理论教育 软钎焊接机理解析

软钎焊接机理解析

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:钎焊时,因钎料呈熔融状态,所以在洁净的母材表面无须加多大的压力即可发生润湿。所以,钎焊前必须将妨碍熔化钎料和母材原子接近的氧化物和污垢彻底清除。图6.1-3金属晶格点阵模型图6.1-4钎焊时金属的扩散如图6.1-4所示,在钎焊过程中,液态焊料在母材上发生润湿后伴有扩散现象,钎焊后冷却时,在钎焊处将形成由钎料层、合金层和母材组成的接头结构,使两块金属结合为一体,实现了金属之间的钎焊。

软钎焊接机理解析

以锡铅焊料焊接铜等金属为例,钎焊时焊料在金属表面产生润湿,作为焊料成分之一的锡向母材金属中扩散,在界面上形成合金层,使两者结合在一起。

一个焊点的形成主要经过3个过程:熔融焊料在被焊金属表面润湿;熔融焊料在被焊金属表面扩散;熔融焊料通过毛细管作用渗透焊缝,与被焊金属在接触面上形成合金层。

一、润湿

润湿指液体与固体发生接触时,液体附着在固体表面或渗透到固体内部的现象,此时对该固体而言,该液体叫做润湿液体。润湿是一种表面现象,当熔融的钎料在母材金属表面上进行充分扩散,会在母材表面留下连续、持久的膜层。

不同的液体和固体,它们之间相互作用的附着力和液体的内聚力不同,其合力就是液体在固体表面漫流的力。当力的作用平衡时流动就停止,液体和固体交界处形成一定的角度,这个角度称为润湿角。如图6.1-2所示,润湿角θ的范围是0~180°,θ角越小,润湿越充分,一般以90°为是否润湿的分界角度。

图6.1-2 润湿角

锡焊过程中,熔化的锡铅钎料和焊件之间的作用,正是润湿现象。如果钎料能润湿焊件,说明它们之间可以焊接。观测润湿角是判断锡焊是否良好的条件之一,润湿角越小,焊接质量越好。一般来说,焊点润湿角20°~30°为良好的润湿,焊点为合格的焊点。

在常温下,要想把两块表面洁净的固体金属结合起来,必须施加能使金属产生塑性形变的力。而在高温下,金属原子运动将加剧,这时即使施加很小的压力,两种金属也会很容易地结合起来。钎焊时,因钎料呈熔融状态,所以在洁净的母材表面无须加多大的压力即可发生润湿。只要表面没有氧化物、污垢等,钎料的原子就可以自由地被吸引,到达与母材金属原子相结合所需要的距离。所以,钎焊前必须将妨碍熔化钎料和母材原子接近的氧化物和污垢彻底清除。

降低钎焊时熔融焊料的表面张力,可以提高焊料对被焊金属的润湿能力,降低焊料表面张力的最有效手段是钎焊时使用助焊剂

二、扩散

锡焊就其本质来说,是钎料与焊件在其界面上的扩散。(www.daowen.com)

如图6.1-3所示,金属原子通常以结晶状态排列,原子间作用力的平衡维持晶格的形状和稳定。晶格中金属原子不断进行热振动,当温度达到足够高时,就能从一个晶格向另一个晶格移动,这种现象称为扩散。

图6.1-3 金属晶格点阵模型

图6.1-4 钎焊时金属的扩散

如图6.1-4所示,在钎焊过程中,液态焊料在母材上发生润湿后伴有扩散现象,钎焊后冷却时,在钎焊处将形成由钎料层、合金层和母材组成的接头结构,使两块金属结合为一体,实现了金属之间的钎焊。

三、合金层

要得到良好的钎焊效果,钎料和母材必须发生能形成牢固结合的冶金反应,生成一定的合金层。这个合金层是在钎料和母材界面上生成的,也称界面层。

如图6.1-5所示,在钎焊时,钎料和母材相互扩散,其扩散模式随母材和钎料合金的特性、母材金属的结晶形式、钎焊条件等的不同而不同。扩散使钎料和母材界面上形成一种新的金属合金层,该合金层是一种既有化学作用又有冶金作用的特殊层,将钎料和焊件结合成一个整体,实现金属之间的钎焊。

图6.1-5 结合层

理想的钎焊过程中生成的结合层厚度为1.2~3.5μm,此时,结合层的强度较高,导电性能较好。

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