美国哈里斯银铜焊条铜 - 磷合金在铜钎焊时的优点—银焊片/银焊条/银焊丝/银焊粉/钎焊材料/钎焊料/银焊膏/铜铝焊接/铝焊条/药芯铝焊丝等
铜 - 磷合金在钎焊铜的时候表现出的自熔特征仅是这类合金家族的优点之一。
铜 - 磷钎料合金主要用来焊接铜金属,特别是制冷,空调铜管和电导体。尽管铜- 磷合金和银- 铜- 磷合金最初是在1914 年在美国取得专利权的,但是至到第二次世界大战后才得以广泛应用。在那个时期,新的制冷剂代替了氨并推动了铜在日益增长的空调市场(包括家居,办公室及其他工作场所)的大量使用;其实这要归功于Westinghouse 公司,因为在第二次世界大战后其对铜- 磷系统的研究工作使空调制冷业得到快速发展。
磷在铜 - 磷合金中的作用?
降低铜的熔解温度(温度抑制剂)
在液态下增加铜的流动性
和铜在一起的时候起到还原剂或是钎剂的作用
降低铜的延展性
磷在降低铜的熔解度上起到了很大的作用;铜转变为液态的熔解度根据磷的含量不同而不同。当加热至熔解度时钎料合金完全变为液态,而当合金冷却至此温度下则完全转为固态。磷在铜 - 磷合金中主要的副作用就是降低了铜的延展性。磷含量在8-8.5% 的时候,钎料合金在热及冷却的状态下都难以成型,尤其是是冷成型。磷在较高含量下获得的任何性能都会被其制造成本相抵消。
有说银可以提高铜 - 磷合金的延展性,这其实是一误解;银在这个合金里扮演着与磷相似的角色。银的加入降低了铜的熔解度但却也减弱了其延展性;不过幸运的是,银对铜的延展性的影响不管从比率上还是程度上都远小于磷,因此利用银具有降解温度的特性,可以选择与铜- 磷合金有相似熔解度的银- 铜- 磷钎料,但后者却含有较少的磷。实际上,含量较少的磷反而会使合金更具延展性,而非银的加入所造成的。
同样,铜 - 磷合金和银- 铜- 磷合金的流动性也遵循与延展性相似的特性。随着磷含量的增加,液态合金的流动性也相应得到了增加。流动的合金需要与之相配的毛细管作用空间以得到毛细吸引保持住其液体状态。随着银的加入,磷的用量可以减少,但合金熔化时其流动性较弱;因此磷含量较少的的高银钎料可以填充较大的工件间隙并生成较大的接头。根据美国焊接协会AWS 钎焊手册第二章,建议对于铜- 磷家族合金,在接头长度小于1.0 英寸时使用0.001-0.005 英寸的接头间隙,而对于接头长度大于1.0 英寸则选择0.007-0.015 英寸的接头间隙。
焊接铜与铜的时候,铜 - 磷合金呈现出的最大优点就是其自熔性;但在焊接黄铜,青铜以及其他一些特殊场合比如银,钨,钼的时候则需要借助钎剂。铜- 磷合金在连接铜与铜时所显现出的自熔性来自于磷元素所持有的对氧的吸引力。如果用氧气炬钎焊,磷会和氧气在空气及火焰中相混合。
磷在焊接中除了发生氧化反应,也与工件表面相混合。不管是发生混合作用还是氧化反应所造成的磷损失,都会导致剩余的液体在形成接头时发生性能改变。大多数情况下,变化表现为液态更粘稠了,熔解度也升高了。对于铜 - 磷钎料合金的应用,不管是丝状,条状或是预制,都必须注意减少任何磷元素氧化的可能性。磷含量任何微小的变化都会对液态金属的流动性能产生显著的影响。
近几年钎焊系统和技术发展迅速,运用现代的试验设备,使用者可以发现新的产品和技术来完善这个古老的冶金连接术的的特性,多功能性以及经济性。在过去的 100 年,包括氧乙炔炬,控制型环境炉炬焊和真空炉炬焊等许多钎焊产品和系统都得以发展。今天钎焊被广泛用于各个制造系统,包括空调制冷业,家用工具,汽车零部件,工具和机械,电子元件,船舶航空设施,农业灌溉以及商业机器。
钎焊程序
有效的焊接就是用最低的成本加热正确的工件部位达到最优的钎焊温度,这不仅涵括加热方法还有合适的加热技术,以确保填充金属的最佳流动状态。本文将重点讨论感应钎焊的应用和技术。此类钎焊的独特性征使其快速在目前的金属装配上得到广泛应用。
感应方法
感应钎焊与电阻钎焊相似,热是从电阻到电流产生出来的。 但是也有不同: 大部分钎剂可用于感应过程;因为热是电通过线圈而非母材产生的,后者部分可能对钎剂绝缘。
感应加热可以有选择的进行;允许使用者在较小的装配量或是不能对工件整体加热的情况下操作。
感应钎焊的温度通常在几秒钟就可以达到,实现了其高产性。
感应加热是利用磁场产生电阻来加热母材的。金属铁具有磁性并且电阻较高,加热起来比铜要快和容易许多。所有金属都可以进行感应钎焊。近年通过对复杂的锻造和冲压工序进行重新设计,使得可以进行成批生产工艺制造;这些新设计就是成本降低的主要因素。
感应加热在焊接中已经被证明是有价值的辅助。它允许快速局部加热,以最小的强度损失连接高强度的元件。准确的加热控制可有效地进行持续的焊接。感应加热对生产线的适应能力使得工件在装配上可进行有策略的布局,如有需要也可通过电子遥控进行加热和控制,比如脚踏开关控制。
过程
钎焊不仅仅是在接头间隙熔解填充金属,接头必须正确设计并达到要求的公差值,以使填充金属得以正常流动;必须完全清除母材上的氧化物以提供充足的湿润性,防止其表面再度氧化;必须选择合适的填充金属进行正常的熔解才能保证毛细管流动。感应钎焊的热是靠在交变磁场中产生感应电流的电阻热来实现的过程。比如说,工件的钎焊处位于循环加热的感应线圈产生的高频交变磁场中,由感应电流的产生电阻热对工件予以加热。每一焊接工作都需要高频电流和合适的感应线圈。
当实施操作时,感应器控制整个循环加热系统,钎焊变为一个按钮式焊接工序。往往只需要几秒钟的加热,要焊接的工件就迅速连接在一起,因此感应钎焊适应于大批量生产制造,但也因为其加热特性对于某些特殊的场合也是适用的。钎料合金在高温下熔解产生高强度接头。可以用感应钎焊进行连接的金属包括碳及合金钢,不锈钢,铸铁,铜及铜合金,镍及镍合金还有含一定量铝的合金。
大部分钎料的形式为丝,带和粉状,另外有延展性的预制合金也可以以垫圈和环存在。为了控制钎料的使用量,预制合金允许预先装配,这样可以节约合金并产生统一的接头。一个好的预制合金应该和工件彻底接触以保证熔解顺利进行并达到合适的温度。