钎焊中如何获得最大的接头强度？掌握实现卓越冶金结合的 3 个关键

简而言之，钎焊中获得最大接头强度并非靠单一的措施，而是通过系统地控制三个关键因素：优化接头设计以促进毛细作用力、一丝不苟地清洁母材表面以实现适当的润湿，以及精确控制加热和冷却循环。正确执行后，形成的钎焊接头是一种冶金结合，其强度通常超过母材本身。

核心原则是：钎焊不仅仅是用熔融金属填充间隙。它是一个工程过程，会形成一个新的复合结构，其强度来源于母材和将它们粘合在一起的极薄而坚固的填充合金层。

基础：优化接头设计

接头的设计是决定其最终强度的最重要因素。不良的设计无法通过完美的执行来弥补。

钎焊依靠的是毛细作用力，即一种将液体吸入非常狭窄空间的力量，即使是抵抗重力也是如此。填充合金不是被倒入接头中；而是被吸入的。

成功的设计有助于发挥这种自然力，确保填充金属完全均匀地分布在整个接头界面。

接头间隙——待连接的两个部件之间的空隙——至关重要。必须精确控制此间隙。

对于大多数常见的填充金属，理想的间隙通常在 0.001 到 0.005 英寸（0.025 到 0.127 毫米）之间。

最牢固的钎焊接头几乎总是被设计成承受剪切载荷。这是通过搭接头实现的，其中两个表面相互重叠。

对接头，即两个部件首尾相接，会将载荷置于拉伸状态。这会将所有应力集中在填充金属的薄横截面上，使其成为最薄弱的环节。相比之下，搭接头将载荷分布在更大的表面积上，将应力传递给更坚固的母材。

填充合金只能与完全清洁的表面结合。污染物会形成屏障，阻止冶金结合的形成。

润湿是指熔融的填充合金能够流过并粘附在母材表面的能力。没有绝对的清洁，就不可能实现适当的润湿。

润湿的主要敌人是氧化物（锈或变色）、油污、油脂和污垢。在钎焊过程之前，必须立即将它们完全清除。

准备工作涉及两个阶段的方法。首先，使用机械清洁（如打磨、研磨或钢丝刷）去除重度氧化物和氧化皮。

其次，使用化学清洁（如用溶剂脱脂或使用酸/碱溶液）去除所有残留的油污和细小氧化物，形成一个原子级清洁的表面，为结合做好准备。

即使清洁后，金属在加热时也会迅速重新氧化。为防止这种情况，会在接头区域涂上助焊剂。

助焊剂是一种在填充合金熔化之前熔化的化合物，它能保护表面免受氧气侵害，并溶解加热过程中形成的任何新氧化物。在真空钎焊中，整个过程在一个没有空气的腔室内进行，这起到了与助焊剂相同的保护作用。

要获得完美的接头，需要在相互竞争的因素之间取得平衡，并避免破坏强度的常见错误。

非常小的接头间隙（例如 0.001 英寸）可以产生最高的理论强度。然而，这也使得填充物更难完全流动，增加了出现空隙的风险。稍大的间隙可以确保更可靠、更完全的填充，即使最终强度略有降低。

过高的热量可能具有极大的破坏性。它可能会通过改变母材的淬火状态来损坏母材，可能导致填充金属剧烈侵蚀母材，或者导致填充合金本身中关键元素的损失，从而降低其性能。

整个组件必须均匀加热到钎焊温度。如果一个部件明显更热，填充金属会优先被吸向该区域，导致接头其他部分填充不足并产生空隙。填充物会流向热源。

有缺陷的接头通常可以通过重新钎焊来修复。但是，你不应该简单地重新熔化现有的填充物。大多数钎焊合金在初始循环后具有更高的再熔化温度。正确的程序是向有缺陷的区域施加助焊剂和少量新的填充合金，然后重新运行热循环。

根据您的具体目标应用这些原则，以确保获得可靠的高强度接头。

如果您的主要重点是最大的结构完整性： 设计一个具有足够重叠和精确控制的间隙（0.001-0.003 英寸）的搭接头，然后专注于一丝不苟的清洁并确保 100% 的接头填充。
如果您的主要重点是可重复的生产： 标准化清洁过程，使用夹具来保持一致的接头间隙，并自动化热循环以消除工艺变化。
如果您的主要重点是故障接头的故障排除： 检查断口。如果它发生在远离接头的母材中，则钎焊是成功的。如果它在结合线上失效，则表明润湿存在问题，很可能是由于清洁不当或助焊剂使用不当造成的。

将钎焊视为一门精确的工程学科，您可以持续制造出满足并超越其连接材料强度的接头。