选材和工艺过程开发：软 / 锡焊的主要考虑因素

 “联邦饮用水清洁法”通过已经过去 20 多年了，它限定用在饮用水系统的锡料中的铅含量应低于0.2% 。不久随着这个立法的通过，一种新的软钎料合金被引进到铜水管的焊接中。这种合金富含锡，铜含量为3.0-5.0% ，银0.3-0.7% 。

锡 - 银- 铜合金是锡- 银家族成员之一，比如 ASTM B-32 列表中的Sn94 及Sn96 ，它们可用来替代锡铅50/50 合金。这些年来不含铅的合金发展也相当迅猛，除了用在简单的水引管焊接上还用在制冰机，冰箱制冰机，喷泉式饮水器以及果汁制造器上。许多生产商已经不再继续使用含铅的以及含 锑，铋的软钎料，甚至一些并不直接与水，果汁产品接触的钎焊配件，比如制冷设备中的热交换器也逐渐转向使用不含铅的焊料。

不考虑合金中的特殊成分，接头整体性能是直接与恰当的软钎焊工艺过程相关联的。说到工艺过程开发就必须要提到热处理，钎剂应用以及焊前焊后的清洁工序。不过，最好的装配只有在接头得到合适的设计时才显效；对于软钎焊接头的设计，无论接头是否必须满足不泄露，热传导或是强度要求，软钎焊过程的目标就是最优化钎料的润湿性与扩展性，以使接合面间的接头间隙的未砌合面达到最小。

最优化的接头间隙在钎料转变为液态时，必须能兼顾到两相配金属材料的热膨胀系数，钎料流动的深度以及实施加热的均匀度。 一个简单的经验法则是：如果加热均匀那么软钎料就可以被引至最近的配合面；如果接头间隙是均匀的那么钎料是最热的表面。在自动软钎焊时，对于控制接头间隙的工件夹置设计是很重要的，因为在实际的操作中实施者是不能予以干涉的；对于自动软钎焊夹具的设置尤其重要，因为它的目的就是以产生最少的废料及重返工下焊接大批的接头。

当谈到有质量的软钎焊时，焊前清洁以及助熔方法都是很重要的。本文将对清洁只做简单介绍；不过其重要性也不能被夸大化。焊接工件表面上必须清除掉有机渣滓，油漆及氧化物，以防止钎料在上面润湿，扩散。对于焊前清洁也可以理解为钎剂不能充当清洁剂，溶解剂或去油剂的媒介。如果缺乏适当的焊前清洁工序，那么产生的接头质量极有可能会很差，因为钎剂不能深入厚重的油污层与潜在的接合面发生反应。

钎剂种类

 商用软钎剂通常分为松香基，有机酸及无机酸钎剂。松香基钎剂的主要成分是白水松香（松树液的萃取物）；有机酸钎剂是由类似乳酸或是某种柠檬酸的混合物所组成；无机酸钎剂则含有氯化锌，氯化铵，盐酸和硫酸或柠檬酸。钎剂的标准形式为液状，膏状以及干腌状。对于大部分锡 - 银与锡- 银- 铜丝状软钎料，芯核中含有一定配比的钎剂，也即被称为药芯钎料；它省去了助熔的环节使钎焊简单化。

钎剂的选择

钎剂的选择主要是根据工件的材料，特别是由要去除的表面氧化物的种类及厚度所决定的。比如在焊接铜水管上，使用松香基钎剂较能有效地去除表面上的生锈物。另一方面，不锈钢与铝上的氧化物尽管很薄，但却非常顽固（难以发生化学反应），这时候它们需要比较的强的钎剂比如无机酸。同时也必须要明白一些钎剂渣滓没能完全从焊接工件上去除掉而潜在存有腐蚀作用。

钎剂对钎料的润湿性不仅表现在母材接触面及熔化的钎料表面上的氧化物的减少，也表现在其他两个方面，即： 1 ）防止母材表面在锡焊过程中进一步氧化的能力 2 ） 减少液态软钎料的表面张力（较低的表面张力可以提高钎料的毛细管流动性能）。选择正确的钎剂来优化钎料表面湿度及其毛细管流动性与选择正确的钎料一样是很重要的一步，它可以减少由于未焊接表面引起的无效形成与强度丧失。

不当的加热是导致接头产生较差质量的主要因素。不管接头是否由手动或是自动钎焊完成的，这个观点都是正确的。对于焊接，主要的问题是不能在各个表面都达到均匀的温度。有许多因素影响接头区域的热传送，大体上来讲，最容易被忽略的是热耗散。热耗散出现在焊接工件间不同结构面积差异上；大面积的工件比小面积的工件较快地吸收接头区域的热量，使后者在温度上升时出现滞后。第二个产生热耗散是在母材产生接点时的热传导，这种情况出现在焊接两个物理结构相似但热传导性却相差很大的工件上；传导性大的工件比小的较快地从接头区域带走热量。

均匀冷却的重要性

 钎焊后对接头进行冷却是很重要的。这一点对于要求工件快速加热和冷却的自动钎焊尤其重要，因为其要满足大批量生产的速度需求。由于不均匀加热（也可能与升高的机械载荷共同作用）造成的热量失衡压力可能会导致焊件裂缝。有一个经验法则是：使接头温度至少降到焊件固态或熔解温度的 50% 以尽可能的达到均匀冷却，然后再进一步加快冷却过程。对于锡- 银和锡- 银- 铜合金，这个温度限制范围是93-121 °C 。 冷却工件时应该对夹置的设计予以细查，使其不会产生造成接头裂缝的残留应力。

焊后清洁程序是旨在去除钎剂残渣以防止对工件存有潜在的腐蚀作用。含铝和镁的工件对于腐蚀性要尤其加以注意，当然所有材质的焊料对此也应予以关注。大部分钎剂都具有吸湿性能，也即意味着经过一段时间后，钎剂可以吸附潮湿物以有效防止潜在的腐蚀作用发生。 钎焊后滞留在工件上的钎剂残渣可能会对后续的表面镀层工作（比如油漆，静电涂层）产生害处。

的来说，无论工件是进行手工焊还是自动焊，一个好的钎焊接头是由恰当的夹置设计开始的。焊前清洁，钎料及钎剂的选择，和正确的加热程序（加热速度及冷却速度）一样都是完成钎料熔解，流动并最终形成接头的重要因素。焊后清洁必须保证焊件上没有钎剂残渣滞留，以防止工件在工作时没有腐蚀作用发生。

后面