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陶瓷ABM钎焊的温度是关键参数。温度太低,钎料熔化不充分,润湿不好,焊不牢。温度太高,钎料会流失,陶瓷可能过热损坏,甚至开裂。
一般氧化铝陶瓷用银铜钛活性钎料,焊接温度在850-900℃之间。氮化硅陶瓷焊接温度稍高,约900-950℃。具体温度要看钎料牌号、工件大小、装炉量。
| 陶瓷材料 | 常用钎料 | 焊接温度 | 保温时间 |
|---|---|---|---|
| 氧化铝陶瓷(95%) | AgCuTi(63Ag35Cu2Ti) | 850-880℃ | 5-10分钟 |
| 氧化铝陶瓷(99%) | AgCuTi | 880-900℃ | 8-12分钟 |
| 氮化硅陶瓷 | CuSnTi | 900-950℃ | 10-15分钟 |
| 氮化铝陶瓷 | AgCuTi | 850-870℃ | 5-8分钟 |
保温时间是指升到焊接温度后保持的时间。保温时间太短,钎料没有充分润湿陶瓷,反应不充分,焊缝强度不够。保温时间太长,钎料过度扩散,可能导致焊缝变脆。
一般小件保温5-10分钟就够了。大件或者厚壁件,保温时间要长一点,10-15分钟。保温时间从工件实际达到焊接温度开始算,不是从仪表到温开始算。因为炉膛到温了,工件可能还没到温。
升温速率也很重要。升温太快,工件内外温差大,陶瓷容易炸裂。升温太慢,效率低,而且钎料可能提前氧化。一般升温速率控制在5-10℃/分钟。大件或者形状复杂的工件,升温速率要慢一点,3-5℃/分钟。
陶瓷钎焊的升温过程不是匀速的,一般分几段控制。低温段,室温到400℃,这个阶段主要是排水分和有机物,升温可以快一点,5-10℃/分钟。因为陶瓷和金属都还比较软,温差大一点也没关系。
中温段,400℃到600℃,这个阶段要慢一点,3-5℃/分钟。因为接近钎料熔化温度了,升温太快,工件内外温差大,应力大,容易裂。而且这个阶段钎料开始软化,要让工件温度均匀。
高温段,600℃到焊接温度,这个阶段更要慢,2-3℃/分钟。保证工件各部分都到温,不然有的地方焊上了,有的地方没焊上。东莞志远工业设备的设备,升温曲线可以分段编程,不同段不同速率,非常灵活。
保温阶段有几个作用。第一,让整个工件温度均匀,各部分都达到焊接温度。第二,让钎料充分熔化、流动、润湿陶瓷表面。第三,让活性元素和陶瓷充分反应,形成牢固的结合。
保温时间不是越长越好。时间太短,反应不充分,焊缝强度不够。时间太长,活性元素过度扩散,焊缝里钛含量变少,反而强度下降。而且时间长了,晶粒粗大,焊缝变脆。
陶瓷ABM钎焊对真空度要求很高。活性钎料里的钛元素很活泼,在低真空下就会和残余气体反应,失去活性。一般要求真空度达到6.6×10⁻³Pa以上,好一点的设备能到6.6×10⁻⁴Pa。
真空度不够会有什么问题?焊缝会氧化,颜色发暗,强度下降,气密性不好。所以陶瓷钎焊炉一般配机械泵+罗茨泵+扩散泵,才能抽到高真空。东莞志远工业设备的陶瓷ABM钎焊炉,标配高真空机组,真空度达标。更多设备参数可参考真空钎焊炉产品中心。
冷却阶段也有讲究。冷却太快,陶瓷和金属收缩不一样,会产生很大应力,可能导致陶瓷开裂。冷却太慢,焊缝晶粒粗大,强度下降。
一般先随炉慢冷到600℃左右,然后充氮气快冷。这样既减少应力,又提高效率。东莞志远工业设备的设备带充氮气冷却系统,冷却速率可调。
不同的陶瓷材料,钎焊工艺参数是不一样的。下面详细介绍几种常用陶瓷的参数差异。
氧化铝陶瓷是最常用的,分95瓷和99瓷。95瓷氧化铝含量95%,性价比高,用得较多。99瓷氧化铝含量99%,性能更好,价格也贵。
氧化铝陶瓷用银铜钛活性钎料,焊接温度一般850-900℃。95瓷温度低一点,850-880℃。99瓷温度高一点,880-900℃。保温时间5-10分钟。真空度要求6.6×10⁻³Pa以上。
氧化铝陶瓷焊接性比较好,技术成熟,一般不容易出问题。是入门级的陶瓷钎焊材料。
氮化硅陶瓷性能更好,硬度高,耐磨,热膨胀系数小。但焊接难度也大一点。氮化硅陶瓷和活性钎料的反应不一样,温度要更高。
氮化硅陶瓷焊接温度一般900-950℃,比氧化铝高50℃左右。保温时间也要长一点,10-15分钟。因为氮化硅比较稳定,活性元素要更高温度才能和它反应。
氮化硅陶瓷用在要求高耐磨、耐高温的场合。比如机械密封件、切削刀具、航空航天部件。焊接难度大,一般要有经验的厂家才能做好。
氮化铝陶瓷导热性很好,是氧化铝的好几倍,用在电子封装里做散热基板。因为芯片散热要求高,普通氧化铝散热不够,要用氮化铝。
氮化铝陶瓷焊接温度比氧化铝低一点,一般850-870℃。因为氮化铝容易分解,温度太高会分解出氮气,影响焊缝。所以温度要控制好,不能太高。
很多人只关注温度、真空度这些参数,忽略了工装夹具。其实工装对焊接质量影响很大。
工装材料要用热膨胀系数小、高温下不变形的材料。常用的有石墨、钼、不锈钢。石墨最便宜,加工容易,但容易掉灰,污染工件。钼较好,但贵。不锈钢用得较多,性价比高。
工装设计要注意几点。第一,定位要准,工件放进去就到位,不用调。第二,压紧要均匀,不能有的地方压得紧,有的地方松。第三,要留排气通道,气体能排出去,不然会形成气孔。第四,工装不能太重,不然炉子负载太大。
东莞志远工业设备可以根据客户的产品,设计专用的工装夹具。客户只要告诉我们产品尺寸和要求,我们帮设计工装,客户买回去就能用。
怎么制定一条合适的工艺曲线?不是拍脑袋定的,要通过试验一步步调出来。下面是制定工艺曲线的步骤。
先查资料,看类似的陶瓷材料、类似的产品,一般用什么参数。比如氧化铝陶瓷用银铜钛钎料,一般850-900℃。先按这个范围设一个初始参数。
用废料做几个试样,按初始参数焊一炉。然后做测试,看焊缝强度够不够,气密性好不好,外观怎么样。
如果焊缝强度不够,要么温度低了,要么保温时间短了。适当提高温度或者延长保温时间。如果变形大,就降低升温速率。如果有气孔,就加强清洗。
一点点调整,每次改一个参数,看效果怎么样。直到调到较好状态。这个过程可能要试好几炉,才能定下来工艺曲线。
定好工艺曲线后,连续焊几炉,看每炉质量是不是稳定。不能这炉合格,下一炉不合格。要连续几炉都合格,工艺才算定下来。
温度准不准,关键看热电偶。热电偶放哪里,准不准,直接影响工艺。
炉膛里一般放多个热电偶。有的放在加热元件旁边,控制加热功率。有的放在工件旁边,测工件实际温度。控温用的热电偶,要放在和工件差不多的位置,这样显示的温度才接近工件实际温度。
热电偶用久了会有误差,要定期校准。一般半年校准一次。用标准热电偶对比,看误差多大。如果误差大了,要么校准,要么换新的。
很多人忽略热电偶校准,结果显示温度和实际温度差几十度,工艺怎么调都不对。东莞志远工业设备交付的时候,会告诉客户怎么校准热电偶,定期维护。
陶瓷ABM钎焊用的活性钎料有好几种,不同钎料的工艺参数不一样。下面详细介绍。
银铜钛钎料是最常用的。成分大概是63%银、35%铜、2%钛。熔点大概800℃左右。焊接温度一般850-900℃。这种钎料润湿性好,焊缝强度高,气密性好。适合大部分陶瓷和金属的焊接。
缺点是含银,价格贵。而且焊接温度比较高。
铜锡钛钎料,不含银,成本低一点。焊接温度比银铜钛低一点,大概800-850℃。焊缝强度也不错,但气密性稍微差一点。用在要求不那么高的场合。
镍基活性钎料,焊接温度更高,大概1000℃以上。强度高,耐高温。用在高温场合,比如航空航天部件。但温度高,对炉子要求也高。
同样的设备,同样的参数,装炉方式不一样,焊出来的效果也不一样。下面介绍装炉的注意事项。
工件要放在炉膛温场均匀的区域。炉膛中间温度最均匀,边上温度可能低一点。重要的产品放在中间,不重要的放边上。
工件之间要留间隙,不能贴在一起。贴在一起的地方,气体排不出去,就会有气孔。而且热交换不好,温度不均匀。
工装要放稳,不能倒。工装也不要放太多,不然影响气流和温场。重物放在下面,轻的放在上面,防止压坏。
较好在工件旁边放一个热电偶,测工件实际温度。因为仪表显示的是炉膛温度,工件实际温度可能有差别。特别是大件,要测工件实际温度。
温度准不准,关键看热电偶。热电偶放哪里,准不准,直接影响工艺。很多人忽略这个,结果温度怎么调都不对。
炉膛里一般放多个热电偶。有的放在加热元件旁边,控制加热功率。有的放在工件旁边,测工件实际温度。控温用的热电偶,要放在和工件差不多的位置,这样显示的温度才接近工件实际温度。
重要的产品,建议在工件旁边放一个热电偶,直接测工件温度。因为炉膛温度和工件温度是有差别的,特别是大件,升温慢,炉膛到温了,工件可能还没到温。
热电偶用久了会有误差,要定期校准。一般半年校准一次。用标准热电偶对比,看误差多大。如果误差大了,要么校准,要么换新的。
很多人忽略热电偶校准,结果显示温度和实际温度差几十度,工艺怎么调都不对。东莞志远工业设备交付的时候,会告诉客户怎么校准热电偶,定期维护。
定好工艺参数后,怎么验证行不行?不能凭感觉说行,要做测试。
先看外观。焊缝颜色正不正常,有没有气孔、裂纹、变形。外观不好,直接不合格。
要求密封的产品,做气密性测试。打压保压,看漏不漏。或者用氦质谱检漏,更精确。
做剪切强度测试,看焊缝强度够不够。焊个试样,用拉力机拉,看断裂力多大。和标准比,够不够。
这几项都合格了,工艺才算定下来。然后连续焊几炉,看每炉质量是不是稳定。不能这炉合格,下一炉不合格。
Q1:陶瓷ABM钎焊温度一般设多少?
氧化铝陶瓷用AgCuTi钎料,一般850-900℃。具体看陶瓷材料和钎料牌号。95瓷850-880℃,99瓷880-900℃。
Q2:保温时间怎么确定?
小件5-10分钟,大件10-15分钟。从工件实际到温开始算。保温太短润湿不好,太长焊缝变脆。
Q3:升温速率太快会怎么样?
陶瓷内外温差大,容易炸裂。一般小件5-10℃/分钟,大件3-5℃/分钟。形状复杂的要更慢。
Q4:真空度要达到多少才够?
至少6.6×10⁻³Pa,好一点的6.6×10⁻⁴Pa。真空不够,活性钎料氧化,焊缝质量差。
Q5:冷却为什么不能太快?
陶瓷和金属热膨胀系数不同,冷却太快应力大,陶瓷容易裂。一般先随炉慢冷到600℃,再充氮快冷。
Q6:温度焊高了有什么不好?
钎料会流失,焊缝变细甚至缺焊。陶瓷可能过热损坏,晶粒长大变脆。
Q7:温度焊低了会怎么样?
钎料熔化不充分,润湿不好,焊不牢。焊缝强度不够,气密性差。
Q8:怎么判断工艺参数合不合适?
做试样试焊,然后做剪切强度测试、气密性测试、外观检查。合格了再批量生产。
Q9:东莞志远工业设备可以帮调工艺吗?
可以。我们有试验炉,客户寄样品过来,我们帮试焊,调好工艺参数,确认合格再交付设备。
Q10:不同陶瓷材料参数一样吗?
不一样。氧化铝、氮化硅、氮化铝,参数都有差别。要根据具体材料选参数。
Q11:装炉量影响工艺吗?
影响很大。装得多,升温慢,保温时间要加长。而且温场均匀性会变差。
Q12:陶瓷钎焊炉的工艺曲线可以存多少条?
我们的设备PLC可以存几十条工艺曲线,不同产品直接调用,不用每次重新设。
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