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恶意最大的金属钎焊过程挑战

在考虑制造的样子时,大多数人都设想火花飞行,金属夹子和火焰炽热。这不是太远的标记,因为金属已被用于将接头结合在一起以建立更大的,更浓度和更稳定的结构以来,以便在第一次工业革命之前制造这些过程,使这些过程成为制造业的基石。我们在许多人呼叫的尖端上第四次工业革命在许多行业的许多行业的生产中仍然处于生产的最前沿。

钎焊是一种相对简单而有效的方法,可以形成强大而有弹性的纽带,特别是如果你有不同的金属来组装。钎焊利用填料金属加热到其熔点并在接头处铺设在两个金属片上。填充金属(钎焊合金)的熔点较低,比基础金属连接较低,因此熔融合金可以在邻接金属上流动,以在金属再次硬化时产生无缝粘合。

在金属材料之间创造关节的许多方法中,钎焊是热交换器生产中最广泛应用的。换热器通常通过将多个金属板和/或金属管粘合在一起以降低流过它们的液体温度,以便在数据中心的大型电子设备,用于CT和CAT扫描的医疗设备,汽车发动机冷却和HVAC冷却。钎焊是一种常见的方式,即金属蛋白主义者制造精美的珠宝。

为了使钎焊能够正常工作,基础金属需要具有允许填充金属在没有任何干扰的情况下自由流动的清洁度。实现这种清洁意味着金属在钎焊开始之前通过制备过程。

但是,金属表面发生了什么,因为它被清洁并准备好,我们怎样才能确定,一旦我们开始融化我们的钎焊合金,我们已经设置了它的成功?

金属钎焊是如何工作的?

钎焊利用除了两个连接的额外的填充金属的熔化以产生关节。通过焊接,两个贱金属熔化并与填料金属一起形成。用钎焊的钎焊,钎焊合金(通常是铜,银,铝,磷,锌或镍)以杆,粉末或丝的形式加热至840°F以上或以上特定金属合金的熔点。然后将其应用于基础金属之间的间隙,并通过称为毛细管作用的方式流过它们。最常见的是贱金属是铜,铝,黄铜,青铜或不锈钢,有时陶瓷。

钎焊通常与焊接混淆,但它有几个关键差异。对于初学者来说,基础材料本身永远不会融化,因此所使用的温度总是较低。将热量集中在钎焊合金的熔点上使其变化更容易钎焊脱脂金属。通过焊接,您需要认识到熔点的方差,并使用复杂的焊接技术来确保每种金属足够熔化以便使接头充分熔化。

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将钎焊从焊接区分的另一个特征是钎焊接接头可以比焊接接头可以更具吸引力。如果完成,钎焊合金将熔化成光滑且整洁的关节,而不是焊接接头的厚度不规则的珠子特性的不一致外观。钎焊的关节需要几乎没有完成操作来使他们准备好展示。

科学和毛细管行动的魔力

有时钎焊的关节被称为“自制”。它不完全准确,但它得到钎焊的一个关键方面,使其成为一种相对易于储备的融合技术。

当钎焊合金的温度超过其熔点时,贱金属已经充分清洁和准备,合金将在金属之间的间隙中流动并立即扩展,似乎在纯粹的意志之外创造联合。这种现象是可悲的,而不是实际的魔法,而是因为我们的老朋友物理和化学而有一种科学成立的效果。

毛细管作用或毛细血管流动是液体“拉动”本身在表面上的动作。毛细管流动完全工作的能力和液体以跨越表面拉动本身的能力充分依赖于几件事:基础金属和这些金属的清洁度之间的间隙。

贱金属之间的间隙必须足够宽,以让熔融合金通过,但间隙越宽,发生的毛细作用就越少。这种减少是由于毛细作用是由钎焊合金表面分子与贱金属表面分子之间的相互吸引决定的。

为了说明这让我们看着一杯水,用稻草放在水中。当你在水中放置稻草时,你会注意到水向上移动吸管,高于杯子中的水位。有吸引力的力作用于吸管内部的表面上的分子和水中的分子。水分子被吸引秸秆表面上的分子吸引,它们也吸引到自己。秸秆和水之间的吸引力更靠近范围更强,因此如果吸管的直径变宽,水会更接近杯子中的水的水平。

秸秆上的分子和水分子施加的这些吸引力分别称为表面能和表面张力。为了使水更吸引到吸管并增加毛细管作用,需要增加秸秆表面的表面能以超越水的能量或表面张力。增加表面能需要改变吸管表面的化学。

为了在家中进行表面能量实验,尝试采取可重复使用的铝吸管,可重复使用的硅胶秸秆和纸吸管,并将它们放入水中,看看水如何对这些不同的材料反应。Materials have different innate surface energies (e.g. on the whole, metals have much more reactive surfaces than polymers and some polymers, like PTFE, basically don’t react with anything) and the water should stand at different heights in the straws depending on how attracted the molecules are to the surfaces of the straws as opposed to the water.

那么,这个例子和钎焊金属有什么关系呢?把贱金属想象成一杯水里的吸管。为了使熔融合金表面的分子充分吸引到贱金属表面的分子,贱金属需要有较高的表面能。

为了增加金属的表面能,您需要充分清洁它们的表面。在上述许多热交换器的组装过程中,所使用的金属将是新鲜的,这可以给制造商为安全的虚假印象。由于我们正在谈论将液化合金拉过其他金属的化学反应,因此我们需要确保我们的金属化学清洁。来自制造环境中气溶胶的油,油脂和其他残留物可以随时向贱金属进行途径。这些污染物会破坏毛细管作用,因为它们会降低表面能源,因为这些残留物中固有的分子对合金没有吸引力。大多数这些油脂和润滑脂是润滑剂,旨在确保事情不粘合在一起。如果这是你的基础金属表面,毛细管动作就不会发生。

可以用溶剂擦拭物,蒸气脱脂剂或水性垫圈清洁油,切削液和其他偶事残留物,然后应将金属进一步清洁碎片,如砂布一样用温和的磨料。如果您在该领域进行钎焊修复,金属严重污染或生锈,您可能需要研磨机和较重的磨损,但请注意,这可能会将油驱动到表面上,使它们更加难以在事实后清理干净。

对于确定的金属部件的清洁度来说,这也是至关重要的,所以你知道你在使用什么。并非所有的污染物都是平等的,你可能需要采取不同的方法,具体取决于金属表面上的内容。当制造商正在经历联合失败时,即使他们正在为所有了解的所有污染物清理它们的表面,它可能表明存在意外的污染物进入表面。为了确定在分子水平上存在的残留物,它们可能需要征收可以使用X射线光谱和红外光谱等技术的表面和材料实验室的帮助,以获得洞察力ar 欧宝 如果它确实干扰了粘连。

如何正确使用钎焊

继续进行化学讨论,需要说,以生锈的形式氧化是主要的表面能抑制剂。当贱金属氧化并形成一层生锈时,即使是丝毫的钻头,也会损害毛细血管流动,也会产生弱粘合。当表面上甚至有薄的生锈层时,当压力放在关节上时,接头将在锈层内破裂,因为锈和金属之间的粘附性不会保持。这就是为什么称为通量的物质通常用于减轻金属的氧化,这通过加热加速。

助焊剂通常是浆料形式的化合物,其在低体积钎焊的情况下在表面上刷涂。在高速率制造中,在焊剂中浸渍可以更合适或用自动涂抹枪沉积糊状物。

磁通量需要完全覆盖接头并在引入热之前立即施加。当达到适当的温度时,一些助熔剂将变得透明。磁通量将溶解并吸收基础金属表面上的任何氧化物,并使其安全地开始施加钎焊合金。

如何确保您的贱金属足够干净钎焊

在BTG实验室的经验中,使用钎焊在生产过程中创造关节的制造商的经验,了解他们的金属在钎焊之前足够干净,这是他们最大的挑战。如果在最终组装完成后的联合中有失败,可能没有机会修复它。失败的关节可能在结构内的一个地方,即它无法轻易达到。前面提到的许多热交换器是大型组件的一部分,不能从它们进入的建筑物中取出并且非常昂贵到修复。

一致和完美的性能在利用钎焊金属建造的许多产品中至关重要。

预测毛细管动作的最佳方法是将其魔法的工作是事先进行测试,以模仿这种流程。通常,制造商将在钎焊后进行压力和强度测试,但它更具成本效益和时间效率,以便首先计算清洁过程是否正确进行。

水接触角是一种测试方法,测量表面上一滴水的行为,以衡量所讨论的材料的表面能。这是对钎焊的完美测试,因为水滴液滴的方式或在基础金属的表面上流出的方式清楚地表明钎焊合金如何对该相同表面反应。

以下是来自BTG实验室的科学家的图表,为客户试图用水接触角测量取代润湿性的主观和定性测试。客户的钎焊箔并不总是按照它们所需的方式流动金属表面。他们想使用接触角测量来预测钎焊箔会正确湿润并产生强大的关节。

钎焊金属 - 水接触角图

该图表明,没有正确湿润的样品具有较高的接触角测量(这意味着它们具有较低的表面能量),而不是湿润的较低的表面能。这意味着客户能够依赖接触角测试的结果来预测其材料的行为。

这些类型的测试的一些最大的优点是它们是无损的,可以直接在实际生产线上的实际部件完成。该设备用于采用接触角测量可以自动化,使它们完美地适应任何高速制造过程。还有便携式设备,设计用于在需要对钎焊接接头进行修理时用于现场检查。

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