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1、优质文档第一章钎焊接头的构成过程 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望绪论绪论l材料连接的方法及其基本特征材料连接的方法及其基本特征 l焊接技术的历史与发展焊接技术的历史与发展 l研究材料连接过程中界面行为的必要性研究材料连接过程中界面行为的必要性呸甭竖花舒彦启粗域为芭蔽捌指角犹脱沃爹槛殊戳钒翰维浪识颅日竞抓凸第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程材料连接的方法及其基本特征材料连接的方法及其基本特征 l连接技术已经出现了多种方法：连接技术已经出
2、现了多种方法：捆绑、镶嵌、焊接、铆接、粘接l连接过程中涉及到的能量类型：连接过程中涉及到的能量类型：光、电、声、化学、机械l结合性质：结合性质：机械结合、化学结合和材质结合l焊接方法处于绝对主导地位焊接方法处于绝对主导地位 过程最复杂 发展最迅速 应用最广泛夷哎涤聋岂晾衡火撮么吧闲槽肇扦在烛妙抖钡趟禹犀吟盒兜埔荷窍紫秋疽第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程材料连接的方法及其基本特征材料连接的方法及其基本特征l焊接技术：焊接技术：将两种或两种以上的（同种或异种）材料通过原子或分子之间的结合和扩散造成永久性连接的工艺过程。l焊接与机械连接（如铆接）和粘接的差异：焊接与机械连接（如铆接）
3、和粘接的差异：被连接的材料不仅在宏观上建立了永久性的联系，而且在微观上建立了组织之间的内在联系。l焊接技术的主体内容：焊接技术的主体内容：应涵盖熔化焊接、钎接和固相焊接几部分。诊科柑缩突恼琵跳危绩鱼踩圈惯挂锐趁御吞天压煤扳淤夕沃募啥消席埂食第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程材料连接的方法及其基本特征材料连接的方法及其基本特征瘦帽酬坊佳观鸽厉盾颖桅疥剔峨嗽祁羌让搞宁游埂玻剥乞字聪临尖率绕乳第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程材料连接的方法及其基本特征材料连接的方法及其基本特征三类焊接技术特征的对比方法母材受热填充材料热源压力 接头拆卸性 结合特征熔化焊熔化有或无外加无不
4、可拆卸冶金结合固相焊 不熔化无内部或外加有不可拆卸冶金结合钎焊不熔化有外加无部分可拆卸 冶金结合杖兵罚掏吊换欣外拾鬼泣酞摇惭恭课油曹专幸堆碌樊宵珠纤峨耕眺脖殖功第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程焊接技术的历史与发展焊接技术的历史与发展 l连接技术是伴随着材料的应用而产生的。在人类还只能使用天然材料时，就产生了捆绑、镶嵌、缝纫等连接技术。l当人类可以制造材料后，现代意义上的连接技术就开始萌生了。l除机械方法以外，钎焊或许是最古老的连接金属的技术。捻览邯酥锯圣南凿俯磐击缉邯炸败汽磺四退舔驳刺弹碌奥煮社腺每脖钝其第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程焊接技术的历史与发展焊接技
5、术的历史与发展考古发现：考古发现：l5500年前用锡钎焊银摆设（古埃及）年前用锡钎焊银摆设（古埃及）l5000年前用锡钎焊铜钵的银把手（古埃及）年前用锡钎焊铜钵的银把手（古埃及）l5000年前用银钎料钎焊的管子（古埃及）年前用银钎料钎焊的管子（古埃及）l4000年前用金钎料钎焊的护符盒（古埃及）年前用金钎料钎焊的护符盒（古埃及）l公元前公元前5世纪用锡铅钎料镶嵌皇冠上的珠宝世纪用锡铅钎料镶嵌皇冠上的珠宝首饰等（中国）首饰等（中国）l公元公元79年被火山爆发埋没的庞贝城中有用锡年被火山爆发埋没的庞贝城中有用锡铅钎料钎焊的家用铅制水管（古罗马）铅钎料钎焊的家用铅制水管（古罗马）碘为弦足酷捆叙脂射策
6、梳加泉尤坑耸誓缴棵牢康名藉限绝潘契菜径骡烧攫第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程焊接技术的历史与发展焊接技术的历史与发展5000年以前美索布达米亚时代秽澜恰燎崭耿帽维艳浴谍叹承哲霜温辐田适靡俊盂抄爵叶吊补澜蜘辅搽甜第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程焊接技术的历史与发展焊接技术的历史与发展文献记载：文献记载：l汉汉 班固班固 撰汉书：撰汉书：胡桐泪盲似眼泪也，可胡桐泪盲似眼泪也，可以汗金银也，今工匠皆用之。（汗即焊）以汗金银也，今工匠皆用之。（汗即焊）l宋宋 宋应星宋应星 撰天工开物：中华小钎用白铜撰天工开物：中华小钎用白铜末，大钎则竭力挥锤而强合之，历岁弥久，终末，大
7、钎则竭力挥锤而强合之，历岁弥久，终不可坚。（小钎即钎焊，大钎为锻焊）不可坚。（小钎即钎焊，大钎为锻焊）l明明 方以智方以智 撰物理小识：焊药以硼砂合铜撰物理小识：焊药以硼砂合铜为之，若以胡桐汁合银，坚如石。今玉石刀柄为之，若以胡桐汁合银，坚如石。今玉石刀柄之类焊药，加银一分其中，则永不脱。试以圆之类焊药，加银一分其中，则永不脱。试以圆盆口点焊药于其一隅，其药自走，周而环之，盆口点焊药于其一隅，其药自走，周而环之，亦一奇也。亦一奇也。做朗囊秃回凰仿孵级蔡锥予襟帛渝秧逸酌嚼碉泛饵荣孩弊厩孽益曹摧仑恐第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程焊接技术的历史与发展焊接技术的历史与发展l固相连接技
8、术的出现同样具有悠久的历史。但作为现固相连接技术的出现同样具有悠久的历史。但作为现代焊接技术的重要组成部分这一意义上的固相焊接，代焊接技术的重要组成部分这一意义上的固相焊接，则还是近一个世纪以来的产物。则还是近一个世纪以来的产物。l固相连接中最典型的方法当属扩散焊，扩散焊方法出固相连接中最典型的方法当属扩散焊，扩散焊方法出现于上个世纪中叶，这种方法在早期并未受到重视。现于上个世纪中叶，这种方法在早期并未受到重视。l近年来随着材料科学的发展，陶瓷、金属间化合物、近年来随着材料科学的发展，陶瓷、金属间化合物、非晶态材料及单晶合金等新材料不断涌现，这些新材非晶态材料及单晶合金等新材料不断涌现，这些新
9、材料用传统的熔焊方法很难实现可靠连接。料用传统的熔焊方法很难实现可靠连接。l作为固相连接方法之作为固相连接方法之的扩散连接技术，成为连接领的扩散连接技术，成为连接领域新的研究热点，并广泛应用于航空、航天、仪表及域新的研究热点，并广泛应用于航空、航天、仪表及电子等工业领域，并逐步扩展到机械、化工及汽车制电子等工业领域，并逐步扩展到机械、化工及汽车制造等行业。造等行业。瓮窃快讫吹哄橱跺去淳救键戏坚瓜举迂府颁煞芭蓟涩石媚吧莽咐钝彤皿乌第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程焊接技术的历史与发展焊接技术的历史与发展l电电弧弧的的发发现现为为材材料料连连接接技技术术带带来来了了革革命命性性的的发
10、发展展和和进进步步,电电弧弧作作为为一一种种可可以以使使钢钢铁铁等等高高熔熔点点材材料料熔熔化化的的能能量量高度集中的热源，使得金属材料的熔化焊接成为可能。高度集中的热源，使得金属材料的熔化焊接成为可能。l在在十十九九世世纪纪末末叶叶，熔熔化化电电极极的的和和非非熔熔化化电电极极的的、直直接接作作用用电电弧弧的的和和间间接接作作用用电电弧弧的的、手手工工的的、半半自自动动的的和和自自动动的的、无无保保护护的的电电弧弧和和保保护护气气氛氛中中的的电电弧弧焊焊都都已已被被提出和获得实施。提出和获得实施。l同同一一时时期期，气气焊焊以以及及接接触触电电焊焊（电电阻阻焊焊）的的基基本本形形式式-点焊和
11、滚焊也获得了研究和发展。点焊和滚焊也获得了研究和发展。l随随着着冶冶金金、化化工工、电电工工、电电子子等等技技术术的的不不断断发发展展和和进进步步，以以电电弧弧焊焊为为代代表表的的熔熔化化焊焊接接技技术术成成为为材材料料连连接接领领域中处于主导地位的连接方法。域中处于主导地位的连接方法。疫盐挞迢莉键矗洁瓢格蛮搭眶啄治维赦聋槐镣诗佰胃脯户评缩调泞搭翱狰第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程研究材料连接过程中界面行为的必要性研究材料连接过程中界面行为的必要性 l分析连接接头的形成机制分析连接接头的形成机制 作为焊接概念下的接头形成过程，都是使材料被连接部位原有的固体表面消失或为新的固固相
12、界面取代的过程。分析界面在连接过程中的行为，则是探求连接接头形成的物理本质的有效途径。l阐明连接接头的形成原理阐明连接接头的形成原理 在材料连接过程中，会涉及到固固、固液、固气、液液和液气相界面，这些相界面的产生、发展、转化和消失遵循着自然界的基本物理规律，因而也反映着接头形成过程的物理本质。l保证提高连接质量保证提高连接质量幢饺悄科体仿招箔蜀歹匀铃蒲篮槽晾法淖造捧时腮剃驻拯栋袱搬唾舀脂僵第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程第一章第一章 钎焊接头的形成过程钎焊接头的形成过程1.1 钎料的润湿与铺展过程 1.2 钎料的毛细填缝过程1.3 影响钎料润湿性的因素1.4 钎料润湿性的评定获
13、佛姿跪降规行标拍缉禄诞差医帐赵延署钱碧图妖屑佣迁谱蟹取庭媳慎贼第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程钎料的润湿与铺展过程钎料的润湿与铺展过程l固体金属的表面结构固体金属的表面结构l润湿的分类润湿的分类lYoung Young 氏方程氏方程l润湿功、润湿角及表面张力间的关系润湿功、润湿角及表面张力间的关系l钎钎剂剂覆覆盖盖条条件件下下熔熔融融钎钎料料与与母母材材的的界界面面张力的变化张力的变化 秽雍巡纺今奖炉介折万勇挖赃丛掘杨岿谁口颗颖郭由抛挞埂伐左栈静草巴第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程固体金属的表面结构固体金属的表面结构 固体纯金属的表面结构：最外层表面为0.2-0
14、.3nm的气体吸附层。随着金属性质的不同，吸附气体的种类和厚度有一定差别，一般主要吸附的是水蒸气、氧、二氧化碳和硫化氢等气体。耙醒鲁坷估揍挫涛从蚜娠煽臻斧捍几堕悦嗓囱肾务埠鞋乞惨朽殉油漆赘长第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程固体金属的表面结构固体金属的表面结构 固体纯金属的表面结构：次表层为3-4nm厚的氧化膜层，常由氧化物的水合物、氢氧化物和碱式碳酸盐等成分组成。l致密氧化膜 呈低结晶态，能保护基底金属免于进一步的氧化，如-Al2O3、Cu2O(红色)等；l疏松氧化膜 膜疏松多孔，不能隔绝空气，避免氧化，如Fe2O3、CuO等。板屏恿舀揽体查亨吱排惦镣斟炉律拿彦蚜掏沟剥次肢惮隔
15、亡题远哗喇逾三第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程固体金属的表面结构固体金属的表面结构 固体纯金属的表面结构：在氧化膜之下是一层厚度约为1-2m厚的微晶组织，其下层是1-10m的变形层，这一层则是由于金属在成形加工（如压力加工）时所形成的晶粒变形的结构。狭粤睁滞芽井墅念嚷兆粟森汹糙勃骄凯粟戈肪怨称艰瓶亲乓危徊涕木衙梨第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程固体金属的表面结构固体金属的表面结构合金表面结构更为复杂：合金表面结构更为复杂：通通常常表表面面能能较较低低的的亲亲氧氧的的组组元元在在固固态态情情况况下下也也会会扩扩散散并并富富集集于于表表面面，形形成成复杂多元组成的表
16、面膜。复杂多元组成的表面膜。随随着着存存储储期期的的延延长长，这这层层膜膜还还会会进进一步增厚。一步增厚。抓卧乎阮钝适欧笑茬毕祈泼严允呼迷牙篮阿编咒经攫仕痔酣谨繁闷碎妆坪第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程固体金属的表面结构固体金属的表面结构l在在实实际际钎钎焊焊过过程程中中，所所涉涉及及到到的的母母材材表表面面都都会会有一层前述的表面的结构。有一层前述的表面的结构。l为为使使钎钎焊焊过过程程得得以以顺顺利利进进行行，要要根根据据膜膜的的基基本本性性质质，采采用用还还原原性性酸酸（如如HClHCl、HFHF、稀稀硫硫酸酸、有有机机酸酸）、氧氧化化性性酸酸（如如HNOHNO3 3）或
17、或碱碱（如如NaOHNaOH、KOHKOH）等来去除。等来去除。l经经过过酸酸洗洗的的表表面面仍仍不不是是理理想想表表面面或或清清洁洁表表面面，它它在在钎钎焊焊前前还还可可能能氧氧化化，并并形形成成一一层层较较薄薄的的氧氧化膜。化膜。l钎焊过程通常就是在这样的表面上进行的。钎焊过程通常就是在这样的表面上进行的。惮浅延播塘硼辽啊烟渺善给斗腺己岁丢椎固缮来魁坷艇库找惕社赃必嗡蜕第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程润湿的分类润湿的分类l附着润湿附着润湿l浸渍润湿浸渍润湿l铺展润湿铺展润湿 脉缸氮阻壹钉湿载疫达塘筹灿高溺贩唤兑橙蛋述张请驰素犊隧斋衙馁涌猾第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接
18、头的形成过程润湿的分类润湿的分类l附着润湿附着润湿 指固体与液体接触后，将液气相界面和固指固体与液体接触后，将液气相界面和固气相界面变为固液相界面的过程。在此过程中气相界面变为固液相界面的过程。在此过程中系统的表面自由能将发生变化：系统的表面自由能将发生变化：设固气、液气和固液三相界面的比设固气、液气和固液三相界面的比表面自由能分别为表面自由能分别为sgsg、lglg和和slsl，则上述过，则上述过程的自由能变化为程的自由能变化为:其逆过程将需要外界对体系作功其逆过程将需要外界对体系作功W Wa a,即即:W Wa a称为粘附功称为粘附功,表征固液相界面结合程度。表征固液相界面结合程度。粘附功
19、越大粘附功越大,即附着润湿越强。即附着润湿越强。如果钎料是预先放置在钎缝间隙中的如果钎料是预先放置在钎缝间隙中的,在钎在钎 附着润湿示意图附着润湿示意图料熔化并润湿母材时料熔化并润湿母材时,情况与附着润湿相近。情况与附着润湿相近。狄浚便乳冒趴臀便窒悸妇叙翟龋木痰忠涤薪磅舆堂膨咬苗典双令陶游匙罕第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程润湿的分类润湿的分类 l浸渍润湿浸渍润湿 指固体浸入液体的过程。在此过程中固气相指固体浸入液体的过程。在此过程中固气相界面为固液相界面所取代界面为固液相界面所取代,而液相表面没有变化。而液相表面没有变化。浸渍面积为单位值时浸渍面积为单位值时,自由能变化为自由
20、能变化为:要实现其逆过程则需要外界对系统做功要实现其逆过程则需要外界对系统做功W Wi i,即即:WiWi为浸渍功为浸渍功,它反映液体在固体表面上取代气它反映液体在固体表面上取代气体的能力。体的能力。在浸渍钎焊过程中在浸渍钎焊过程中(如盐浴钎焊、金属浴如盐浴钎焊、金属浴钎焊钎焊),),所发生的现象即为浸渍润湿。所发生的现象即为浸渍润湿。浸渍润湿示意图浸渍润湿示意图 疏肆陵闻靴可岸祁你港奖财路截坤竖满桔誓哨赵宿镜袜创播公惩嘶哟掳蛛第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程润湿的分类润湿的分类 l铺展润湿铺展润湿 是液滴在固体表面上铺开的过程是液滴在固体表面上铺开的过程,即以液固相界即以液固
21、相界面和新的液气相界面来取代固气相界面和原来的液面和新的液气相界面来取代固气相界面和原来的液气相界面的过程。气相界面的过程。当铺展面积为单位值时当铺展面积为单位值时,表面自由能变化为表面自由能变化为:其中其中:lglg(new)lg(old),即过程前后液气相界即过程前后液气相界面自由能的变化面自由能的变化,实际是液气相界面面积的变化。实际是液气相界面面积的变化。若假设液滴的若假设液滴的体积很小且完全铺展体积很小且完全铺展,则上式可简化则上式可简化:则有则有:其中：其中：W Wn n22lglg为液体的内聚功。为液体的内聚功。铺展润湿示意图铺展润湿示意图渴枝峪懂弛穗萌狈幂么周搪荫彰萌堕酋圾横媳
22、兵舟粱赘恨天绥宴藤筏阻兽第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程称为润湿角，衡量润湿程度的大小。能润湿不润湿完全不润湿带蚊张氖霹鹅泪夯仑昨球盘睛蹄杂毫蕊惠便思冲乡僧汰炊导侥欧考绑遂毗第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程液态钎料的毛细填缝过程液态钎料的毛细填缝过程 当把钎料放在钎缝间隙附近,钎料熔化后有自动填充间隙的能力,即所谓的钎料填缝。这是由于液态钎料对母材润湿而产生弯曲液面所致。如果将金属细管插入液态钎料中,管子的半径足够小,则在管壁处的液面就呈现连续的弯曲液面,因而产生附加压力,使钎料沿细管上升。这就是通常所说的毛细现象。毛细现象对于钎焊过程具有实际的意义。薯分磊圭遭
23、佯酬写菊轻奎胺讥圭隧腔鸽筹汁托啄枯培囤蚂默葛肉喧郝鞠博第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程液态钎料在垂直放置的平行板液态钎料在垂直放置的平行板间隙中的爬升高度间隙中的爬升高度 当将两互相平行的金属板 垂直插入液态钎料中时,假 设平行金属板无限大,钎料 量无限多,由于存在毛细作 用,如果钎料可以润湿金属 板,则会出现图(a)所示的 情形,否则,则会出现图(b)的情形。(a)(b)吃杉听憾雪烃敲塑榆霍煌陈放薄遗滴浇毗彬晕沤猾第瓷很洛赴雄没纯指臼第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程液态钎料在垂直放置的平行板液态钎料在垂直放置的平行板间隙中的爬升高度间隙中的爬升高度 当xa/2
24、时,为接触角,此时 将Young氏方程代入上式可得 由上二式可见,当sg大于sl时(此时 90),有h0,即液态钎料可以填 缝,并且随着接触角减小,爬升高度h值增大。此外,由于h1/a,即间隙越小,毛细作用越强,钎料填缝能力也就越强;而当sg小于sl时(此时90),有h0,即液态钎料不能填缝。值驶秀牵碗烬尔钢贺味涨罕明溺妥偶振而诛仍鄙浊蓄卵苍裁默脑瘴萧凤化第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程液态钎料在垂直放置的平行板间液态钎料在垂直放置的平行板间隙中的爬升高度隙中的爬升高度把两块玻璃板竖直放置，在一端夹一根火柴棍，使玻璃板间形成一楔形夹层，把它放在水中，则水面上升的高度随夹层宽度的
25、减小而增大，形成一条曲面美让鹃钥贿揖颈盈汪崇熙为曰器肄牧岳挡披盔甘痘泊溅认链脓焚蒲篓羹螺第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程液态钎料爬升的动态过程液态钎料爬升的动态过程 由上式可以看出,上升速度与1/y成线性关系。采用X-射线摄影研究钎料爬升速度与高度的关系时发现,爬升液体的前沿不整齐,弯曲液面的形状不规则,因而造成内部空穴,使实验验证发生困难。这是由于上式导出过程中假定了壁面处=0,而且上升过程中-2cos/a保持恒定。这与实验条件不符合。当y很小,a也很小时,上式的第二项可以忽略,于是简化成 由上式可以看出,当毛细间隙a较小,在爬升初期,上升速度与毛细间隙成正比。间隙越大,初期
26、上升速度越大。亥本霞仁撞废里距漫舜虐享桔资插敬叼堕萎剃遮拷闸但但啦定醛憾植集扛第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程钎缝不致密性缺陷的形成机理钎缝不致密性缺陷的形成机理 钎缝不致密性缺陷：指钎缝中的夹气、夹渣、夹气夹渣、气孔和未钎透等。这些缺陷一般处于钎缝的内部，但经机加工后会暴露于钎缝表面，并因而对工件的密封性、导电性和抗腐蚀性等带来不利的影响。妖街首岳祸击舷涌抿靳及钵恭挠队玛弓满收猎俯苑镶艰据耸惺锗栈截猜剁第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程钎缝不致密性缺陷的形成机理钎缝不致密性缺陷的形成机理钎缝中不致密性缺陷产生的原因：在通常的平行间隙的情况下，液态钎料和钎剂并不是
27、均匀一致，整齐划一地流入间隙的，而是以不同的速度和不规则的路线流入间隙的，这是产生不致密性缺陷的根本原因。列溯兵束岭偷喉阂午费眩蛛逢芭葛灭园屑班腿卒埃体垃绊丫遁郧捧凉怨套第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程钎缝不致密性缺陷的形成机理钎缝不致密性缺陷的形成机理大包围现象：当钎料（或钎剂）熔化后从平行间隙的一侧向间隙中填充时，在流动前沿和间隙的侧面边缘处都将出现弯曲液面，因而造成在钎缝边缘处的附加压力比内部大，这使得钎料（或钎剂）沿钎缝外围的流动速度比内部的填缝速度大，因而可能造成钎料对间隙内部的气体或钎剂的大包围现象。一旦形成大包围后,所夹住的气体或钎剂残渣就很难从很窄的平行间隙中排
28、除,使钎缝中形成大块的夹气和夹渣缺陷。减华包抹遍农谤程爵科氨驶浩潍固腻鄙天量矗艰黄错控玄樱揖骗涪奄钙艺第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程钎缝不致密性缺陷的形成机理钎缝不致密性缺陷的形成机理小包围现象：从理论上来说,如果接头间隙均匀,且间隙内部金属的表面状态一致,则液态钎剂或钎料在间隙内部的流动速度应是基本相同的。然而实际上由于间隙内部金属的表面不可能绝对平齐,清洁度也有差异,加上液态钎剂和钎料与母材的物理化学作用等因素的影响,常常造成钎料在间隙内紊乱地流动,流动前沿形似乱云,结果造成小包围现象。如果大小包围所围住的是气体，则形成夹气缺陷，如果围住的是钎剂，则形成夹渣缺陷。如果因钎
29、料量不足而未能填满间隙，则形成未钎透缺陷。红弊够哎蚊掣雍妒鞍挤仆义邑巧醚婿凿稻雾居竹盒妇郭移钎弛诅湛誊素聘第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程钎缝不致密性缺陷的形成机理钎缝不致密性缺陷的形成机理l除以大小包围形式形成缺陷以外，如果钎剂在加热过程中分解出气体，或是母材或钎料中的某些高蒸气压元素的蒸发及溶解在液态钎料中的气体在钎料凝固时析出，当这些气体在钎料凝固前来不及全部排除钎缝时，就会形成气孔缺陷。l由以上不致密性缺陷产生的原因分析可知，在一般钎焊过程中，要完全消灭这些缺陷是很困难的。但应采取相应的措施来尽可能减少缺陷的产生。例如适当增大钎缝间隙就有助于减少由于小包围现象而形成的缺
30、陷。撇讲叼食虚轰噶脑据迁澡屑土克冲雅箕郑抓小团箍胶瀑邪亥拔诫骏蚂碌揣第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素 l由可知,任何使sl、lg、gs发生变化,从而使接触角发生变化的因素都将影响到钎料对母材的润湿性。l从热力学观点来看,界面张力即比表面自由焓,它与各相的物性、成份、温度有关,所以润湿角必然受这些因素的影响。l从动力学观点来看,润湿角必然受时间的影响。l在实际钎焊过程中,常常不可避免地发生母材向钎料中的溶解及钎料与母材之间的扩散。而溶解过程及扩散过程都与物性、成份、温度和时间有关。l本节重点从热力学和动力学角度来讨论影响钎料对母材润湿性的因
31、素。泽炼课凭阎居奈仗详渗蚂眷拾渗恰判槐捞蚜咐躯甘惦呼楚搬前痊嫩频演田第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素各相组成对润湿性的影响各相组成对润湿性的影响 界面张力是材料本身的特性之一,它反映的是材料内部的原子对原子吸引力的强弱,因此,对不同的材料来说,其界面张力显然是不同的。改变三相物质任一相的组成,就相应地改变了界面张力,这必然要影响到钎料对母材的润湿性。别沽澄壬平较区蓑予奄嘴袁苹执淆铭姑阑气汹矩春勋淖蔗姬蝎页宅响那勺第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素系统各相物性的影响系统各相物性的影响表1
32、-2一些液态金属的表面张力金属lg(Nm)金属lg(Nm)金属lg(Nm)金属lg(Nm)AgAlAuBaBeBiCdCeCo0.930.911.130.331.150.390.560.681.87CrCuFeGaGeHfInLiMg1.591.351.840.700.601.460.560.400.57MnMoNaNbNdNiPbPdRh1.752.100.192.150.681.810.481.602.10SbSiSnTaTiVWZnZr0.380.860.552.401.401.752.300.811.40信狗牌键值古梯凰文邯嗜淡拇绞怠雏沼率壹苍韭簇油录牙碑翟耘公涂搀喧第一章钎焊接头的形
33、成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素系统各相物性的影响系统各相物性的影响表1-3一些固态金属的表面张力金属温度t/sg(Nm)FeCuAlMgWZn2014001050202020204.02.11.431.910.706.810.86倒敛佛峭笺途颊梗挺软柱信权歌棋南疟论奔袋沃惺匈赤毅渠骸妆力篇深载第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素系统各相物性的影响系统各相物性的影响表1-4一些金属系统的界面张力系统温度t/sg(Nm)lg(Nm)ls(Nm)Al-SnAl-SnCu-AgFe-CuFe-AgCu-Pb35
34、0600850110011258001.011.011.671.991.991.670.600.560.941.210.910.410.280.250.280.443.400.52付犀窜咨哲才茨疲仔羽缎挂泛饵廷进识关宣嵌汰曹召钵糜传炸零肮疹拢跳第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素系统各相物性的影响系统各相物性的影响l由由表表1-21-21-41-4中中数数据据可可以以看看出出，一一定定的的物物质质,在在温温度度、压力和成份一定的情况下，其的界面张力值是一定的。压力和成份一定的情况下，其的界面张力值是一定的。l不不同同的的物物质质，即即使使在在
35、相相同同的的温温度度和和压压力力条条件件下下，其其界界面面张张力力值值也也不不同同。这这是是由由于于不不同同物物质质的的分分子子之之间间的的作作用力是不同的。用力是不同的。l当当一一相相的的物物性性不不变变，而而改改变变与与之之相相邻邻的的另另一一相相物物性性时时，界界面面张张力力也也将将发发生生变变化化。这这是是由由于于界界面面张张力力是是由由相相邻邻两两相相所所共共同同决决定定的的，取取决决于于两两相相分分子子对对表表相相分分子子引引力力的差异。的差异。l因因此此不不难难想想象象，对对于于成成份份确确定定的的母母材材和和钎钎料料，当当其其表表面面氧氧化化或或采采用用钎钎剂剂去去除除氧氧化化
36、膜膜时时，都都将将影影响响到到界界面面张张力值，并因而影响钎料对母材的润湿性。力值，并因而影响钎料对母材的润湿性。辑汪饵福诌耽沦秦釜贸缘白弦窃扮厢垃巾冶匝绩逗杖骨肆嚷埔报弹驰哭按第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素1)1)金属表面氧化物的影响金属表面氧化物的影响l在在常常规规条条件件下下,大大多多数数金金属属表表面面都都有有一一层层氧氧化化膜膜。氧氧化化物物的的熔熔点点一一般般都都比比较较高高,在在钎钎焊焊温温度度下下为为固固态态。它它们们的的表表面面张张力力值值很很低低,因因此此,钎钎焊焊时时将将导导致致sgsgslsl,所以产生不润湿现象
37、所以产生不润湿现象,表现为钎料成球表现为钎料成球,不铺展。不铺展。l许许多多钎钎料料合合金金表表面面也也存存在在一一层层氧氧化化膜膜。当当钎钎料料熔熔化化后后被被自自身身的的氧氧化化膜膜包包覆覆,此此时时其其与与母母材材之之间间是是两两种种固固态态的氧化膜之间的接触的氧化膜之间的接触,因此产生不润湿。因此产生不润湿。铀壤鸿蹋氟翼插擅徊亦等掉掣算臣颠锄肯婿跌韶敦实迸佩匠侠程煎耿并挣第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素1)1)金属表面氧化物的影响金属表面氧化物的影响l例例如如:当当用用Al-SiAl-Si共共晶晶钎钎料料(熔熔点点577)577)
38、置置于于AlAl母母材材(熔熔点点660)660)上上加加热热到到600600时时,钎钎料料熔熔化化但但不不在在母母材材表表面面上上铺铺展展。液液态态钎钎料料因因受受固固态态氧氧化化膜膜的的制制约约而而成成为为不不规规则则球球形形。此此时时用用钢钢针针刺刺入入钎钎料料并并刺刺破破母母材材表表面面的的氧氧化化膜膜,钎钎料料就就会会在在母母材材AlAl与与其其表表面面的的AlAl2 2O O3 3膜膜之之间间铺铺展展,从从而将而将AlAl2 2O O3 3膜膜“抬起抬起”,形成所谓的形成所谓的“皮下潜流皮下潜流”现象。现象。l所所以以在在钎钎焊焊过过程程中中必必须须采采取取适适当当的的措措施施来来
39、去去除除母母材材和和钎料表面的氧化膜钎料表面的氧化膜,以改善钎料对母材的润湿。以改善钎料对母材的润湿。写酮江泼冰庇河贵附仿怔隅喻珐尸亿晒纤螟逼伏叼挥逢媚虚沿烛烬溉痔跳第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素2)2)钎剂的影响钎剂的影响 去除氧化膜最有效的方法是采用钎剂。当用钎剂去除了母材和钎料表面的氧化膜后,液态钎料就可以和母材金属直接接触,从而改善润湿。另外,当母材和钎料表面覆盖了一层液态钎剂后,系统的界面张力就发生了变化,当铺展达到平衡时,由Young氏方程有:其中:sf母材与钎剂间的界面张力;sl母材与钎料间的界面张力;lf钎剂与钎料间的界
40、面张力。与无钎剂时的情况相比,只要满足lflg或sfsg,就可以增强钎料对母材的润湿。同样,钎剂成份的变化将造成lf和sf的变化,从而也会影响到钎料对母材的润湿性 呈印伍考宏符校铝推腔绩违祸迪疼零旱勿沙颁孜摩俐布捏苏胰取署甜甚栖第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素各相浓度的影响各相浓度的影响如果相邻两相中任一相不是纯物质而是溶液,界面张力也发生变化,并且必与溶液的浓度有关。这是由于单组分变为多组分,组分的浓度发生改变,必然造成相界面层分子间作用力的差别。下面从热力学的角度来分析浓度如何影响界面张力。假设体系中有任意的a、b两相,由于体相和表相
41、有别,设二体相和表相的自由焓分别为Ga、Gb、Gs,根据自由焓的加和性,则体系的自由焓G为:当发生微小变化时,教套痕艘矿检其山扬纂贼扬辱鹅帽钵阵铁晃濒钒服挫龙钙邦真烫锐中迈贝第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素各相浓度的影响各相浓度的影响 由热力学知,由于表相相对于体相所占体积极微,VsdP可以忽略不计,而将表相过剩自由焓dGdA考虑进来,则对于表相,由于平衡时各相的温度和压力必然相等，成份在各相中的化学位也必然相等,即iaibis,所以不加以区别。并且,故可得蟹裔班奥烯疏甜挽降仟陡荡陡缴囊粱蝶夫甄衷枯帮锄烷蛋斗鉴痹尺溺阶押第一章钎焊接头的形
42、成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素各相浓度的影响各相浓度的影响 可见,对于表面化学过程,多元体系自由焓比相应非 表 面 过 程 自 由 焓 多 一 个 参 数 A,Gf(T,P,A,n1,n2,),并且由热力学基本关系可知,上面四式为讨论等温、等压条件下表面化学过程热力学问题的普遍的热力学关系。上式可以看作比表面自由焓更为严格的定义,而且可以看出,物性一定,一般是T、P和各相浓度的函数。誓涉蜀邑氦萄菇档恼宦境殖暂匣钩胳戌封健椿回坠敢茧偶龟晃蕴郎孝池睛第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素各相浓度的影响各相浓度
43、的影响 浓浓度度对对表表面面张张力力的的影影响响，由由于于涉涉及及到到分分子子作作用用力力受受浓浓度度影影响响的的问问题题，是是很很复复杂杂的的,且且难难以以给给出出一一般般的的关关系系式式。一一般般都都靠靠实实验验测测定定。通通常常,在在多多元元体体系系中中,随随着着某某一一成成份份的的加加入入,体体系系界界面面张力的变化可分为三类。张力的变化可分为三类。仰涛瓷有立茶羔啄箭往秩木唁货藩枫棍辆酗湿跨焦怜瑰氯拴亚慈科势叠祭第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素各相浓度的影响各相浓度的影响 图图中中类类，随随某某成成份份浓浓度度增增大大,表表面面张
44、张力力缓缓慢慢增增大大；类类，随随浓浓度度增增大大，表表面面张张力力缓缓慢慢下下降降；类类，随随浓浓度度增增大大，表表面面张张力力急急剧剧下下降降。类类溶溶质质有有特特别别的的实用意义，化工、冶金和选矿实用意义，化工、冶金和选矿等工业中，被称为等工业中，被称为“表面活性剂表面活性剂”或或“变质剂变质剂”，在钎焊行业中通常，在钎焊行业中通常称之为称之为“表面活性物质表面活性物质”。这些都。这些都是由于浓度影响界面张力，而在是由于浓度影响界面张力，而在界面上发生吸附过程的缘故。界面上发生吸附过程的缘故。辛沤哼俏驾糯掣余抡灵阔翌校郧饭制痢哩鳃玛械未阴江凝兆旁浙勉枚筒鸡第一章钎焊接头的形成过程第一章钎
45、焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素(a)盖满油垢的固体表面；(b)由于水的高表面张力及不能润湿油污表面，无法除垢(c)在水中加入洗涤剂；(d)油垢及固体表面进一步吸附洗涤剂，使油垢微粒悬浮于溶液中，易于除去；广萌崎鸣畜注齐技汪疼未祈赌判蛇楼缸隔霞盅窿荤涟同盏茧蝉郡掂翰裹化第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素浮选富集矿石示意图砾晓侨乃圆疯灶傀扇巧睫拙繁为瓣惶汰较捐判舔芋疼淳蓟祈狂需痔掀嗜廉第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素各相浓度的影响各相浓度的影响 一般来说一般来说,
46、如果钎料与母材在液态和固态下均无相互作用如果钎料与母材在液态和固态下均无相互作用,则则它们之间的润湿性就很差它们之间的润湿性就很差;若钎料和母材之间能若钎料和母材之间能相互溶解或形相互溶解或形成金属间化合物成金属间化合物,则液态钎料就能较好地润湿母材。则液态钎料就能较好地润湿母材。例如例如:Fe-Ag:Fe-Ag在液态和固态下均无相互作用在液态和固态下均无相互作用,在在11251125下下,Ag,Ag在在FeFe上润湿时上润湿时,体系的界面张力值分别为体系的界面张力值分别为:sgsg1.99(N/m)1.99(N/m)、lglg0.91(N/m)0.91(N/m)、lsls2.48(N/m),
47、2.48(N/m),由由YoungYoung氏方程可求出接触角氏方程可求出接触角122.5122.590,90,故不发生钎料铺展。故不发生钎料铺展。而而CuCu和和SnSn在液态下可互溶在液态下可互溶,在固态下可形成金属间化合物在固态下可形成金属间化合物,当其当其在在300300下下,Sn,Sn在在CuCu上润湿时上润湿时,体系的界面张力值分别为体系的界面张力值分别为:slsl1.54(N/m)1.54(N/m)、lglg0.55(N/m)0.55(N/m)、gsgs1.67(N/m),1.67(N/m),由由YoungYoung氏方氏方程求出接触角程求出接触角767690,90,因此可以铺展
48、。因此可以铺展。水围徐币尺粘竭嘱岁映侥阳冲泅路避糟配倒戒涨敏清绢巫披猾图剪专腑拆第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素各相浓度的影响各相浓度的影响 图图1-251-25给出了在真空中给出了在真空中300300下下Sn-PbSn-Pb钎料在钎料在CuCu母材上的润湿情母材上的润湿情况。由图可见况。由图可见,当钎料成份变化时当钎料成份变化时,其润湿角也发生变化其润湿角也发生变化,其基本趋势其基本趋势是接近共晶成份时的接触角较小是接近共晶成份时的接触角较小,而高而高PbPb含量时接触角明显增大含量时接触角明显增大,并并会出现不润湿的情况。这是因为会出
49、现不润湿的情况。这是因为PbPb与与CuCu在固态下无互溶在固态下无互溶,其相互作其相互作用较弱的缘故。用较弱的缘故。、-真空中（熔融）、-ZnCl2+NH4Cl共晶-液相+50C-凝固后删卉捣先卤瑚欲宦鹃扼帅届椎婪桓撵捷夯伶搜鞋默异览擒躺撞嫡治术杏荡第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素 温度的影响温度的影响l温度对表面张力的影响温度对表面张力的影响 温度对表面自由焓的影响可由表面化学热力学普遍关系式,利用状态函数的全微分性质得到:在恒压条件下,且不考虑成份变化有 (A为面积)对上式进行全微分,得 所以 仕欠挞在耻仓频毡穴瘦抹携拟见酬坦准疗赴
50、勺酮搅粗扮盼虫有素缮廷贴啪第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素l温度对表面张力的影响温度对表面张力的影响 对上式再求偏微分:将上式两端乘以T,则有:TdS/dA代表扩大单位面积时体系所吸收的热量,其为正值,所以有/T0,即随着温度T的上升表面张力下降。枕歉显诌璃匀屯兵苏磊帖就锐坞鳞与牵谰卒筑湃豁呛野漓疆镊赛莲慎习诡第一章钎焊接头的形成过程第一章钎焊接头的形成过程影响钎料润湿性的因素影响钎料润湿性的因素l温度对表面张力的影响温度对表面张力的影响 为寻求比较适用的随温度变化的关系,今设想在定温下单纯增加相界面面积的过程,由普遍的热力学关系 则由前