铜构件硬钎焊工艺的研究
通过实验掌握铜结构的钎焊工艺方法。比较采用黄铜钎料的焊接工艺和采用自钎剂钎料的焊接工艺的特点。掌握高频感应钎焊设备的使用、试件的装配、焊接时加热的控制、钎剂和钎料的施加方法等基本技能。观察和分析铜钎焊的接头组织，比较接头间隙对钎焊质量的影响。
一.实验设备与材料
高频感应加热没备，2套
钢锯、细锉刀，各3件
虎钳，2台
体视显微镜，3台
金相显微镜，3台
玻璃板，3块
金相砂纸，由粗到细，若干
直口钳，3把
长镊子，3把
钎剂，硼砂-硼酸混合钎剂，1000g
铜管，内径10mm，壁厚1mm，5 米。实验时由学生用钢锯截成长80mm长度。
圆铜棒，直径10mm , 5米。预先按图加工。
丙酮， 1000毫升
医用托盘，6只
电吹风器，3只
有色保护眼镜，6只
二.安全注意
1腐蚀试件时，严格注意按照酸、碱水溶液的配制程序进行
2试件腐蚀时必须在具有良好通风设备的专用间进行
3若有酸、碱溶液溅入眼中，立即用大量的清水冲洗
4高频加热时必须要注意开水冷，不允许空载
5试件切割、加工时注意工具的安全使用
6高温物体严禁用手触摸
三．实验程序：
1 试件准备
直径10mm、壁厚1mm纯铜管截成80mm长，直径10mm圆铜棒截成如图所示的形状。
用锉刀修去铜管和圆棒边缘毛刺并略微倒角，以便装配。
用锉刀将一组圆铜棒修整，使其直径为9mm左右，与铜管之间形成较大的间隙。数量每组2对。
试件采用丙酮清洗，清除表面的油污。放入医用托盘待用。
黄铜钎料丝，直径1～2mm；铜磷、铜银自钎剂钎料丝，直径1～2mm。用丙酮清洗，清除表面油污。
2 钎剂准备
    硼砂-硼酸混合钎剂1000g。
3 实验步骤
试验1 黄铜钎料焊接铜结构件-小间隙
将铜棒堵头塞入铜管中，直立，堵头一端朝上。开启高频加热电源，调节功率到适宜值。加热堵头一端，并微调移动，使加热均匀。观察试件表面温度达到钎料熔点时，将钎料丝一端略加热，蘸钎剂。将蘸上钎剂的钎料丝一端沿焊缝加入，观察钎料填满接头后停止加入。略保温后，关断高频加热电源，停止加热。
试验2 黄铜钎料焊接铜结构件-大间隙
用锉刀加工将堵头直径缩小到9mm，放入到铜管中。同样按试验l的方法和顺序进行焊接。
焊接后的试件待冷却后，用钢锯沿纵向切割开。用砂纸对切割面进行打磨。观察和比较不同间隙时焊缝的填缝质量、铜管内钎料的流动情况、钎缝内的缺陷情况等。
制作焊接接头的金相试样，腐蚀后观察钎缝内的接头组织；比较不同间隙时的接头组织的差异。
试验3 自钎剂钎料焊接铜结构件
按试验1的方法装配接头。将铜棒堵头塞入铜管中，直立，堵头一端朝上。开启高频加热电源，调节功率到适宜值。加热堵头端，并微调移动，使加热均匀。观察试件表面温度达到钎料熔点时，将钎料丝一端沿焊缝加入，观察钎料填满接头后停止加入。略保温后，关断高频加热电源，停止加热。
焊接后的试件待冷却后，用钢锯沿纵向切割开。用砂纸对切割面进行打磨。观察和比较不同钎料焊接的焊缝的填缝质量、铜管内钎料的流动情况、钎缝内的缺陷情况等。
制作焊接接头的金相试样，腐蚀后观察钎缝内的接头组织；比较不同钎料焊接的接头组织的差异。
四．实验记录及分析
试验中制作了5种试样，分别为：1号银铜钎料小间隙试样；2号银铜钎料大间隙试样；3号磷铜钎料大间隙试样；4号磷铜钎料小间隙试样；5号黄铜钎料大间隙试样。
制作焊接接头的金相试样，腐蚀后观察钎缝内的接头组织。利用电脑成像金相显微分析系统照得金相照片。倍数与像素对应关系为：
10倍: 605Pix =2000μm
20倍: 605Pix =500μm
10倍: 605Pix =200μm
1～5号试样金相照片如下所示：
a.10倍放大照片                             b.50倍放大照片
图1 1号银铜钎料小间隙试样金相照片
a.10倍放大照片                             b.50倍放大照片
图2 2号银铜钎料大间隙试样金相照片
a.10倍放大照片                             b.50倍放大照片
图3 3号磷铜钎料大间隙试样金相照片
a.10倍放大照片                             b.50倍放大照片
图4 4号磷铜钎料小间隙试样金相照片
a.10倍放大照片                             b.50倍放大照片
图5 5号黄铜钎料大间隙试样金相照片
为了测量准确，我们选用了2号、3号和5号进行维氏硬度测量。
利用HV-5型小负荷维氏硬度计测量试样的硬度值。测量数据如下：
表1 2#、3#、5#试样测量数据及所得维氏硬度值
试样编号	测量位置	d1	d2	维氏硬度值	维氏硬度均值		2#	焊缝	1.72 	1.72 	125.51 	130.81 				1.68 	1.66 	133.14 					1.67 	1.66 	133.78 				交界	2.06 	2.19 	82.13 	85.03 				1.98 	2.08 	90.18 					2.08 	2.16 	82.79 				母材	2.97 	2.97 	42.12 	44.79 				2.86 	2.81 	46.19 					2.89 	2.78 	46.06 			3#	焊缝	1.59 	1.58 	147.17 	158.11 				1.49 	1.52 	163.52 					1.50 	1.52 	163.63 				交界	2.46 	2.37 	63.80 	66.56 				2.37 	2.27 	69.00 					2.34 	2.37 	66.87 				母材	3.07 	3.00 	40.38 	38.78 				3.15 	2.99 	39.42 					3.27 	3.10 	36.53 			5#	焊缝	2.45 	2.50 	60.55 	61.21 				2.54 	2.40 	61.04 					2.53 	2.36 	62.04 				交界	2.44 	2.40 	63.41 	60.83 				2.50 	2.44 	60.86 					2.57 	2.48 	58.22 				母材	2.61 	2.48 	57.26 	55.18 				2.69 	2.58 	53.62 					2.60 	2.61 	54.65 			由图1看出银铜钎料小间隙试样钎焊效果不理想，在加钎料处有一气孔。究其原因可能是钎料对小间隙铜试件的润湿性较差。间隙处的钎焊质量差强人意，钎料熔化了母材，接头处母材溶解于银铜钎料之中，呈岛状分布。结合较紧密。
由图2看出银铜钎料大间隙试样钎焊效果理想，钎料对大间隙铜试件的润湿性较好。间隙处的钎焊质量良好，钎料熔化了母材，接头处母材溶解于银铜钎料之中，呈岛状分布，且比较有规律。结合紧密。由表1可知该试样焊缝中心处的硬度为130左右，远远大于母材硬度45。可以推测出焊缝处的良好的紧密结合可以获得高的硬度和强度。
由图3看出磷铜钎料大间隙试样钎焊效果理想，钎
电弧焊基础.doc