金属零部件的感应钎焊焊接方法

金属零部件的感应钎焊焊接方法

技术领域

本发明属于感应焊接技术领域，涉及一种金属零部件的感应钎焊焊接 方法。

背景技术

感应钎焊是集电、磁、热、相变、力学、焊接学、金属学等相互综合作 用的结果，现有理论各自从自身的原理独立解释其机理，感应加热工程设计 和计算理论存在许多不足之处，至今没有一个完整耦合理论能够用数学的方 法来精确定量定性的耦合该加热物理过程。

目前国际上流行的理论研究做法是，针对特定产品利用各种测温仪器测 出时间温度曲线和高速放大摄像机记录感应钎焊过程，然后利用有限差异法 （FDM）、有限单元法（FEM）、体积积分法（VIM）和边界单元法（BEM） 等方法，在专用计算机的专业软件上进行仿真模拟感应钎焊过程、温度场及 流场研究，建立一维到三维不同边界条件的不同数学模型，这些模拟结果对 于工业企业的实际感应加热参数的确定和学术理论发展，具有方向性的指导 意义。但是高频感应钎焊就不能完全确定加热所需的电流（涡电流）、时间、 频率等具体参数，目前国内外教材和专业数据工具书上没有这些焊接工艺参 数，国际上至今未见电流（涡电流）、时间等实际高频焊接工艺参数研究成 果的公开与发表。国内外技术专家和学者通常是根据生产能力、焊件尺寸、 温升范围和材料、根据经验和工程简单计算，投产前花费大量人力、物力、 在现场多次调试和实验确定高频感应钎焊中加热线圈中的高频电流、时间等 参数，实际仿真需要的参数（涡电流等）和实际进行焊接参数不能提供，例 如实际生产厂家往往给出几千安培的高频电流模拟出的温度场，却是上万度 或几万度的温度场，使计算、仿真和模拟、与实际不一致；利用高频电流模 拟钎焊，目前在磁导率大于1的材料例如钢铁件等材料上得到应用，但在逆 磁材料例如铜、银、金、钛、不锈钢、铝铜、铝钛件等材料中，在高频感应 钎焊中，磁导率等于1的材料无法感应出能量相同或等同的高频电流来，高 频电流不能模拟，作为涡流电流进行精确焊接。利用高频电流作为模拟焊接 参数实际引发许多质量不良，限制了技术的推广和应用，上述这些不足明显 阻碍了高频感应钎焊技术和理论学术的发展和进步。

目前在铜、铜合金、及铜或铜合金与其他种类金属的焊接，中国发明专 利“金属零部件的高频感应钎焊焊接方法及焊接装置”，专利申请号 201110318708.8，公开号CN102357695A，公开日2012年02月22日，该发 明公开了相应的焊接工艺方法和装置，解决了钎焊产生不致密性焊缝，降低 焊缝强度和导电性、吸收吸附潮气，造成焊缝腐蚀的现象，这些不良现象包 括：母材自裂（贯穿性热裂纹）、溶蚀、夹杂物（黑过烧氧化物）、熔合不 足（开缝）、边沿熔合不足、中部熔合不足（中部冷焊）、粘焊（冷焊）、铸 焊（脆性焊）、气孔（针孔）等问题。但是，该发明公开的焊接工艺中钎焊 钎剂仅限FB303和部分钎料，其余钎剂和钎料未涉及。

现有感应钎焊，是利用电流的集肤和邻近原理，钎缝和钎料依靠高频交 变磁场中的感应电流的电阻热来实现，频率与感应电流成正比、与电流渗透 深度成反比；电流渗透深度与导体的电阻率的平方根成正比，与频率和磁导 率的平方根成反比；随着温度的升高电流渗透深度就越深，因此采用但在钎 焊温度范围内电流渗透深度具体参数，目前没有资料介绍和公开。

但是在碳钢、不锈钢、银及银合金、铝材等的感应钎焊工艺领域没有公 开最佳焊接工艺，钎焊产品尺寸和厚度仍然大大受到限制，仍存在这些质量 问题待解决。由于焊接工艺的难以确定，其广泛应用受到限制。

实现良好的钎焊质量，需要控制焊件不得熔化钎料熔化、流淌分布的均 匀性和同时性、这些与焊件与钎料的匹配、焊接工艺及焊件与感应线圈的匹 配有关；①、线圈与焊件的匹配性不当、工件形状及加热部分的位置和尺寸 决定线圈形状和尺寸、钎焊频率决定钎焊电流的渗入厚度、钎焊功率决定确 定钎焊电流密度和阻抗大小，决定钎焊线圈结构形式和冷却方式，焊件与感 应线圈内径的工作间隙与感应输出电流和功率的大小成反比，间隙大漏磁加 大，感应电流和功率降低，间隙过小，造成工件对线圈的磨损、相互打火、 放电、烧损、表面点状裂纹等不良，线圈的内外径的宽度必须保证在电磁力 及零件和附属重力作用下不变形和不损坏，也是线圈非常主要的参数。

②、目前现有感应钎焊技术是、利用表面和邻近效应，放置在感应线圈 的最近地方钎料首先熔化，焊件外延也是温度最先升高，但随着钎焊感应电 流在渗透部分的持续加热，依靠焊件外圈加热的高温部分，向在无持续和足 够的感应电流的地方（即线圈中心的焊件中心）传导温度进行透热，使钎料 熔化实现钎焊，这个过程有两个特点和约束条件、焊件外延温度高但不得高 于焊件的熔点，中心温度低但不得低于钎料的钎焊温度和高于焊件的熔点； 钎料流动是流向温度高的地方，也就是说焊件液化钎料从里向外流淌，钎焊 面积的大小受到焊件中间的地方熔化后，持续加热和最先加热的焊件外延的 温度不得高于熔化温度，加热范围的继续扩大受到制约，所以焊件的钎焊尺 寸大小受到限制。

③、感应钎焊升温速度快，表面效应显著，致使焊件内外表面的温差的 不一致，表面效应影响最大的在两方面；在感应钎焊过程中，过高的钎焊温 度、不合适升温速度或降温速度、过长或不足的保温时间，都会造成焊件开 裂、会造成钎焊质量的评价指标钎着率和钎透率降低、焊接表面熔化、焊件 晶粒长大，焊缝组织由细变得粗大，焊缝变宽，焊件和钎缝的组织脆性增大 塑性降低，组织性能变差，钎料就会流失或失效；这些不良特别是对厚件、 不同材质的焊接表现的更加明显，焊件和钎缝组织的最佳工艺就是在最短时 间内，实现良好的钎缝质量，不损伤焊件和不是使钎缝组织恶化。目前手工 操作无法准确控制和切换钎焊的加热，保温、冷却的过程，选择与焊件匹配 的钎料、钎剂、焊接温度、升温和降温速度、保温时间、加热保温冷却的工 艺过程有效准确控制、匹配的感应线圈和安装及钎焊位置等成为感应钎焊工 艺参数必须控制项目。

研究碳钢、不锈钢、银及银合金，铝材等管材、板材、管板材的感应钎 焊感应电流（涡流）、时间、钎料、钎剂、温度等焊接工艺参数迫在眉睫。 达到使其广泛应用在高低压电器、机械制造、汽车制造、发电设备、太阳能、 电力配件、空调、压缩机、冷却器、灯具、电机、造船、轨道车辆、航空航 天、武器装备、核工业、石油化工等工业领域，实现金属部件产品的良好钎 焊效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属零部件的感应钎焊焊接方法，解决了现有 技术中，对于碳钢、不锈钢、银及银合金、铝材及其组成的异种焊接材料， 存在容易降低焊缝密封性、降低焊缝强度和导电性，导致焊缝吸收吸附潮气、 造成焊缝腐蚀的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种金属零部件的感应钎焊焊接方法，该 方法利用感应钎焊焊接设备，按照以下步骤实施：

步骤1、选用感应钎焊焊接设备，并确定相关参数

1.1）根据表1中焊件尺寸外形及所焊部分的要求，焊件与感应线圈之 间保持小于焊件直径0.2倍的间隙，线圈的内外径宽度差值按照下述的公 式确定：

线圈的内外径宽度差值=9+50/感应频率，其单位为毫米，选择合适匝 数的感应线圈内径数值，

表1、感应线圈内径与加热对象材料选用匝数的对应关系

1.2）依据焊件重量的不同，求解得到焊接所需理论功率，该计算公式 是：理论功率(KW)

=焊件重量(Kg)×温度(℃)×比热容{J/(kg)℃}/3600(秒)/(1‑k)，

即：

其中，铜件热量损失系数k取0.30‑0.35；银件热量损失系数k取 0.35‑0.40；钢铁件热量损失系数k取0.28‑0.32；

1.3）根据焊接所需理论功率选择焊接所需感应线圈大小、匝数，根据 表2选择对应的设备功率、感应变压器分机原边匝数；

表2、感应线圈的尺寸和匝数与感应变压器分机原边匝数的匹配表

1.4）依据上述选择的感应设备和感应线圈原边匝数和匝距，匝距取 1.5mm‑3mm，根据设备输入功率、设备输出焊接电流范围和功率，及参照感 应频率选择原则，确定焊接时的允许频率和最佳使用频率；

表3、设备输入功率、输出焊接电流与允许频率匹配表

续表3

步骤2、进行焊件表面处理

2.1）焊件焊接面的粗化处理

被焊接的焊件的焊接面粗化处理内容，包括涂覆麻点、压制麻点，网 纹、凸楞、凸点等的处理；对焊件表面进行除油污、去氧化物的清理；

2.2）进行焊件镀覆金属表面处理

根据表4的感应钎焊焊件镀覆金属材料的技术要求，确定需要进行表 面镀覆方法、不同材料焊件感应钎焊优先选用表面镀覆、实现焊件镀覆层 厚度及材质，焊件镀层选用银、铜、镍、钼、铌或铝硅，

表4、本发明方法的感应钎焊母材镀层材料的技术要求

2.3）进行焊件与钎剂、钎料、焊接温度、钎缝间隙的匹配选择

①、进行钎剂、钎料的选择

钎料和钎剂选用满足使用要求和钎焊性条件；

钎料和钎剂选用满足焊件与钎料的理化和工艺过程匹配特性条件；

②、进行钎剂、钎料钎焊温度的选择

选择钎剂焊接熔化温度在钎料熔点温度10℃~30℃以下，钎料液相线温 度低于母材固相线至少40℃~50℃，最低活性温度热稳定温度范围不小于 100℃；

钎料的选择要求液态和固态的温差要求小，钎剂完全熔化后5s~10s钎 料开始熔化，钎料温度选择在高于钎剂20℃~50℃区间；

③、选择钎剂、钎料、钎焊温度及钎缝间隙

按照导电性要求高、牢固度要求高，选择银基钎料与焊件匹配；或者， 按照导电性不高、牢固度要求高，选择钎料与焊件匹配；同时配备钎剂的原 则；

依据表5数据，针对不同材料的焊件，选择匹配的钎剂、钎料、焊接温 度及钎缝间隙：根据不同情况，在焊接连接面放置匹配的钎料，焊件表面涂 覆膏状或液状钎剂，钎料和钎剂位置提供钎料和钎剂适量配置及合适的钎缝 间隙：

表5、本发明方法选用钎剂、钎料的温度范围及钎缝间隙

2.4）选择感应钎焊各个工艺参数

①、原始参数的选择

焊件在匹配的钎料、钎剂、焊接温度、频率确定后，将感应钎焊分为焊 接电流透入加热焊接，焊件加热厚度为△L，表6中给出焊接温度与频率对应 的△L值，焊接电流透入加热焊接持续加热后，无电流区域的部分为焊件透 热加热焊接部分，焊件加热最大尺寸D2，其焊件透热加热焊接部分厚度为 D2减△L的差值，

依据表6，根据上述的焊接温度、焊接频率、焊件材料厚度参数，选择 对应的透入电流加热厚度与电流频率；

其中有金属焊接频率与电流加热渗透厚度的关系是：焊接频率增加 23‑25倍，电流渗透厚度减少1mm；

黑金属焊接频率与电流加热渗透厚度的关系是：焊接频率增加16‑19 倍，电流渗透厚度减少1mm；随着加热温度的上升，加热厚度的增加随着 频率的增加是同步减少，

表6、本发明方法感应钎焊时的透入电流加热厚度与电流频率

②、按照原始参数、依次计算得到的焊接工艺参数

根据前述的选择参数，按照表7、表8、表9中的相关公式得到所需要 的焊接电流、焊接时间和保温时间；

在表7、表8和表9中，其中的G代表重量，单位为克；T代表时间， 单位为秒；△L代表电流透入深度，单位为毫米；D2代表焊件钎焊面最大 尺寸范围，单位为毫米；D2‑△L代表透热区，单位为毫米，

感应钎焊工艺过程及时间分配原则：

在加热频率内的电流渗透范围内，保温时间为加热时间的0.3～0.6倍，

在加热频率内的电流渗透范围外，保温时间为加热时间的0.7～2倍，

表7、本发明方法中的焊接电流公式

表8、本发明方法中的焊接时间公式

表9、本发明方法中的保温时间公式

步骤3、焊件装配与固定

3.1）装配感应焊接设备感应线圈与磁性头压杆

分别设置感应线圈和磁性头压杆，磁性环端头的直径按照：进行确定；

3.2）装配焊件

将预装的焊件放置在夹具中，设置好钎料和钎剂，焊件置于感应线圈中 （或靠近线圈），预留相应的装配间隙，感应线圈与焊件的装配间隙分别设 置，对于黑金属装配间隙取3mm‑6mm，对于有金属装配间隙取 1.5‑3mm；将各个感应线圈调整到与焊件焊接部位等高处（或靠近焊件处）， 将磁性环压杆向下分别压住已涂覆钎剂和钎料的焊件，使装配间隙和膨胀间 隙保证0.05mm‑0.12mm且接触牢靠；

步骤4、实施焊接

通过焊接控制器设置相应的使用频率、焊接电流、焊接时间、保温电流 及保温时间，启动焊接设备，开始进行焊接，感应线圈对焊件进行加热，保 温后断电通以冷却水进行冷却到室温，即成。

本发明的有益效果是：

1）适用于碳钢和低合金钢、低碳钢（调质钢）、工具钢和硬质合金、硬质合金、铜及铜合金、铜及黄铜、银及合金、异种金属铁铜件、铜银件、镀铜、镀银件、钛钢、钛和不锈钢、钛铁、铝铜件、仿金件等金属零部件，最大尺寸范围在以内的金属部件，使用200KZ以下频率进行感应钎焊，具备高效、环保、可靠、成本低、节能、通用性好、质量良好的特点；

2）给出了焊接所需最佳的焊接设备和工艺关键参数、消除了焊缝组织 的不良，克服了通常的感应钎焊焊接技术会产生不致密性焊缝的问题，如母 材自裂、溶蚀、夹杂物（黑过烧氧化物）、熔合不足（开缝）、边沿熔合不 足、中部熔合不足（中部冷焊）、粘焊（冷焊）、铸焊（脆性焊）、气孔（针 孔）的现象，同时提供了快速确定选择最佳焊接工艺参数，实现管材、板材、 管板材的良好感应钎接，提高焊件的密封性、焊缝强度和导电性、防止了焊 缝腐蚀，焊缝合格率提高到100%；

3）该方法加热快、透热光泽度好，表面无烧伤、氧化层少、节能、焊 接光滑度均匀，焊接均匀度好、附着力好、热处理变形小；能加热形状复杂 的焊件；作业环境好，操作方便、温度容易控制，产品质量好，对于镀层材 料和焊件表面表面进行了保护，使其具有广阔的发展前景。

理论上，不同材料，管件、板件、管板等结构的感应焊接及钎焊，按本 发明方法，都存在与其相适应的最佳焊接工艺参数和设备参数，为实现这种 理想的最佳焊接工艺的高频感应钎焊提供了依据和可能，值得推广应用。

具体实施方式

本发明的金属零部件的感应钎焊焊接方法，利用以下焊接装置实施：

包括多个感应线圈，该多个感应线圈为一根通水的铜管（或棒件或板件） 沿水平方向绕制成垂直方向不小于1圈的多个圆环，每个圆环分轴向多匝或 径向多匝布置，每个感应线圈直径与焊件加热部分相吻合，每个感应线圈感 应部位的铜管与对应焊件的加热面平行或等距、且相邻匝间电流流向一致； 在每个感应线圈上方对应布置一个磁性环压杆，每个磁性环压杆的轴线中心 与对应感应线圈的中心垂直。将预装的多个焊件放置在各自的夹具中，将各 个感应线圈调整到与焊件焊接部位等高处（或靠近焊件处），设置好钎料和 钎剂，将磁性环压杆向下分别压住各个焊件，接触牢靠后，根据焊件的重量 和焊件直径大小依据下文中的相应规格及相关公式，得出实施感应钎焊焊接 设备及工艺的设置参数，焊接控制器用于设置控制高频焊接电流和焊接时 间，并控制预热（或叫加热）保温电流和预热（或叫加热）保温时间实现加 热和保温的过程、停止加热采用空冷、风冷、及水冷或其组合的形式使工件 冷却到常温实现冷却的过程，利用径向多匝线圈加热实现在一个工序中同时 完成对多个小尺寸规格、小受热面积、短焊缝的焊件，多工序多点的多次焊 接成型、或利用轴向多匝线圈加热实现大尺寸规格、大受热面积、长焊缝的 焊接的高速焊接。

本发明的金属零部件的感应钎焊焊接方法，按照以下步骤进行

步骤1、选用高频感应钎焊焊接设备，并确定相关参数

1.1）根据表1中焊件尺寸外形及所焊部分的要求，焊件与感应线圈之 间保持小于焊件直径0.2倍的间隙，线圈的内外径宽度差值按照下述的公 式确定：

线圈的内外径宽度差值=9+50/感应频率，其单位为毫米（mm），选择 合适匝数的感应线圈内径数值，

表1、感应线圈内径与加热对象材料选用匝数的对应关系

1.2）依据焊件重量的不同，求解得到焊接所需理论功率，所需理论功 率的计算公式是：

理论功率(KW)

=焊件重量(Kg)×温度(℃)×比热容{J/(kg)℃}/3600(秒)/(1‑k)，

即：

其中，铜件热量损失系数k取0.30‑0.35；银件热量损失系数k取 0.35‑0.40；钢铁件热量损失系数k取0.28‑0.32；

1.3）根据焊接所需理论功率选择焊接所需感应线圈大小、匝数，根据 表2选择对应的设备功率、感应变压器分机原边匝数；

表2、感应线圈的尺寸和匝数与感应变压器分机原边匝数的匹配表

1.4）依据上述选择的感应设备和感应线圈原边匝数和匝距，匝距取 1.5mm‑3mm，根据设备输入功率、设备输出焊接电流范围和功率，及参照感 应频率选择原则“体积小、加热层浅的焊件或管材、板材选择高频和超高频； 体积大、加热层深浅的焊件或管材、板材选择大功率的次高频和超音频及中 频”，确定焊接时的允许频率和最佳使用频率。

表3、设备输入功率、输出焊接电流与允许频率匹配表

续表3

对于部分感应高频机行业电源企业的设置上：电源实际输出的电流是 很小，但是为了用户使用上的考虑，在电源显示上通常乘以倍数，比如乘 以20倍，感觉上电流很大。因此，以上表3的输出电流×20倍的显示值、 具体实施例中没有乘以20倍，但是，两者在焊接所需电源的实际输出电流 在实质上是一致的。

步骤2、进行焊件表面处理

2.1）焊件焊接面的粗化处理

被焊接的焊件的焊接面粗化处理内容，包括涂覆麻点、压制麻点，网 纹、凸楞、凸点等的处理；对焊件表面进行除油污、去氧化物的清理。

2.2）进行焊件镀覆金属表面处理

根据表4的感应钎焊焊件镀覆金属材料的技术要求，确定需要进行表 面镀覆方法、不同材料焊件感应钎焊优先选用表面镀覆、实现焊件镀覆层 厚度及材质，焊件镀层选用银、铜、镍、钼、铌或铝硅。

表4、本发明方法的感应钎焊母材镀层材料的技术要求

2.3）进行焊件与钎剂、钎料、焊接温度、钎缝间隙的匹配选择

①、进行钎剂、钎料的选择

1）、钎料和钎剂选用满足使用要求和钎焊性条件：钎料的选用须从使用 要求(如力学性能、工作温度、耐蚀性、导电性等)、钎料与焊件的匹配、钎 料温度和加热方法，以及经济性等方面综合考虑。钎料相对于母材和钎剂相 对于钎料要求，在钎焊温度区间，湿润性好、粘度小、流动性强、渗透性好、 金属元素无蒸发、无烧损、无氧化、高温塑性好、钎着率和钎透率高、钎缝 强度高。

2）、钎料和钎剂选用满足焊件与钎料的理化和工艺过程匹配特性条件： 钎料选择与焊件等化学成分或邻近元素周期表选择成分，元素的电极电位接 近互溶度好，防止电化学腐蚀的发生。钎剂及挥发物对钎缝腐蚀性小。钎料 表面应光洁，不应有影响钎焊性能的油污、凹坑、漏液、偏析瘤、组织偏晰、 夹杂物、起皮、针孔分层和裂纹等缺陷、其中杂质元素的总量不得超过0.15%； 钎料熔化之前钎剂应熔化并开始起作用，增加钎料对母材的润湿性能，提高 液态钎料的铺展润湿的漫流作用，充分填充接头间隙与母材扩散的相互溶解 和扩散中。同时溶解和破除母材和钎缝间隙及钎料表面的氧化膜及钎剂的杂 质，漫流到焊缝外面，焊件外的涂覆焊剂再次漫流远离焊缝后，冷却水浇注 到焊件上将氧化膜及钎剂的杂质冲走，焊件的钎焊完成。

②、进行钎剂、钎料钎焊温度的选择

感应钎焊的温度选择条件：选择钎焊温度必须与热处理制度相匹配，以 获得最佳的力学性能。

选择钎剂焊接熔化温度在钎料熔点温度10℃~30℃以下，钎料液相线温 度低于母材固相线至少40℃~50℃，钎剂良好的热稳定性要求，最低活性温 度热稳定温度范围不小于100℃，加热过程中保持钎剂其成分和作用稳定不 变；

钎料的选择要求液态和固态的温差要求小，钎剂完全熔化后5s~10s钎 料开始熔化，钎料温度选择在高于钎剂20℃~50℃区间，保证钎料在钎剂活 性高潮时开始熔化；熔化范围小的选择接头配合间隙小为佳，熔化范围大的 钎料选用接头间隙大和不均匀的接头适用性较好；

钎剂由去膜剂和活性剂组成，各组气化(蒸发)温度低于钎料的熔融化温 度，钎剂去除的氧化物及杂质能力强且密度小，浮在钎焊金属表面，隔绝空 气防止钎料与氧的氧化发生。

③、选择钎剂、钎料、钎焊温度及钎缝间隙

按照导电性要求高、牢固度要求高，选择银基钎料与焊件匹配；或者， 按照导电性不高、牢固度要求高，选择钎料与焊件匹配；同时配备膏状（或 液状）钎剂的原则；依据表5数据针对不同材料的焊件，选择匹配的钎剂、 钎料、焊接温度及钎缝间隙：根据不同情况，钎料形状选用棒状、板状、箔 状、垫圈状、粉末、膏状或管状，在焊接连接面放置匹配的钎料，焊件表面 涂覆膏状或液状钎剂，钎料和钎剂位置提供钎料和钎剂适量配置及合适的钎 缝间隙：

表5、本发明方法选用钎剂、钎料的温度范围及钎缝间隙

2.4）选择感应钎焊各个工艺参数

①、原始参数的选择

焊件在匹配的钎料、钎剂、焊接温度、频率确定后，本发明将感应钎焊 分为焊接电流透入加热焊接，焊件加热厚度为△L（mm），表6中给出焊接温 度与频率对应的△L值，焊接电流透入加热焊接持续加热后，无电流区域的 部分为焊件透热加热焊接部分，焊件加热最大尺寸D2，其焊件透热加热焊 接部分厚度为D2减△L的差值，

依据表6，根据上述的焊接温度、焊接频率、焊件材料厚度参数，选择 对应的透入电流加热厚度与电流频率，

表6、本发明方法感应钎焊时的透入电流加热厚度与电流频率

②、按照原始参数、依次计算得到的焊接工艺参数

根据前述的选择参数，按照表7、表8、表9中的相关公式得到所需要 的焊接电流、焊接时间和保温时间；

在表7、表8和表9中，其中的G代表重量，单位为克（g）；T代表时 间，单位为秒（s）；△L代表电流透入深度，单位为毫米（mm）；D2代表焊 件钎焊面最大尺寸范围，单位为毫米（mm）；D2‑△L代表透热区，单位为 毫米（mm），升温速度代表的是加热过程温度上升速度，降温速度代表的是 保温过程加热温度的降温速度，（水冷+空冷）降温速度是焊件断电后温度冷 却的降温速度；

表8和表9中几种金属的升温速度及降温速度分别是：

铜的升温速度58℃/S‑21℃/S，降温速度13.5℃/S，水冷+空冷取188℃ /S‑120℃/S；

钢的升温速度104.4℃/S‑30℃/S，降温速度37.5℃/S，水冷+空冷取479℃ /S；

银的升温速度88℃/S‑40℃/S，降温速度13.5℃/S，水冷+空冷取363℃/S；

铝的升温速度135.5℃/S‑60℃/S，降温速度20℃/S，水冷+空冷取465℃ /S；

感应钎焊工艺过程及时间分配原则：

在加热频率内的电流渗透范围内：保温时间为加热时间的0.3～0.9倍。

在加热频率内的电流渗透范围外：保温时间为加热时间的0.7～2倍。

断电冷却的过程所用时间：冷却时间为加热时间的0.1～0.2倍

焊件的加热、保温、冷却钎焊过程采用切换时间继电器、或时间控制器、 结合红外测温仪、或热电偶的检测、对温度和时间自动切换，特别对厚件、 大钎焊面的加热、保温、冷却可分别采取，按多次加热升温速度进行多次加 热、多次升温速度和降温速度结合进行多次保温、多次缓慢空冷降温和水冷 的方式完成钎焊过程。

其中焊接时间T的确定主要是依据在选定与焊件匹配的钎料、钎剂所选 的焊接温度区间，不同金属的升温速度，保温时间、降温速度、及焊接过程 分为电流透入加热和材料的透热加热来确定。

表7、本发明方法中的焊接电流公式

表8、本发明方法中的焊接时间公式

表9、本发明方法中的保温时间公式

步骤3、焊件装配与固定

3.1）装配感应焊接设备感应线圈与磁性头压杆

分别设置感应线圈和磁性头压杆，磁性环端头的直径按照：进行确定；

3.2）装配焊件

将预装的焊件放置在夹具中，设置好钎料和钎剂，焊件置于感应线圈中， 预留相应的装配间隙，感应线圈与焊件的装配间隙分别设置，对于黑金属 装配间隙取3mm‑6mm，对于有金属装配间隙取1.5mm‑3mm；将各个感应 线圈调整到与焊件焊接部位等高处（或靠近焊件处），将磁性环压杆向下分 别压住已涂覆钎剂和钎料的焊件、使装配间隙保证0.05mm‑0.1mm，且接触 牢靠。

步骤4、实施焊接

在感应线圈、焊接功率、感应钎焊供电设备上，通过焊接控制器设置相 应的使用频率、焊接电流、焊接时间、保温电流及保温时间，启动设备，开 始进行焊接，感应线圈对焊件进行加热，保温后断电通以冷却水进行冷却到 室温，完成不同材料、管件、板件、管板等结构的感应焊接及感应钎焊焊接， 即成。

另外，本发明方法根据需要还可以包括焊件的后续处理步骤5：

步骤5、焊件的后续处理：上述的所有步骤完成后，还需要对焊件进行 钎焊后续清洗，钎缝或整个焊件焊后的保护处理，即清洗钎剂残留物、镀其 它惰性金属保护层、氧化或钝化处理、喷漆。

实施例

以下是黄铜管和紫铜板、交流接触器上的硬质紫铜接触板与银氧化镉电 触头组成接触桥产品，采用本发明的感应钎焊方法，焊接母材（铜管端面、 银氧化镉电触头表面）焊接面处镀覆0.2mm‑0.3mm的银、根据焊件的重量 计算理论和实际焊接所需功率，选择焊接设备功率，依据焊件直径大小和设 备功率选择对应的感应线圈和感应频率，根据感应频率和焊接温度选择焊接 电流透入深度△L，透热深度为焊件最大范围D2减去电流透入深度△L之只 差，表10给出典型金属焊件的焊接材料、规格、及焊接后的性能指标要求、 焊接所需高频感应线圈、设备和频率、表11的所有焊接焊件均按照计算举 例1和计算举例2的方法、根据表8和表9高频感应焊接工艺参数数学模型 公式，计算得出表11焊接电流、时间及温度、功率、表面涂覆的焊剂和钎 料等参数，按照高频感应焊接工艺步骤进行感应钎焊，焊接后通过金相组织、 超声检测、剪切力和打压密封检测，表12为典型高频感应钎焊钎焊原有技 术不良和现新技术焊接质量的检测结果对比，铜管板和交流接触器接触桥焊 原有焊接技术焊缝内部缺陷得到根除，焊缝合格率提高到100%，符合表10 中产品焊接性能要求的各项指标要求和规格。

表10、本发明方法实施例中焊件的焊接材料、性能要求、焊接设备

计算举例1（对实施例中的黄铜管和黄铜板感应钎焊焊接工艺参数，根 据本发明公式和规则具体的设计计算举例，计算结果见表11，焊接结果对比 见表12）。

黄铜管￠10mm×1mm长度21mm，与黄铜板50mm×50mm×5mm， 采用银基钎料TS‑34CT（银钎丝￠1.8mm），膏状钎剂QJ103，利用SP‑40 设备47KHZ频率，感应线圈按用￠5mm紫铜绕制成内径￠50mm，垂直匝 数3匝，间距2.5mm的加热感应线圈进行高频感应钎焊。

焊接材料重量G=黄铜管G+黄铜板G

=5cm×5cm×0.5cm×8.9g/cm³+(1cm÷2)²×3.14×0.1cm×8.9g/cm³

=118.24g。

利用表6的感应钎焊不同材料的透入电流加热厚度与电流频率，47KHZ 焊接频率接近对应铜合金的45KHZ，高频电流透入深度△L为2.06。

选择表8中的铜合金焊接时间公式：

利用表11铜合金的焊接电流公式：

计算举例2（对实施例中的U型接触桥和银触头感应钎焊焊接工艺参数， 根据本发明公式和规则具体的设计计算举例，计算结果见表11，焊接结果对 比见表12）。

交流接触器触点高频钎焊

按照计算举例1的方法对以下交流接触器（U型接触桥1、U型接触桥 2、U型接触桥3）的接触桥和触头的高频钎焊工艺参数：

U型接触桥由银触头接触板钎焊成型：

银触头尺寸：18mm×13mm×1.7mm；

T3、Y4接触板尺寸：18mm×55mm×18mm×5；

钎料Bag30CuZn片：0.2mm×13mm×18mm×R15；

钎剂为膏状FB303P，焊接前所有面全部涂覆钎剂FB303P；

利用SP‑50设备80KHZ，磁性环直径为压力为0.2Mpa；串联感应线圈为银触头与接触板组焊重量为0.098kg；理论所需功率为8.1746‑9.555KW；实际所需功率为12.56‑14.7KW，焊接电流为47‑50A；焊接时间为18‑23s；保温电流为38‑41A；保温时间为50‑60s。

表11、本发明方法实施例中焊件的高频感应钎焊工艺参数

表12、本发明方法实施例中焊件的感应钎焊钎焊结果对比

应用本发明方法进行生产试验，经过对管板焊接2.5万件产品、接触桥 1的13.78万件产品、接触桥2的10.63万件产品、接触桥3的8.53万件产 品的生产、使用、检验均符合质量要求，焊缝合格率保持100%，焊接效率 分别提高130%、310%、220%、380%。数据结果表明，本发明方法能够减 少设备投资，杜绝原来技术加热使产品表面或镀层的破坏，消除了不致密性 焊缝不良，提高焊件的密封性、焊缝强度和导电性，防止了焊缝腐蚀；同时 根据上述的相应公式和焊接选择范围，快速得到最佳焊接工艺参数，显著降 低成本，增加企业效益。