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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（0.0012～0.0031英寸）以充分發(fā)揮毛細(xì)作用的接合力 。但是，在某些情況下焊縫間隙大到0.6毫米（0.024 in）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。焊前有兩種主要零件的方法：化學(xué)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)谋砻娲植诙龋诖植诒砻嫔媳仍诠饣砻娓菀壮浞纸? 。

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，及（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(jìn)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 。

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。

熔填料（焊材），一般可作成棒、帶、粉、膏、霜、線和 預(yù)成型 （ 英語 ： preform ） 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

焊接氣體

由于焊接作業(yè)在高溫下進(jìn)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(hù)氣體以取代空氣 ，焊接工作常用的氣體環(huán)境（遮護(hù)氣體）是：

空氣：簡單，經(jīng)濟(jì)。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，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（低氫系，AWS type 1，“放熱作用產(chǎn)生的氣體”）：87％N 2 ，CO 2 11％-12％，5-1％CO，H 2 5-1％用于銀，銅磷、銅鋅焊料用于銅和黃銅焊接。

燃料燃燒釋放的氣體（脫碳，AWS type 1，“吸熱作用產(chǎn)生的氣體”）：70-71％N 2 ，CO 2 5-6％，9-10％CO，H 2 14-15％。用于銅、銀、銅-磷及銅-鋅焊料。用于焊接銅、銅-鎳合金， 蒙乃爾合金 （ 英語 ： Monel ） ，中碳鋼。

燃料燃燒釋放的氣體（干，AWS type 3，“吸熱作用產(chǎn)生的氣體”）：73-75％N 2 CO 10-11％，15-16％H 2 。.用于銅，銀，銅-磷，銅-鋅焊料。用于焊接銅，黃銅，低鎳合金， 蒙乃爾合金 （ 英語 ： Monel ） ，中、高碳鋼。

燃料燃燒釋放的氣體（干燥，脫碳，AWS type 4）：41-45％N 2 ，C O 17-19％，38-40％H 2 。用于銅、銀、銅-磷、銅-鋅焊料。用于焊接銅，黃銅，低鎳合金，中、高碳鋼。

氨（AWS類型5）：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 （ 英語 ： Monel ） ，中、高碳鋼和鉻合金。

氮+氫，低溫或純化（AWS type 6A）：70-99％N 2 ，H 2 1-30％。用于銅，銀，鎳，銅-磷，銅-鋅焊料。

氮+氫+一氧化碳，低溫或純化（AWS type 6B）：70-99％N 2 ，H 2 2-20％，1-10％CO用于銅，銀，鎳，銅-磷，銅-鋅熔填料。用于焊接銅，黃銅，低鎳合金，中，高碳鋼。

氮，低溫或純化（AWS type 6C）：非氧化性，經(jīng)濟(jì)性。在高溫下能與某些金屬，如某些鋼材，形成氮化物。用于銅，銀，鎳，銅-磷，銅-鋅焊料。用于焊接銅，黃銅，低鎳合金，蒙乃爾，中，高碳鋼。

氫（AWS type 7）：強力脫氧劑，高導(dǎo)熱性?？捎糜阢~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（各種揮發(fā)性氟化物，AWS type 8）：特殊的目的?？梢曰旌螦WS 1-5氣體使用以更換助焊劑。用于銀焊黃銅。

稀有氣體（通常是氬氣，AWS type9）：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。

稀有氣體+氫氣（AWS type 9A）

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)。

常用技法

火炬焊

火炬焊是目??前最常用的機械化焊接方法。最好是用在小批量生產(chǎn)或?qū)０缸鳂I(yè)。在一些國家，它占了焊接作業(yè)絕大多數(shù)?；鹁婧钢饕腥N類別： 手工，機械和自動焊焊炬。

手工火炬焊 （ 英語 ： Manual torch brazing ） ，系應(yīng)用氣體火焰的熱量在靠近接頭處焊接。火炬可以是手持或夾持在固定的夾具，這取決于是全手工操作或有一定程度的自動化。手工焊是最常用的少量生產(chǎn)方式或在應(yīng)用于無法采其他焊焊方法的情形。 主要缺點是高勞動成本與焊接品質(zhì)極度依賴焊接人員技術(shù)。使用助焊劑或自熔性材料以防止氧化。

機械火炬焊（Manual torch brazing）通常用在重復(fù)性大量的焊街作業(yè)。這種方法是針對填放硬焊材料、助焊劑和夾具的部分混合自動和手動操作方是以進(jìn)行實際的焊接。 這種方法的優(yōu)點是，它減少了手工焊對大量勞動力和高技能的要求。這種方法需要使用助焊劑，因為沒有保護(hù)氣體，這是最適合中小批量的生產(chǎn)方式。

自動火炬焊 （ 英語 ： Automatic torch brazing ） 省去了手工勞動，在焊作業(yè)，省去裝卸熔填料的作業(yè)。這種方法的主要優(yōu)點是：生產(chǎn)效率高，焊接品量均勻，降低成本。采用的設(shè)備基本是相同于機械焊接的機具，主要的區(qū)別是以機械取代人工操作。

熔爐焊

熔爐焊是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)焊接的半自動化焊接方式，因為它適于大規(guī)模生產(chǎn)和使用非熟練技工。熔爐焊比起其他加熱方式有許多優(yōu)點利于大規(guī)模生產(chǎn)。一個主要優(yōu)點是它可以輕易的夾固（jigged）或自我定位以產(chǎn)生大量的小部件。 熔爐焊加工過程入熱控制容易（允許使用的零件，局部加熱可能扭曲）且焊焊后無需。熔爐焊常見的焊接氣體包括：惰性氣體，減少大氣壓或真空以保護(hù)焊道避免氧化。一些其他優(yōu)點包括：低單位成本，可大規(guī)模生產(chǎn)，精確的溫度控制，并能夠在一次焊多個接頭。使用電爐加熱或電、瓦斯、油的加熱類型取決于爐的形式和應(yīng)用。熔爐焊的缺點包括：高資本設(shè)備的成本，焊接設(shè)計較困難和高耗能。

主要有四種類型的爐用于焊焊操作：批次式、連續(xù)、Retort型和真空爐。

“批次式爐”具有相對較低的初始設(shè)備成本和每個工件較低的熱負(fù)荷。它能夠隨著使用與否而開啟或關(guān)閉，在不使用時可降低營運費用。這種些爐通常適合中到大批量生產(chǎn)，并提供了可焊接類型很大的靈活性。 無論是控制氣體或流量可以用來控制工件的氧化和清潔。

“連續(xù)式爐”最適合處理以類似大小的工件連續(xù)通過焊爐的焊接作業(yè)。 這些工件往往是用輸送帶送入熔爐，控制工件通過加熱區(qū)的速度。這些爐提供的優(yōu)點是紙需少量，最適合于大規(guī)模生產(chǎn)。

“Retort”不同于其他批次式爐在于Retort爐利用一個密封襯套。Retort一般用密封墊圈或焊死，以充滿焊接氣體并以外部加熱，然后用常規(guī)的加熱元件。 由于涉及高溫，Retort通常由耐熱合金制成以抗氧化作用。Retort爐往往用于批次或半連續(xù)加工。

“真空爐”為預(yù)防氧化采用真空爐相對是一個比較經(jīng)濟(jì)的方法，最常用于焊焊材料為具有非常穩(wěn)定氧化物（鋁，鈦和鋯）焊爐內(nèi)不存在氣體。真空焊大量使用與耐火材料與特殊組合的合金材料不適合其他焊接氣體環(huán)境。由于缺乏助焊劑或還原氣體，零件清潔是至關(guān)重要的，當(dāng)在真空焊焊。三種主要類型的真空爐主要有：單壁熱反射，雙層熱反射，冷壁反射。典型的真空焊壓力范圍從1.3至0.13帕斯卡（10 to 10 Torr）到0.00013Pa（10 Torr）或更低。 真空爐是最常見的批次式生產(chǎn)方式，它適于中，高產(chǎn)量。

銀焊

銀焊是采用銀合金的填充物。這些銀合金由許多不同比例的銀和其他金屬構(gòu)成，如銅，鋅和鎘。

銀焊廣泛應(yīng)用于將硬質(zhì)合金（硬質(zhì)合金、陶瓷、金屬陶瓷和類似材料）鑲嵌在工具（如鋸片等）上的技巧?！癙retinning”往往做到：焊料合金熔化到硬質(zhì)合金尖，這是擺旁邊的鋼鐵和重熔。預(yù)先沾焊銀以解決硬質(zhì)合金難以浸潤的問題。

銀焊硬質(zhì)合金接頭通常是二至七個密爾（mils，1/1000 In）厚。銀焊合金的接合和補償?shù)膮^(qū)別在于他們的擴張速度。此外，它還提供了硬質(zhì)合金尖和硬鋼之間的緩沖，以防止端部（刃口）損壞，就像避震器懸掛在車輛上有助于防止損壞的輪胎和車輛一樣。最后銀焊合金接合其他兩種材料形成一個復(fù)合結(jié)構(gòu)，就像層層疊合的木材和黏膠所形成的三夾（膠合）板。

在許多行業(yè)硬焊的連接強度標(biāo)準(zhǔn)為：接頭強度須強于母材。因此當(dāng)受力時，母材應(yīng)較接頭先破壞。

一種特殊的銀焊的方法稱為針腳焊（pinbrazing或pin brazing）。它特別是用于連接電纜，鐵路軌道或陰極保護(hù)裝置。該方法將銀和助焊劑熔融倒入插入電纜的針腳孔眼里。

銅焊

填角焊接頭

銅焊是利用熔融涂布助焊劑的青銅或黃銅焊條以接合鋼工件。銅焊所需的設(shè)備基本上與其他硬焊方法相同。由于銅焊通常需要較多的熱量，常用乙炔或甲基乙炔-丙二烯瓦斯（methylacetylene-propadiene gas MPS）作為加熱的氣體燃料。美國焊接學(xué)會指出， Braze welding 這個名字來源基于沒有使用毛細(xì)作用此一事實。

銅焊較熔焊具有許多優(yōu)點。它允許接合不同的金屬，以減少熱變形，并能減少大范圍預(yù)熱的需求。此外，由于焊接過程被接合的金屬不熔化，零件得以保留其原來的形狀，零件輪廓不會變形且保持邊線棱角不會損壞成為圓角。銅焊的另一個效應(yīng)是可減少其他熔焊方式經(jīng)常出現(xiàn)的積蓄內(nèi)應(yīng)力。這對大型鑄件的修復(fù)是非常重要。缺點是受到高溫將損失強度無法承受高應(yīng)力。

硬質(zhì)合金，金屬陶瓷和陶瓷等材質(zhì)刃尖常以銅焊焊接于鋼片以制造帶鋸。

鑄鐵焊

鑄鐵的焊接，熔填料通常采用鎳然而鑄鐵焊條也可以使用。球狀石墨鑄鐵管也可使用摩擦焊（cadwelded）焊接。管線接頭接合程序首先以一小段銅絲接地至裸露的金屬，鐵管對正軸心平行對接以合成橡膠管墊片密封。這么做的目的是利用電力在寒冷的氣候沿銅線保持地下管道溫暖。

真空焊

真空焊是一種金屬接合技術(shù)，具有下列優(yōu)點：極為干凈，優(yōu)越，熔填焊道高可靠度、高品質(zhì)。這個加工程序程可能很昂貴，因為它必須在真空腔操作。工件在真空中加熱時溫度將保持均勻度，由于加熱和冷的卻循環(huán)緩慢故大大減少了殘余應(yīng)力。此一加工特性反而顯著提高材料在高溫下的機械性性能和力學(xué)性能，從而提供獨特的熱處理能力。如此在所有在每一爐的焊接，金屬接合過程將對工件施以熱處理或時效硬化作用。

真空焊往往是一爐一爐的批次進(jìn)行，這意味著整個工件的幾個接頭可一次加溫到焊接度。真空焊對工件加熱只能使用輻射熱，因為許多其他方法（如熱對流）不能用在真空狀態(tài)。

浸焊

浸焊尤其適用于焊接鋁因為空氣將被排除，從而防止形成氧化物。夾固要接合的部位，將要焊接的部分浸入熔融態(tài)的融鹽中（通常是氯化鈉，氯化鉀和其他化合物），熔融態(tài)的融鹽具有傳熱介質(zhì)和助焊劑兩種功能

加熱法

焊接作業(yè)有許多方法可用來加熱。選擇加熱方式最重要的考慮因素是焊道內(nèi)的傳熱效率與個別母材的熱容量。接頭的幾何形式、速度和生產(chǎn)數(shù)量也是重要的考慮因素。依據(jù)焊接加熱的方法分類下面是一些最常見的加熱法：

火炬

熔爐

電感應(yīng)

浸焊

電阻焊

紅外線

電子束和激光

優(yōu)缺點

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(jìn)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(dá)到防護(hù)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。

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。

熔填料

多層疊合的金屬包覆著焊料。其芯材往往是銅，它的作用是作為承載著合金并吸收因機械應(yīng)力如不同金屬間因熱膨脹系數(shù)產(chǎn)生的熱應(yīng)力。并作為一種擴散屏障（如停止擴散鋁、鋁青銅焊時）。

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(jìn)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(jìn)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-磷 ：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-磷 ：像銅-磷，更好地改進(jìn)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。

參考資料

其他參考

Groover, Mikell P. Fundamentals Of Modern Manufacturing: Materials Processes, And Systems 2nd. John Wiley & Sons. 2007. ISBN 9788126512669.

Schwartz, Mel M. Brazing. ASM International. 1987. ISBN 9780871702463.

延伸閱讀

Fletcher, M.J. “Vacuum Brazing”. London,: Mills and Boon Limited. 1971. ISBN 026351708X.

P.M. Roberts, "Industrial Brazing Practice", CRC Press, Boca Raton, Florida, 2004.

Kent White, "Authentic Aluminum Gas Welding: Plus Brazing & Soldering." Publisher: TM Technologies, 2008.

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