸入和拉出的期间测量试片上钎料的接触角并记录
4.温度是如何影响钎料在母材上的润湿性的
Ø液体的表面张力与温度的关系
Am：
一个摩尔液体分子的体积；K：
常数；T0：
表面张力为零时的临界温度；τ：
温度常数
Ø随着温度的升高，液体的表面张力减小，提高了润湿性
Ø温度升高，钎料本身的表面张力减小，液态钎料与母材间的界面张力降低，提高了钎料的润湿性
Ø温度过高，钎料的润湿性太强，造成钎料流失
5.金属表面的氧化物是如何影响钎料的润湿性的
金属表面上总是存在着金属氧化物，在有氧化膜的金属表面上，液态钎料往往凝聚成球状，不与金属发生润湿，这是由于氧化物的表面张力比金属本身的表面张力要低得多所致。
6.如何通过合金相图判断材料之间是否可以润湿
通过观察相图：
1）如果钎料与母材在液态和固态均不相互作用
Ø润湿性很差
ØFe-Ag、Fe-Bi、Fe-Pb、Fe-Cd等
2）如果钎料能与母材相互作用，则可以很好地润湿母材
Ø相互溶解
Ø形成金属间化合物
Ag-Ni
Ø在1000°C时Ag在Ni中有3wt%左右的溶解度
ØAg在Ni上有一定的润湿性
ØAg可焊不锈钢
Ag-Cu
Ø在779°C时在Ag在Cu中有8wt%左右的溶解度
ØAg在Cu上有很好的润湿性
所以，同样以银为钎料，对于不同的母材随着它们之间相互作用的加强，液固界面张力减小，湿润性提高。
母材是合金的情况类似
7.从母材溶解量的计算公式指出影响母材溶解的因素
本质因素
Ø母材在钎料中的极限溶解量
Ø钎料组分在母材中的饱和固溶度
Ø金属间化合物
工艺因素
Ø温度和时间
♦溶解量随温度成指数函数增加
♦随时间的增加关系与钎料量有关
Ø钎料量
♦预置定量钎料：
溶解随时间增加达到饱和
♦浸沾钎焊：
溶解量一直增加
8.钎焊接头的几个区域及形成；对接头性能的影响
1）钎焊接头有三个区域组成：
母材上靠近界面的扩散区，钎缝界面区和钎缝中心区。
Ø扩散区组织是钎料组分向母材扩散形成的；
Ø界面区组织是母材向钎料溶解，冷却后形成的。
它可能是固溶体或金属间化合物；
Ø钎缝中心区由于母材的溶解和钎料组分的扩散以及结晶时的偏析，组织不同于钎料的原始组织。
2）对接头性能的影响：
Ø一般情况下扩散区组织对性能的影响不大
Ø界面区组织对接头性能影响很大：
1.钎料与母材能形成固溶体，钎焊后在界面区即可出现固溶体，固溶体组织具有良好的强度和塑性，对接头性能是有利的；2.界面区为连续层状化合物组织时，钎焊接头的性能将显著降低
Ø接头钎料合金部分与原始成分有很大的差异
9.钎料合金成分对母材向钎料中的溶解的影响
Ø若钎料中含有母材的成分，则母材向钎料的溶解量减少
Ø钎料合金成分在母材中的饱和溶解度越大，则一定时间下母材的溶解量量越少
Ø若钎料中有与母材形成金属间化合物的组分，则金属化合物阻挡母材溶解，但当温度升高至金属间化合物熔化时，母材溶解加速
10.如何从钎料合金成分抑制或改善接头金属间化合物层的生成
Ø在钎料中加入不与母材也不与钎料形成化合物的组分
Ø在钎料中加入与钎料而不与母材形成化合物的组分
11.接触反应钎焊的原理
若两种金属能形成共晶或形成低熔固溶体，则在它们接触良好的情况下加热到高于共晶温度或低熔固溶体熔化温度以上，依靠他们之间的相互扩散，在界面处形成共晶体或低熔固溶体，从而把二者连接起来。
12.扩散钎焊的原理
扩散钎焊的最根本特征是，在钎焊加热过程中钎缝间隙内形成的液态合金，不是像一般钎焊方法那样因随后降温凝固而形成钎缝，而是在高于钎料的固相线温度的条件下长时间保温，使之等温凝固而形成钎缝的。
钎缝等温凝固的机理是，在加热保温过程中，间隙中的钎料熔化后，随着母材的熔入和钎料中的低熔点组元或起降低钎料熔点作用的组元的散失，间隙中液态合金的固相线温度逐渐升高，当这种过程持续进行而使合金的固相线温度升高到超过加热温度后，合金及发生等温凝固。
第二章：
1.铅在锡铅钎料中的作用
Ø降低钎料的熔点
Ø提高钎料的润湿性
Ø提高钎料的机械强度
Ø防止钎料出现冷脆
2.铝用软钎料的基本成分
铝用软钎料可分为三类：
低温软钎料，中温软钎料和高温软钎料。
其中低温软铅料：
在锡和锡合金中加入一些锌；
中温软铅料：
锡锌和镉锌系钎料，含锌量较高；
高温软钎料：
以锌为基体，加入少量的铝，银，铜等元素。
3.铝硬钎料的基本成分
Ø铝及可和铝形成共晶的金属
Ø铝硅共晶、铝硅铜共晶为基础，有时加入一些其它元素组成
牌号
名称
合金成分wt%
Tm°C
σbfMPa
Al
Si
Cu
Zn
BAl88Si
铝硅钎料
余量
12±1
~
~
577~582
147~157
BAl67CuSi
铝硅铜1号
余量
5.5~6.5
27~29
~
525~535
脆性大
BAl86SiCu
铝硅铜2号
余量
9.3~10.7
3.3~4.7
~
520~585
245~294
HL403
铝硅铜锌
余量
10±1
4±0.7
10±1
516~560
245~294
4.钎料为什么大多数都是合金，纯金属是否可以作为钎料
对钎料的基本要求：
Ø具有合适的熔点
为使钎焊过程中温度控制，组织控制，避免母材晶粒长大，过烧以及局部熔化等缺陷产生，它的熔点至少应比母材的熔点低几十度
Ø具有良好的润湿性，能充分填满钎缝间隙
Ø与母材良好的扩散作用，应保持它们之间形成牢固的结合
Ø具有稳定和均匀的成分，减少钎焊过程中的偏析现象和易挥发元素的损耗
Ø所得接头性能满足产品技术要求，如强度、导电性、导热性、抗腐蚀性等
Ø成本，考虑钎料的经济性，尽量少用或不用稀有金属和贵重金属
钎料大多采用合金是由于合金钎料能有效改善润湿性和调节焊接温度（例如锡铅钎合金中加入铅的作用）；
纯金属也可作为钎料，但其熔点较高，易形成金属间化合物，使接头性能下降，可选择性小。
5.铜磷钎料作为自钎剂钎料的机理
Cu-P钎料
Ø共晶成分8.38wt%磷
Ø熔点：
714℃
ØP2O5与氧化铜生成复合化合物，以液态覆盖母材表面，起保护作用，防止母材氧化。
Ø
6.选择钎料的基本原则
Ø经济性：
在能保证钎焊接头质量的前提下，选择价格便宜的钎料
Ø接头性能：
工作温度；强度；可靠性
Ø密封性：
电真空器件；真空室
Ø导电性：
如对锡基钎料、银基钎料，应相应选用含锡量或含银量高的钎料
Ø工艺性：
钎料与母材的相互匹配，相互作用，焊接温度对母材的影响
Ø与钎焊方法的匹配
第三章：
1.钎焊时去除氧化膜的必要性
Ø钎料难以润湿氧化膜，若液态钎料被氧化膜包裹，也不能在母材上铺展，难于与氧化膜形成牢固连接
Ø即使在焊前机械清除，会很快再生成薄氧化膜
Ø钎焊时的加热过程还会加速焊件表面的氧化，使氧化膜更快地重新生成
Ø表面氧化膜具有比金属表面更低的表面张力，影响钎料的润湿性
2.常用的去膜方法
Ø钎剂去膜
Ø气体介质去膜
Ø机械方法和物理方法去膜
3.钎剂的一般组成及作用
钎剂由钎剂基体组分，去膜剂和活性剂三部分组成
钎剂基体组分
Ø使钎剂具有需要的熔点
Ø作为钎剂其它组分以及钎剂作用产物的溶剂
Ø形成致密的保护膜
Ø硬钎剂：
采用热稳定的金属盐或金属盐系统：
硼砂、碱金属或碱金属的氯化物
Ø软钎剂：
高沸点的有机溶剂
去膜剂
Ø溶解表面氧化膜
Ø碱金属和碱土金属的氟化物溶解金属氧化物
活性剂
Ø破坏氧化膜与金属的结合，加速氧化膜清除并改善钎料的铺展
Ø重金属的卤化物：
氯化锌、氯化镉等等
Ø氧化物：
硼酐等
钎剂的作用
Ø清除母材和钎料表面的氧化膜
Ø保护表面不再氧化
Ø起界面活性作用，促进钎料对母材的润湿
4.可用作无机软钎剂的物质和其去膜机理
这类钎剂具有很高的化学活性，去除氧化物的能力很强，能显著地促进液态钎料对母材的润湿，它们的组分为无机酸和无机盐
1）组成
Ø无机酸：
盐酸、氢氟酸、磷酸等
Ø以水溶液或酒精溶液形态使用，也可与凡士林调成膏状使用
特点
Ø去膜能力强
Ø具有很强的腐蚀性，加热中析出有毒气体，很少单独使用
反应
2）组成
Ø无机盐：
氯化锌等
Ø以水溶液形态使用
特点
Ø吸水性强；发生飞溅
Ø活性随浓度增高而提高，超过30%时饱和
反应
Ø其钎剂作用在于与水作用产生络合酸
Ø溶解金属氧化物
5.氯化锌作为钎剂成分在钎焊钢时和钎焊铝合金时的不同作用
1）氯化锌作为钎剂成分在钎焊钢时起去除氧化膜的作用，其作用机理如上题；
2）氯化锌作为钎剂成分在钎焊铝合金时，属于铝用反应钎剂，钎焊加热过程中，氯化锌渗过氧化铝膜的裂缝与铝反应。
去膜机理：
Ø重金属的氯盐与铝反应，破坏氧化膜与母材的结合
ØAlCl3温度高于182°C时升华为气体，膜下外逸，促进氧化膜破碎
Ø再加以氟化物溶解破碎的氧化膜
Ø为铝所置换的锌沉积在铝表面，促进钎料的铺展
6.在松香中添加氯化锌的作用
增强去膜能力
7.硬钎剂的基本组成
Ø硼砂、硼酸及其混合体为基体
Ø再添加某些碱金属或碱土金属的氟化物、氟硼酸盐，获得合适的活性温度、增强去膜能力
8.硼酸的去膜机理；
Ø硼酸加热时分解，形成硼酐，其熔点是580°C
Ø硼酐与铜、锌、镍和铁的氧化物形成易溶的硼酸盐
Ø但在900℃以下时，硼酐的粘度很大，去膜能力也差，故只适用于在高于900℃的温度用作钎剂，一般不单独作为钎剂使用
9.硼砂的去膜机理
Ø硼砂在741°C熔化，分解成硼酐和偏硼酸钠
Ø硼酐与金属氧化物形成易溶的硼酸盐
Ø偏硼酸钠与硼酸盐形成熔点更低的复合化合物
Ø硼砂的去膜能力强于硼酸
Ø但熔点较高，在800℃以下粘度大，流动性不好，只适于800℃以上的钎焊温度使用
10.硼砂和硼酸单独作为钎剂时存在的问题
Ø活性温度高，均在800℃以上，只能配合铜基钎料使用
Ø不能去除Cr、Si、Al、Ti的氧化物。
因此不能用来钎焊含这些元素多的合金钢、不锈钢和高温合金
Ø残渣腐蚀性小，但不易清除
11.铝用有机软钎剂的组成及其使用中的问题
组成
Ø基 体：
三乙醇胺
Ø去膜剂：
氟硼酸、氟硼酸胺
Ø活性剂：
重金属氟硼酸盐
问题
Ø不能保证钎料与母材的牢固连接；
Ø热稳定性差；
Ø无吸湿性，暴露于空气中逐渐干涸；
Ø作用过程中有大量气体放出而呈沸腾状，不能保证钎料填缝或获得致密的钎缝；
12.铝用反应软钎剂的组成及其去膜机理
组成
Ø基 体：
锌、锡等重金属的氯化物
Ø活性剂：
钾、钠、锂的卤化物（一般为氟化物）
去膜机理
Ø重金属的氯盐与铝反应，破坏氧化膜与母材的结合
ØAlCl3温度高于182°C时升华为气体，膜下外逸，促进氧化膜破碎
Ø氟化物溶解破碎的氧化膜
ØZn、Sn沉淀于铝表面，促进钎料润湿
13.铝用氯化物硬钎剂的基本组成及其去膜机理
组成
Ø基 体：
碱金属或碱土金属的氯化物的低熔点混合物
♦NaCl,LiCl,KCl,CaCl,BaCl,SrCl,CuCl,MgCl
♦调节熔点
♦可以很好地在铝和氧化铝的表面铺展
Ø去膜剂：
氟化物
♦NaF,ZnF,LiF,KF,AlF3,Na2AlF6
♦溶解氧化膜
♦可使熔点增加，添加量有限
Ø活性剂：
低熔点重金属的氯化物
♦ZnCl2,SnCl2,CdCl2
氯化物基铝硬钎剂去膜机理-1
溶解作用
Ø氟化物有溶解铝氧化膜的作用
Ø氟化物添加量受熔点的限制
破碎作用
Ø铝与氧化铝膜的热膨胀系数不一致，加热时氧化膜产生裂纹
Ø钎剂透过裂纹与铝发生反应
Ø氧化铝膜成碎片状进入熔化的钎剂，更容易溶解
Ø钎剂可以从铝与氧化铝膜之间渗入
Ø铝与氯产生AlCl3气体，使氧化膜脱离并破碎
重金属的析出
Ø沉积在铝表面，改善润湿
Ø铝在锌内的溶解度很高，容易造成溶蚀
氯化物基铝硬钎剂去膜机理-2
钎剂对铝的电化学腐蚀作用
Ø加热使氧化铝膜产生裂纹
ØCl-1离子渗透裂纹
Ø在铝-氧化膜界面形成微电池
Ø铝：
阳极；氧化膜：
阴极
Ø铝被腐蚀
Ø膜和铝的结合被破坏，脱落
Ø形成氧阴离子
Ø氧离子的存在保证铝阳离子化过程继续进行（氧去极化作用）
ØF-离子起防止AlCl3气泡产生的作用
14.用氯化物硬钎剂钎焊铝时不加钎料是否可以形成接头？
（结合对钎料的基本要求来答）
第四，五章：
1.烙铁钎焊是软钎焊方法还是硬钎焊方法
答：
软钎焊方法
2.氧乙炔焰的最高加热温度
答：
3150摄氏度
3.盐浴浸沾钎焊所用的加热介质，安全注意事项
答：
加热介质：
氯盐的混合物
成分wt%
熔点
°C
钎焊温度
°C
NaCl
CaCl2
BaCl2
KCl
30
22
22
—
22.5
—
—
48
—
50
77.5
—
65
30
48
50
—
100
5
—
30
—
—
—
510
435
550
595
635
962
570~900
485~900
605~900
655~900
665~1300
1000~1300
注意事项：
1）铜基钎料钎焊结构钢时可不用钎剂
2）注意钎剂涂敷在焊件上，焊前必须干燥（为什么？
）
3）盐溶液大量散热和放出腐蚀性蒸气
4）由于熔液的浮力和冲刷作用，工件应进行可靠的定位
5）工件及工装全部一定要预热除水，防止接触盐液时引起强烈喷溅，甚至爆炸。
6）不适合钎焊有深孔、盲孔和封闭型的部件
4.汽车水箱的常用钎焊方法
答：
熔化钎料浸沾钎焊
5.气体保护钎焊焊接加热结束后为什么还要继续通入保护气体
答：
为了保护加热元件不被氧化，对于氢气来说也是为了防止爆炸。
所以，钎焊结束断电后，应等炉中或容器中的温度降至150℃以下，再停止输送保护气体
6.微电子产品的常用钎焊方法
Ø波峰焊；
Ø热风再流焊；
Ø激光软钎焊；
Ø红外再流焊；
Ø蒸汽再流焊；
7.采用氢气进行保护钎焊时的安全注意事项
Ø为防止氢气中混有空气而引起爆炸，炉子或容器加热前先通10—15min氢气，以充分排出其中的空气，直到出气口处的火焰燃烧正常后再开始加热。
Ø对于排出的氢气，应点火使之在出气管口燃烧掉，以排出它在炉边积聚的危险。
Ø钎焊结束断电后，应等炉中或容器中温度降至150摄氏度以下，再停止输送氢气，这是为了保护加热元件和焊件不被氧化，防止爆炸。
8.钎焊时接头间隙的大致范围
母材
钎料系统
间隙mm
母材
钎料系统
间隙mm
铝及铝合金
Al基
0.15~0.25
钢
Cu
0.01~0.05
Zn基
0.1~0.25
黄铜
0.02~0.10
铜及铜合金
黄铜
0.04~0.20
Ag基
0.025~0.15
Cu-P
0.04~0.20
不锈钢
CuNi30-2-0.2
0.03~0.20
Cu-Ag-P
0.02~0.15
Mn基
0.04~0.15
Pb-Sn,Sn-Sb-Ag
0.05~0.3
Ni基
0.04~0.10
Sn-Pb,Sn-Sb
0.1
Cu
0.01~0.10
Ag-Cu-Zn-Cd
0.08~0.2
钛及钛合金
Cu,Cu-P,Cu-Zn
0.03~0.05
镍合金
Ni-Cr
0.05~0.1
Ag,Ag-Mn
0.03
记住几种常用钎料即可。
9.接头间隙为什么会影响接头强度
答：
间隙对接头性能的影响是对以下诸过程影响的综合结果：
Ø钎料的毛细填缝过程
Ø钎剂残渣与气体从间隙中排出
Ø母材与填缝材料的相互扩散过程
Ø母材对钎缝合金层受力时塑性流动的机械约束作用
间隙偏小接头强度下降
Ø填缝难
Ø间隙内的气体、钎剂残渣难排出
间隙偏大接头强度降低
Ø毛细作用弱也使钎料不能填满间隙
Ø母材对填缝钎料中心区的合金化作用消失
Ø钎缝结晶生成柱状铸造组织和枝晶偏析以及受力时母材对钎缝合金层的支撑作用减弱
最佳间隙值
Ø钎料与母材相互作用
Ø流动性
10.不锈钢用Ni-B钎料钎焊时为什么采用非常小的间隙
Ø镍基钎料由于熔点调节的要求，含有较多的B、Si、C，钎料本身由多种金属间化合物组成。
Ø钎焊时，这些元素向不锈钢中扩散。
Ø间隙极小时，这些元素会全部扩散到母材中。
钎缝组织为固溶体
Ø间隙较大时，扩散路程长，元素来不及扩散。
钎缝中留下连续的脆性层
此外，它们之间的相互作用较弱。
11.铝合金钎焊时为什么采用比较大的间隙？
答：
铝合金采用钎剂去膜，只有在大间隙下，钎剂残渣才能顺利排出。
第六，七章：
1.铝合金软钎焊接头的电化学腐蚀及其解决措施
电化学腐蚀
Ø钎料与母材的成分截然不同，电极电位也就不同
Ø有电解质存在时，在钎料—母材界面处形成微电池
Ø电极电位低的合金作为阳极被腐蚀
腐蚀机理：
Sn-Pb合金的电极电位高于铝，应该是铝被腐蚀。
但实际上由于Sn-Pb钎料与铝之间的结合性很差，界面存在空隙，在铝和钎料的界面处形成了比铝更负的电极电位；且水汽在此积聚，导致接头在界面区很快腐蚀
解决措施
在钎料中加入Zn或者采用Zn基钎料
Ø铝与锌互溶，增强了钎料与母材的结合
Ø界面处的电极电位提高
在铝表面镀Cu或者Ni
Ø改善了润湿性和结合性
Ø电极电位发生有利于抗腐蚀性提高的变化
采用铜镀层的电极电位分布采用Zn基钎料的电位分布
2.各类铝合金的硬钎焊性
Ø纯铝和铝锰合金
1）良好的钎焊性能
Ø铝镁合金
1）镁的质量分数大于1.5%时，对焊接性产生很大的影响
2）镁含量增加，表面氧化镁增多，现有钎剂不能有效去除
3）镁含量超过2.5%时，钎焊很困难
Ø硬铝合金钎焊性很差
1）温度超过505℃时，发生过烧，强度和塑性显著下降
2）缺乏合适的钎料
3）超硬铝在470℃时就发生过烧，需要快速加热方法（浸沾钎焊）
Ø锻铝合金
1）LD2的固相线温度593℃，容易控制钎焊温度，钎焊性较好
2）LD6的固相线温度555℃过烧敏感性大于LD2
ZL102铸铝合金系非热处理强化合金，必须在低于固相线温度577℃温度下钎焊，含硅量高钎料难以润湿。
ZL202铸铝合金较难钎焊。
ZL301铸铝合金不能钎焊。
3.铝合金浸沾钎焊时钎剂（熔盐）中为什么不使用氯化锌？
浸沾钎焊中钎剂不但起去膜作用，而且是加热介质。
由于焊件在钎焊时要与大量的熔化钎剂接触，加入氯化锌可能造成母材的溶蚀。
4.不锈钢钎焊的特点
Ø表面氧化膜复杂
♦除了Fe的氧化物外，还形成Ni、Cr、Mn、Ti的氧化物
♦Cr2O3稳定性高，难以去除必须采用活性强的钎剂
♦Ti的氧化物具有更高的化学稳定性
Ø加热温度
♦1Cr18Ni9Ti晶粒长大温度为1150℃，高于此温度晶粒会剧烈长大，故应低于此温度钎焊
♦马氏体不锈钢
⏹必须经过适当的淬火和回火才能获得优良的性能
⏹钎焊温度或者与淬火温度相一致；或者低于回火温度
Ø缺陷
♦黄铜钎焊1Cr18Ni9Ti时的自裂
♦用镍基钎料钎焊时的接头间隙控制
5.采用不等间隙改善钎焊不致密缺陷的原理
不等间隙方法提高致密性的原理：
不等间隙有利于减少小包围现象。
对不等间隙来说，小间隙端的毛细作用最强，因此液体有首先填满小间隙的能力。
无论从小间隙端添加钎料还是从大间隙端或侧端填缝，总是先填满小间隙，逐渐向大间隙发展。
这样就大大减少了小包围的倾向，较易获得致密的钎缝。
不等间隙也有利于减少大包围现象，这时熔化的钎料先在小间隙外围形成钎角，再向大间隙外围推进。
此外，不等间隙对间隙内已形成的气孔和夹渣也有一定的排除的可能性，因为被包围气体或夹渣都有向大间隙端移动的的倾向。
6.控制溶蚀的措施
Ø正确的选择钎料：
不应因母材向钎料的溶解而使钎料的熔点进一步下降。
Ø钎焊温度切不可过高
Ø保温时间不可过长
Ø严格控制钎料用量（对于薄件的钎焊尤为重要）
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