探究毛细作用对同芯钎焊的影响

摘要:同芯钎焊中很难做到完全同芯,钎焊时在毛细作用下,在钎缝间隙较小部位会出现钎料上移,形成钎料聚集的现象,同时造成其它部位钎料不足或无钎料。有效的解决方法是在钎缝上部母材一侧倒一个200以上的角,这样可以减小毛细作用力,避免了钎焊出现焊缝钎料堆积和局部无钎料情况发生。

关键词:毛细作用;影响;钎焊

中图分类号：F407.471 文献标识码：A 文章编号：

1实验部分

1.1实验材料

钎焊实验用母材分别是:镀银4J29可伐环,非金属镀银圆片。钎料为Sn-Ag合金,钎焊结构如图l所示,黑色部分是钎料填充部位,它分布于镀银圆片下部和侧面。

图2

图2是非金属镀银圆片,在圆片的周围和侧面镀一层与钎焊部位大小相同的金属银。

图1钎焊部位结构图

1.2实验方法

在镀银圆片下面放置一个厚度0.15mm的Sn Ag合金钎料环,环的外径和内径与钎焊接触面大小相同。为J’考察不同钎缝大小产生的毛细作用情况,分别设计制备了不同直径的镀银圆片,使其在镀银圆片和可伐合金的钎焊位置形成0.3mm、0.5mm、0.8mm、1.5mm的间隙,高度与镀银圆片厚度相同的钎料环。组装好的钎焊件,放人真空炉,升温到300℃,保温10min。随炉冷却,·取出样件,观察钎料的分布情况。

2结果与讨论

图3液体润湿管壁图

2.1理论分析

毛细管作用的数学表达式为:

式中h一液面上升的高度,a一液体的表面张力,0一液体与钎焊壁形成的接触角,p一液体密度,g一重力加速度,r—l/2钎缝宽度,详见图3,图3是毛细管作用的典型图示。

从表达式可以看出,毛细管中液体上升的高度h,与毛细管的半径r和液体密度成反比,与液体表面张力成正比。显然,不仅在具有圆形截面的毛细管中才产生毛细管现象,在任何一个狭窄的管子、裂开、缝隙和细孔中都能产生毛细现象。

2.2润湿试验

图4是Sn Ag合金钎料0.059在镀银4J29可伐表面和非金属镀银表面的润饰情况,试验在相同条件下进行,300℃,保温10min。可以看出钎料对2种表面具有很好的润湿性,铺展面积相同。由于钎料相同,润湿的都是镀银表面,因此它们的润湿角和表面张力σ相同。

图4钎料在镀银非金属表面(左)和镀银4J29可伐表面(右)的润湿照片

2.3钎焊试验

图4中的母材4J34和非金属钎焊部位表面经过了镀银处理,钎焊时在非金属下方与金属接触部位放置了一个大小与钎焊面积相等的钎料环,厚度为0.巧mm;在侧面分别放置了高度与钎焊部位母材相同,厚度为0.3、0.5、0.8、1.5(mm)的钎料环。图5(a、b、C、d、e)是与上述钎料厚度相对应的钎焊结果照片,从照片5(a、b)可以看出:钎焊时焊缝中的钎料由于钎焊件缝隙存在不同芯情况,在毛细作用下钎料聚集于一点形成一个半球,该球已向母材蔓延,其中5(a)焊缝出现多处局部无钎料的情况;5(b)除聚集的钎料半球外,其它焊缝没有出现无钎料现象,解剖发现下部的钎料少了,出现局部无钎料,原因是钎料向上发生了迁移;照片5(c)中钎料没有在上部聚集,焊缝多处出现无钎料,从下部观察发现钎料向下聚集于钎缝处,见5(e)。从5(d)可以看出,当焊缝增加到1.5mm钎焊后焊料没有出现向上或向下的聚集。磨去聚集的钎料测量焊缝发现,钎料聚集的部位焊缝间隙比其它部位小0.01~0.02mm。结合公式

结合公式可以得出在a、e、p、g相同的条件下,r越小则h越大,反之:增大h变小,这与本钎焊试验结果完全吻合。上述结果表明,要消除不同芯钎焊造成的焊缝钎料聚集和部分焊缝无钎料现象,加宽焊缝是一种办法,但在实际钎焊中不允许有过宽的焊缝,过宽的焊缝会降低钎焊接头的强度,因此只能通过其它方式解决。

反复试验后发现,解决同芯钎焊中局部钎缝较小所导致的钎料堆积或局部位焊缝无钎料最好的办法是有效地利用毛细作用原理:钎缝间隙越大,毛细作用越小,反之则越大。具体做法是在焊缝上部可伐材料一侧倒一个>200的角,该倒角加大了焊缝上部间隙,有效地减小了毛细作用力,克服了钎焊时钎料在焊缝的堆积和局部无钎料现象发生,满足钎焊接头强度需要。

在钎焊中母材间连接是通过钎料与母材的冶金结合来实现的,加热过程中熔化的钎料在钎缝中必然存在着毛细现象,在大多数钎焊中毛细现象具有积极作用,它促进了钎料在钎缝中的流动,使钎料充满缝隙形成完整饱满的钎缝。但有时也会造成钎焊的不良情况发生。在同芯钎焊中由于很难做到外环与内圆绝对同芯,它们之间存在着不等缝隙情况,其中缝隙较小的部位钎焊时宽缝处的钎料在毛细管作用下流向窄缝处,钎料在这里形成聚积,造成钎缝中钎料分布不均匀,甚至出现部分钎缝无钎料的情况。本文将讨论解决同芯钎焊中毛细管作用造成的钎料分布不均匀情况。

3结论

本文研究了同芯部件舒焊中,由于存在偏芯情况在毛细管作用下,导致焊缝中钎料出现局部聚集和无焊料。解决的办法是在焊缝上部倒一个不小于200的角,该角降低了毛细管作用,从而克服了焊料不能均匀分布于焊缝的现象。

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