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真空钎焊前的准备工作

作者:蔡东俊 人气:13736 日期:2020-11-18 07:20:09
 
真空钎焊前的准备工作
 
    在接头结构形式、钎焊材料、钎焊方法选定后,需要通过合理的工艺过程实现零件的钎焊。钎焊工艺过程是形成钎焊接头并保证钎焊质量的重要环节,因此必须根据采用的钎焊方法、材料和结构制定合理的钎焊工艺。钎焊工艺是指钎焊生产中各道工序及其技术要求的总称,主要包括钎焊前零件的表面准备、零件的装配和定位、钎料的添加和固定、钎焊热循环和钎焊后的处理等。
1.l  表面准备 
    待焊零件在真空钎焊前的加工、存放和运输等过程中,不可避免地会覆盖有氧化膜,沾染上油脂、灰尘等,它们都将妨碍钎料在母材上的铺展和填缝,并对真空钎焊炉造成不必要的污染,因此为保证真空钎焊的顺利进行,真空钎焊前需对待焊零件进行必要的表面准备。零件表面准备的过程主要是清除表面的油污、灰尘和氧化物,此外在某些情况下,为保证真空钎焊质量,还需对钎焊材料表面进行镀膜处理。
1.1.1  零件表面油脂及有机物的去除
    零件上的所有有机物在真空钎焊加热时都会放出气体,并可能在零件表面留下影响钎料润湿的残留物,因此表面油脂及其他有机物如油漆、记号笔印迹、划线蓝色等均应清除。   
   清除表面的油脂和脏物,可采用下列多种方法:
(1)有机溶剂清洗或擦洗;
(2)有机溶剂蒸气中清洗;
(3)水基去油溶液化学清洗;
(4)电化学脱脂等。在采用液体清洗时,一般可以采用超声波作为辅助清洗手段。
    对于单件和小批生产,最简单易行的方法是采用有机溶剂清洗或擦洗。一般采用丙酮、汽油、乙醇等常用溶剂。在大批生产中,可用二氯乙烷、三氯乙烷、三氯乙烯等有机溶剂除油。它们能很好地溶解油脂并容易再生。其中使用较多的为三氯乙烯,它能溶解大多数油脂和有机物且不易燃,并可采用较高的清洗温度来提高清洗效率。但对于钛、锆合金,不应采用三氯乙烯清洗,只可使用非氯溶剂。零件清洗时可以采用溶剂中浸洗、溶剂蒸气清洗及复合方法完成。浸洗一般用于小零件及表面油浩严重的零件,蒸气清洗多用于大件及表面油污较轻的零件。浸洗和蒸气清洗结合进行的复合清洗方法效果会更好。
    采用水墓溶液化学除油也是清除表面油污常用的方法,使用的溶液包括碱类水溶液或专用水基去油剂水溶液。采用水基溶液清洗时配合超声波一起使用,可以达到更好的效果。水基溶液清洗操作过程简单,成本低廉,效果较好。其缺点是溶液有时需要加热,用后难以再生,对某些金属具有腐蚀作用需进行干燥处理等。选择化学除油方法需考虑到零件基体对溶液的适应性。
    表1-1给出了常用的化学去油溶液的成分。另外采用市售的除油剂可以起到很好的效果,如LXF-52除油剂可以在常温起到很好的除油效果,同时具有一定的缓蚀作用。
    对于零件表面的油漆、记号笔印迹、划线蓝色等通常采用化学溶剂擦洗去除,常用溶剂为无水乙醇、丙酮、汽油等,一般需在除油之后进行。对于较厚的油漆有时需采用机械
方法去除。
1-1常用化学去油溶液的成分及用途
序号
溶液成分/(g/L )
工艺参数
适用材料
1
    氢氧化钠30~50,碳酸钠50~70,磷酸钠50~70,硅酸钠10~15
  溶液温度80~100℃,浸洗时间20~40min
结构纲及
不锈钢
2
氢氧化钠10~15,碳酸钠20~50,磷酸钠50~70,硅酸钠5~10
溶液温度70~90℃,浸洗时间1~30min
铜及铜合金
3
碳酸钠40~70,磷酸钠10~20,硅酸钠20~30
溶液温度60~70℃,浸洗时间3~5min
铝及铝合金
4
氢氧化钠10~20,碳酸钠25~30,硅酸钠5~10
溶液温度60~70℃,浸洗时间3~5min
镍及镍合金
1.1.2  表面氧化膜的去除
    零件表面氧化物的去除可根据零件材料、氧化膜厚度和精度要求采用机械清除和化学清洗的方法。
    机械清除有多种方法,可用锉刀、刮刀及砂纸打磨等,但生产效率很低,只适用于单件或小批生产。用金属丝刷、金属丝轮、砂布轮、砂轮打磨清理,效率稍高,适用于小批生产。对于大面积及大批量生产的零件,可以采用吹砂清理,吹砂清除效率较高,一般用于黑色金属、镍基合金等。吹砂及砂纸打磨后的零件表面会残留或嵌有一定的砂粒,钎焊时会影响钎料的润湿,应进行清除,可采用超声波清洗、溶剂擦拭等方法去除。对于铜、铝合金等较软的有色金属,不宜采用砂纸打磨或吹砂清除表面氧化膜。
    除机械清除外,最常用的还有化学浸蚀的方法,即采用酸洗或碱洗的方法去除表面氧化物。与机械清除相比,化学浸蚀的优点是生产效率高,清除效果好,质量容易控制,特别是对于铝、镁、钛及其合金。因此,它是大量生产中主要采用的方法。但其工艺过程控制较复杂,设备及器材的成本较高,废液处理不当易造成环境污染。
    对于不同的材料,由于其表面氧化膜性质不同,使用的化学溶液也不同。即使同一材料,也往往有多种溶液配方。对于钢、镍基合金、铜合金、钛合金等一般需进行酸洗,而对于铝合金、镁合金等需要进行碱洗,然后在酸性溶液中进行钝化处理。典型化学清洗配方及用途见表1-2。
  钎料表面的氧化膜也可以采用化学浸蚀的方法去除,钎料表面氧化膜化学浸蚀溶液配方可参考与其成分接近的基体材料所用溶液配方,但对于薄带状钎料,由于其尺寸较薄,需考虑化学浸蚀对钎料尺寸的影响,并采取相应的工艺措施进行补偿。
 
 
1-2 零件表面氧化膜典型化学清洗配方及工艺
序号
溶液配方及工艺
适用材料
1
10%H2S04,或10%HCl水溶液,40~60℃,10~20min
碳钢
2
5%~10%H2S04,2%~10%HCl水溶液,0.2%缓蚀剂,20℃,2~10min
碳钢
3
100g/LNaOH水溶液,40~60℃,1~3min碱洗;15%HNO3水溶液钝化
铝合金
4
20~35g/LNaOH,20-30g/LNa2C03水溶液, 40~60℃, 2min碱洗,然后钝化
铝合金
5
50~100g/LNaOH,30~50g/LNaF,40℃,1~3min碱洗,然后钝化
铝合金
6
5%~10%H2S04,室温,10~20min;
或H2S04:HN03:H20=2.5:1:0.75溶液中浸洗10~15s
铜、黄铜、
锡青铜
7
先在热水溶液中清洗,然后在15~37s/L重铬酸钠和4%H2S04溶液中清洗
铬青铜、
铜镍合金
8
10%H2S04,15%HCl,5%HN03,余量为水,温度100℃,时间30s,然后
用15%温度100℃、时间10s进行光泽处理
不锈钢
9
10%HN03,6%H2S04,50g/LHF水溶液,20℃,l0min
不锈钢 
10
15%HN03,50g/LHF,85%H20,室温5~10min,热水洗涤,烘干
不锈钢
11
H2S04 80~100g/L,HN0370~80g/L,HF 40~50g/L,余量为水,45~60℃,90~150min酸洗—冷水冲洗—Na2C03 75~100g/L;NaOH 50~70g/L,Na3PO4·12H20 5~10g/L,余量为水,≤80℃,1~3min中和一冷水冲洗
高温合金
12
H2S04100mL,HFl50mL,H201000mL,20~30℃,20~30min酸洗,然后中和,中和液同上
高温合金
13
每升溶液中HN0355~60mL,HCl 340~350mL,HF5mL,余量为水,室温,10~15min
钛合金
14
每升溶液中HN0355~60mL,HCl 200~250mL,NaF 50g,余量为水,60~70℃,1~2min
钛合金
 
1.1.3  表面镀覆
    真空钎焊前对零件表面镀覆金属是一项特殊的钎焊工艺措施,一般是基于简化真空钎焊工艺或改善真空钎焊质量的要求,但在有些情况下是实现零件良好真空钎焊的主要技术途径。从零件表面镀覆金属层的功用看可分为三类:工艺镀层、防护镀层和钎料镀层。镀覆金属的工艺方法有电镀、化学镀、热浸镀、压覆、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积等多种方法。表6-3中给出了一些真空钎焊工艺中需要表面镀覆金属的例子。
    工艺镀层主要用以改善或简化真空钎焊工艺条件,多用于表面易被氧化或表面氧化膜稳定,在特定真空钎焊工艺条件下不易被钎料润湿的母材,如表6-3中1~4项。镀覆的金属一般为真空钎焊工艺性好的金属,如镍、铜、金、银等,表面镀覆后,可以在相对较低的真空钎焊工艺条件下获得良好的钎焊接头,提高接头质量和质量稳定性。通过镀覆后还可以实现常规真空钎焊工艺条件下钎料难以润湿的材料,例如陶瓷、钨、钼材料,以及异种材料之间的顺利钎焊连接。为提高接头强度,零件上的工艺镀层多数情况下应被钎料全部溶解。
    防护镀层的作用在于抑制真空钎焊过程中可能发生的某些有害反应。例如,在钎料作用下母材的自裂、钎料与母材生成脆性相以及母材成分和性能的变化等,如表1-3中的5~7项。为了起到较好的隔离防护效果,希望镀层能被钎料很好地润湿而溶解反应程度要小。
1-3真空钎焊表面镀覆及金属及其功用
序号
母  材
镀覆金属
镀覆工艺
功     用
1
不锈钢
铜、镍
电镀、化学镀
改善钎料润湿性,铜可作为钎料
2
高温合金
电镀、化学镀
改善钎料润湿性
3
钨、钼
镍、铜
电镀、化学镀
改善钎料润湿性
4
陶瓷、玻璃
铬、铜、银
PVD
改善钎料润湿性
5
钼、铌
电镀、PVD
防止生成脆性层
6
黄铜
电镀、化学镀
防止锌挥发
7
可伐合金
电镀、化学镀
防止母料材开裂
8
铝合金
铝硅和金
压覆、复合轧制
用作钎料
9
电镀、化学镀
用作钎料
10
镍、铜
电镀、PVD
用作钎料
 
    镀层也可直接作为钎料,如表1-3中的8-10项。以镀层形式实现钎料的添加主要出于如下目的:一是简化钎料的添加工艺,在大面积、多钎缝结构的真空钎焊生产中简化钎料的添加、固定真空钎焊工艺,提高生产效率,如铝合金热交换器的真空钎焊时采用复合钎焊板等;二是实现钎料用量的精确控制,在钎料用量要求很小的情况下实现钎料的精确添加;三是实现难制备钎料的可靠添加,如难以加工成箔带钎料的大面积添加等。钎料镀层包括单组元或多组元钎料,多组元钎料需通过多层镀膜或合金镀膜的工艺来实现,有时也可在加热过程中与母材反应生成液态的钎料,如铜表面镀银的共晶反应钎焊等。
1.1.4  表面制备后零件的保存
    对经过脱脂、清除氧化物或已预镀覆金属等表面制备后的零件保存,应遵循两条原则:
(1)应尽量缩短存放时间,尽快完成真空钎焊。缩短存放时间,意味着减少零件重新被污染和被氧化的可能性,有利于保证钎焊质量,特别是对于铝合金等表面易被氧化,及对表面制备要求较高的工件,缩短存放时间尤为重要,一般不超过24小时,具体可联系:蔡东俊。电话:13905275926。
(2)在真空钎焊前零部件在存放中必须保持零件的清洁。由于零件在表面制备后转入钎焊之前,必须经历运送、装配、固定等过程,如操作不当,易造成零件的污染。为消除这种危险,应保持零件存放处的清洁,最好采用密闭的容器或经过妥善包装后再保存和运送零件。操作人员不应直接用手接触零件,接触零件应佩戴白色不起毛的棉布手套。对于要求严格的零件,应设立专门的清洁室进行零件的保存和装配,清洁室应采取特殊措施减少粉尘、油污等污染,并保证必要的温度和湿度要求。
附照片:
 
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