铝钎焊技术简介
钎焊定义：用比母材熔点低的金属材料作为钎料，用液态钎料润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散的焊接方法。
钎焊时只有钎料熔化而母材保持固态，这就要求钎料的熔点低于母材的熔点，其成分亦有差别。熔化的钎料依靠润湿和毛细作用吸入并保持在母材间隙内，液态钎料与固态母材间的相互扩散形成冶金结合。
铝钎焊介绍：
铝的钎焊始于二十世纪三十年代初。如今已有许多种不同的钎焊技术被采用。在钎焊装置中，气氛炉钎焊，真空钎焊和浸渍钎焊占了很大部分。
铝钎焊特点：为了使钎焊成功,钎焊焊接处表面必须干净且在钎焊温度时,该表面不能有任何氧化。铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。（如超过250℃，铝表面会形成高温氧化物，这些氧化物很难被Noclok钎剂去除）氧化膜阻碍钎料的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。焊接时应清除其表面氧化膜。（焊剂与氧化物反应并同时取代氧化物，从而避免焊件与炉子内的空气接触铝的熔点是多少度，这样钎料熔化并通过毛细管作用被拉至焊缝中。）
正如在油垢的表面上浇水由于表面张力的作用会形成水滴一样，在氧化膜上面进行钎焊，钎焊材料也无法均匀地和基础金属材料（母材）结合，所以会形成不良的钎焊面。
铝材的钎焊只能采用以下的化学方法和物理方法。
铝钎焊的方法主从次序依次是FB→VB→NB，物理性还原方法VB法和VAW法无需进行焊剂的涂布。但是VB法的缺点是还原不够彻底，残留一部分氧化物，再有就是为了强化铝材添加的镁在真空状态下随还原反应分解使之不耐腐蚀。另外，VAW法的介质气体需使用D.P(露点)-70℃,含氧量为6-8ppm的氮气，较难做到。而且日后涂装以前必须进行金属表面处理。
另一种是化学性还原方法，FB法和 NB法最大的不同之处在于焊剂的种类不同，FB法使用的是氯化物的焊剂（ZnCl2,LiCl2）盐基不仅腐蚀基础材料（基材）而且还会引发环境污染等公害问题。所以，后续的清洗作业是不可缺少的。而且在涂装以前一定要进行表面处理。与此相比较NB法使用的是氟化物的焊剂（KAlF4）,无需进行钎焊后的清洗，而且耐腐蚀性很强，涂装时也无需进行表面处理，虽然和FB法同样焊剂会污染设备，设备自身的腐蚀比氯化物要小一些（炉的寿命FB=1/2年，NB=5-6年）。只不过焊剂中的氟（F）和基础金属材料（母材）中的镁(Mg)反应生成的MgF2会影响钎焊的质量，所以Mg在基础金属材料中的含量需在1%以下。另外的缺欠就是焊剂的残留问题。然而这种方法有许多优点，所以在热交换器的钎焊中NB炉仍然是主流。
注：[所谓NB法] NB是“NOCOLOK (NONCOLOSION[非吸湿性]BRAZING[钎焊]”的省略语，“NOKOLOK”的名称是美国ALCA公司的专利名称（专利只限于焊剂）。
铝钎焊材料由包在芯体合金（AA3003）的一面或两面的铝硅合金薄层组成。低熔点的铝硅合金则在钎焊过程中熔化流动，在冷却后在要连接的组件之间形成冶金结合。
芯体合金：NOCOLOK钎焊要求母材固相线温度不低于615℃，同时由于钎剂对合金表面的MgO的溶解有一定的限度，且Mg和MgO与钎剂反应生成MgF2，使得钎剂熔点升高失去活性，故要求Mg含量不超过1％（最好不超过0.5％）。因此适合NOCOLOK钎焊的铝合金有工业纯铝和Mg含量较低的Al－Mn合金（如AA3003、AA3102、AA3005、AA3105等）和Al－Mg－Si合金（如AA6063、AA6951等）。AA3003是传统的对汽车热交换器均可考虑的合金，它可用于所有的钎焊方法。
注：大多数的铝合金均能钎焊但不能利用所有的钎焊技术，主要分保护性气氛钎焊（CAB），即通常所说的NB钎焊，和真空钎焊（VB）的合金如何选择。对空气炉钎焊，合金的选用可以和CAB的一样。
AA3003是传统的对汽车热交换器均可考虑的合金，它可用于所有的钎焊方法。为了获得更高的强度，真空钎焊用AA3005合金，时效强化合金AA6060、AA6063、AA6951也可用于真空钎焊。为使6000系列的合金有可能时效强化，钎焊后的冷却速度必须很快。为使时效后强度最高，在400℃到200℃温度区间内，冷却速率必须为＞1℃／sce。
5000系列合金亦可用于VB钎焊，采用焊剂钎焊处理这系列合金比较困难，当合金含Mg量高时焊剂不能除去氧化物。对NB（CAB）钎焊，客观上Mg含量限制在0.4％左右。对其他含Mg合金如6000系列事实也是如此。
1000、2000和7000系列合金比较少用于钎焊。1000系列以及低合金成份的其它两系列的焊后强度比较低。当合金成份高时其钎焊熔点就偏低而不能提供良好的钎焊。
主要铝硅合金（铝钎焊中的钎料）：4000系列
填料合金是4000系列，该系列合金的熔化温度接近600℃，含7－13％的Si。对于真空钎焊（VB），加入1.2％Mg。为了在VB钎焊时填料有比较好的湿润性和流动性可多加0.1％的铋。
作为参考，NB钎焊的材料中如果不含镁的材料：焊剂的涂布量为2g/m2左右（氧气浓度在50ppm左右）如果镁含量为0.2－0.25g/m2的材料：焊剂的涂布量为6－8g/m2左右（氧气浓度在50ppm左右）
如果镁（Mg）的含量在2g/m2以上时则不能进行NB钎焊。
采用保护性气氛钎焊（CAB）钎焊方法时，厚壁部件的升温比薄壁部件的升温明显要慢，故用于热交换器的不同部件的合金要有不同的Si含量。由于Si含量增加时，合金熔点降低，故对不同部件，应选用不同的Si含量，以使填料、金属几乎在同一时间熔化。填料大约在熔化区间的最低与最高温度的中点温度时开始流动，这个温度已足够钎焊了。
铝硅合金
AA-4343
AA-4045
AA-4047
硅标定值(%)
7.5
10
11
液相线
613℃
591℃
582℃
固相线
577℃
577℃
577℃
AA4343和AA4045中的Zn起阳极保护作用，商品化的钎料Zn含量一般为1～1.5％，过高的Zn含量降低钎料的流动性和钎焊性。AA4047是共晶钎料，在推荐的钎焊温度下流动性太强而难于控制，溶蚀倾向较其它钎料高，一般用于火焰钎焊。钎料一般作为复合材料的皮材，根据用途的不同皮材采用双面复合或单面复合，复合率（单面）为5～10％。相互钎焊连接的两个零件，只需要一个零件采用复合材料，不便于采用复合材料时，可采用钎料箔、板或丝。
注：钎焊中对钎料的基本要求 ：
·合适的熔点，应比母材的熔点低几十度。二者熔点过于接近，会使钎焊过程不易控制，甚至导致母材晶粒长大、过烧及局部熔化。
·具有良好的润湿性，能充分填满钎缝间隙。
·与母材的扩散作用，保证它们之间形成牢固的结合。
·具有稳定和均匀的成分，尽量减少钎焊过程中的偏析现象和易挥发元素的损耗等。
·满足产品的机械性能和理化性能要求。
·经济性。
·熔点低于450℃的为易熔钎料，俗称软钎料；高于450℃的为难熔钎料，俗称硬钎料。
NOCOLOK® 焊剂及其钎焊工艺
△世界上第一台NB炉由加拿大阿根（Alcan）公司于78年发明，其注册商标为NOCOLOK®。
78－79年SOLVAY公司研制成Flux，Flux主要为KF、AIF3之混合物，亦即氟铝酸钾（KAIF4）。
NOCOLOK钎剂（Flux）在室温和钎焊温度下不与Al发生反应而仅在熔融（至少部分熔融）下才具有反应活性，钎剂熔融后溶解Al表面的Al2O3，润湿接合面，降低液态钎料的表面张力,使液态钎料利用毛细作用自由地流入接合面,并防止表面重新氧化。冷却后，钎剂在部件表面形成一层1～2μm的残余物（钎剂载有量为5g/m2时），附着力强，不吸湿，无腐蚀性，在热交换过程中不会出现碎裂，毋需清除，可直接喷漆。
△Flux钎焊特性：
1.Flux为氟铝酸钾盐混合物；
2.熔点范围565°C－572°C，低于钎料熔点（577°C）；
3.粒度范围0.2－0.5μm，良好的膏剂特性；
4.不吸湿性，无限长的储存期；
5.无腐蚀性；
6.溶解度为0.2－0.4％，无限的适用期。
△钎剂（Flux）的作用：
·清除母材和钎料表面的氧化物，为液态钎料在母材上铺展填缝创造必要的条件。
·以液态薄层覆盖母材和钎料表面，隔绝空气而起保护作用。
·起界面活性作用，改善液态钎料对母材的润湿。
△NOCOLOK®钎焊工艺的优点：
1.Flux为惰性，无腐蚀；
2.较大地容许间隙；
3.良好的间隙填充性能；
4.加强抗腐蚀能力（合成铝材、Zn沉积处理）；
5.被钎焊表面适于铬化处理／喷涂；
6.容许进行不完美的清洗；
7.钎焊后勿需进行清洗；
8.去除氧化膜能力极强；
9.简单的贮存方法；
10.勿需清除钎焊残余物。
连续式氮气保护钎焊炉
连续式氮气保护钎焊炉是静态气氛隧道炉。
钎焊炉一般由钎剂涂敷装置、干燥炉、钎焊室、水冷室、空冷室几部分组成。钎剂涂敷装置依靠传送带运输，对热交换器喷涂钎剂悬浮液，然后吹除多余的液体。干燥室在200℃左右烘干钎剂。钎焊室为整体不锈钢马弗结构，马弗进口端浮动，出口端固定，不锈钢网带从马弗内穿过，马弗内为氮气保护环境，工件在马弗内完成钎焊。氮气从工件升温到钎焊温度的那一段进入马弗，向钎焊室进出口方向排出。马弗上下布置电加热组件，分区PID控制，四周为绝热层和外部钢壳。水冷罩室和空冷室位于钎焊室的尾部，钎焊后的热交换器先后 经过水冷罩室和空冷室，被冷却至室温。
钎焊包括三个过程：一是钎剂的填缝过程，工件被加热到560°C左右时，钎剂开始融化，溶解Al表面的氧化膜，润湿接合面；二是钎料填满钎缝的过程，当工件被加热到577°C左右时，钎料（复合层）开始融化，液态钎料利用毛细作用自由地流入焊接的接合面；三是钎料同母材相互作用的过程。
工件自加热区出来后，进入冷却区。工件在此区冷却，焊缝固化，钎剂也固化并留在部件表面。
整个焊接过程工件在纯度99.9995%，露点为-40℃的氮气保护下进行（在300—560℃范围内，微量的KALF4蒸发与所存在的湿气反应生成微量的HF，HF对马弗炉膛等损害极大）。焊接过程中要求马弗膛内氧气含量小于100PPM。
注：钎料能否填满焊缝取决于它在母材间隙中的毛细流动特性。
影响钎料润湿性的因素：
·钎料和母材的成分，界面张力小，润湿性好。
·温度的影响，温度升高，表面张力降低，钎料润湿性提高。温度太高，钎料流失，母材晶粒长大。
·金属表面氧化物的影响：清除钎料及母材表面的氧化物，以改善润湿。
·钎剂的影响：破坏表面氧化膜。
·母材表面状态的影响：较粗糙表面上的纵横交错的细槽对液态钎料起到特殊的毛细管作用。
·表面活性物资的影响：凡是能使溶液表面张力显著减小，因而发生正吸附的物质，称为表面活性物资。
工件在炉内的实际温度曲线：
连续式氮气保护钎焊炉各段组成及功能：
这种钎焊炉总长一般均在20~40m以上，一般由以下几个部区组成：
（1）喷淋钎剂区 （工件喷洒钎剂前，要去除残余的油污）
工件摆放在传送带上，传送带以一定的速度匀速传动，工件进入喷淋钎剂区时，喷头以一定的角度向下喷混合好的钎剂水混合液。钎剂一般采用Noclok无腐蚀钎剂。钎剂浓度在5%～25%范围内，液体钎剂在毛细作用下渗入钎焊缝隙，多余的的钎剂在重力作用下从工件非连接面上脱落。
（2）空气吹落区
工件随网带运动进入该区。由于工件上的多余钎剂仅靠重力脱落有限。在该区用风机向工件上吹风，以使多余的钎剂吹落掉。这两区吹落的钎剂落入接水槽中流至钎剂储罐。循环使用。
（3）干燥区
该区的作用是清除钎剂中的水分及工件表面吸附的空气水分，防止工件携带空气水分有害气体直接进入钎焊炉高温区，导致金属表面氧化。同时，工件及夹具因受热不均发生变形。干燥区温度一般≤250℃。采用热风循环方式，气流循环由搅拌风机实现。
干燥区温度设置：
最低: … 190℃ 清除铝材表面吸附的水分以及焊剂结晶体吸附的水分
最高: … 300℃材料中的锌（Zn）被氧化（氧化膜影响钎焊的质量）
通常设定为200－250℃
干燥时间（参考）
16mm厚（散热器） 需要3－4分钟
32mm厚（散热器，加热器）需要4－5分钟
90－100mm厚（汽化器） 平放需要7分钟，直立需要10－15分钟
虽然干燥时使用风机使内部的空气得以流通，但风速超过5－6m/s时干燥后的焊剂容易挥发。
（4）加热区
典型的钎焊炉加热区长度一般为10-12m左右，分5-6个控温段。每个控温段加热组件热功率独立可调，可灵活的设置各控温段的温度，保证工件在最短的时间内均匀地升至钎焊温度。工作升至最高温度后有一段非加热区，其长度约为1～1.2m。每个钎焊加热区设置上下2个测温点，监测炉温的变化。各控温段温度，工作传送速度等焊接参数设定、测量、反馈控制以及生产程序，采用工业控制计算机及PLC实现。
（5）冷却区
工件自加热区出来后，进入冷却区。工件在此区冷却，焊缝固化，钎剂也固化并留在部件表面。
冷却区分为水冷套冷却及空冷。水冷壁冷却区长度为3~4m，调节水流量，可调节工件降温温度梯度。在这个室中将工件冷却至400℃以下。因为将高温的工件直接暴露在大气中容易氧化，因此此处也需使用氮气介质气体。
空冷段一般和钎焊加热炉分离，鼓风机吹入压缩空气，将在水冷却室内已经冷却到400℃的工件再冷却到常温状态。
（6）传送方式：采用网带传送机构
该机构由变频调速器、电机、行星摆线减速器驱动主动轮、导向轮托辊及张紧装置来完成网带的定向运动。传送速度一般在200~1500mm/min之间可调,它具有结构紧凑,传送平衡、可靠等特点。工人操作简便，自动化程度高。
NOCOLOK®钎焊炉有关问题
·炉子升温一般需提前进行，升温速度为20-60℃/Hr,均匀升温是延长炉膛使用寿命之关键。当炉温升至300℃时充入小流量N2，以保护炉膛不被氧化。
·钎焊夹具及托盘使用前需空烧，先形成氧化膜，以免钎剂氧化之。定期除锈，一般钢丝刷刷凈即可铝的熔点是多少度，严重时需酸洗，但酸洗之后使用前仍需空烧。
·炉膛清理一般一年一次，若使用频繁，则半年一次。清理时工人要带防毒面具，炉膛前边要用风扇吹风。
·冷却水，升温时当炉温升至250℃时开启，关炉时当炉温降至250℃时关闭，保温时要正常供给。冷却塔4T当可满足使用。由于该系统为开式循环，故需有回水泵。回水泵、给水泵应有备用。
·水套冷却可使产品温度降至300℃左右，经风冷后应达到室温＋15℃。
·钎焊炉应专线供电，最好双线保证，防止生产中断电。若生产中突然断电，为防止整炉产品过烧而报废，必须以最快的速度将网带及产品拉出。
·被拉出的产品可以二次进炉。
·钎焊炉供电线路上最好不再连接其它仪器及设备，倘若非接不可，则需做稳压保护。
·炉温控制的决定因素：
·温区温度设定；
·N2 气体条件：露点－60℃，纯度99.9995%.
·传送带速度：产品在炉内的钎焊时间约为1-3分钟，但产品的大小、厚度的不同需要的预热时间则大不相同。采取炉温设定不变，只调节带速来实现好的焊接质量。每更换一次新品种应进行一次测算从而确定传送带的速度。
参考公式：Q=d(t1-t2)S
说明：d-导热系数，S-表面积
·Flux浓度
·管带式：喷淋4-6% ，手工涂抹20-25%.
·冷凝器: 喷淋5%，手工涂抹40%左右。
·层迭式蒸发器：板与板之间20-25%,干燥后组装直接进炉，干燥炉温200℃.
·循环水：4m3/Hr,供给压1-2Kg/cm2.
·N2用量：50-120m3/Hr,供给压1000mm水柱（0.1Kg/cm2）.
影响钎焊质量的因素
铝热交换器NOCOLOK钎焊常见缺陷主要有未钎透、溶蚀、翅片弯曲倒伏、钎料流失、热交换器颜色变灰发黑、钎剂残余物附着力差影响油漆附着和热交换器有异味等。实际生产过程中影响NOCOLOK钎焊质量的因素是多方面的,这里仅对主要因素略作讨论。
1． 零件尺寸公差
加工时必须保证零件的关键尺寸公差，如管带式冷凝器蛇形扁管整形后弯头部分的尺寸、蛇形扁管与集流管钎焊处的缩口尺寸、翅片高度尺寸公差、复合集管的冲孔尺寸、堵头成形尺寸，平行流冷凝器集流管的冲孔尺寸、堵头的成形尺寸、扁管的缩口尺寸等都很重要，否则无法保证装配后芯子的钎缝间隙。
2． 零件表面的脱脂
NOCOLOK钎焊对零件表面的脱脂要求比真空钎焊高，必须彻底清除零件表面的润滑油（脂）等赃物，获得可水润湿的表面，以便于均匀涂敷钎剂。零件表面的脱脂，可采用有机溶剂（三氯乙烷或三氯乙烯）蒸气清洗、水基清洗剂清洗或碱洗等方法。如果在原材料加工中不涂油或采用挥发性润滑油并在零部件加工过程中采用挥发性润滑油，根据润滑油挥发性的不同，可免清洗或采用热风干燥除油，为提高钎剂悬浮液的润湿性，可在悬浮液中加入0.1％的表面活性剂（NCH）。表面活性剂太多，会降低钎焊性和产品的耐腐蚀性。
3． 零件的装配
保证芯子装配后的钎缝间隙，有利于获得良好的钎焊质量。翅片（复合铝箔）与扁管，推荐采用无间隙配合，复合铝箔的皮材充当间隙，局部间隙过大时可插入钎料箔，但可能引起局部溶蚀、局部焊点过大。其它部位的钎焊间隙主要依靠零件加工尺寸保证，钎焊间隙越大，所需钎剂载有量越大，最好不超过0.1mm。NOCOLOK钎焊芯子装配后一般用夹具夹紧，由于铝和不锈钢夹具的热膨胀系数不同，夹紧力太大，易造成钎焊后翅片弯曲倒伏和芯子尺寸超差；夹紧力太小，翅片易虚焊、松脱。
4．钎剂悬浮液的配制和涂敷
钎剂用蒸馏水、去离子水或饮用纯水配制成悬浮液使用，推荐表面钎剂载有量为5g/m2。钎剂悬浮液的浓度、零部件清洗质量、涂敷方法、过量钎剂的吹除、工件的复杂程度和涂敷装置网带速度等均会影响钎剂的实际载有量。一般钎剂悬浮液浓度为5～10％，对于扁管与集流管等重要钎缝，可单独刷扫浓度为30～50％的悬浮液以确保钎焊质量。钎剂载有量过大（超过5g/m2），会造成钎焊后的芯子颜色变灰发黑、钎剂残余物附着力差影响油漆附着、热交换器有异味等，并降低钎焊炉马弗的使用寿命。NOCOLOK钎剂的残余物有一定的H2S气味，且钎剂残余物的存在影响蒸发器的表面钝化和亲水处理。
5． 钎剂的干燥
涂敷钎剂后的工件需彻底干燥除去水分。水分在钎焊过程中可与KAlF4反应生成HF，影响钎焊，加大马弗和网带等的腐蚀，增加HF废气处理工作量。工件的干燥程度受干燥温度和网带速度的影响，一般温度控制在200℃左右，不可超过250℃，否则工件氧化严重，钎剂无法去除氧化膜。
6． 钎焊温度和网带速度
制定适宜的钎焊温度和网带速度是保证钎焊质量的关键。采用AA4045，钎焊区温度控制在600-610℃；采用AA4343，钎焊区温度控制在610-620℃。网带速度冷凝器为750-850mm/min。钎焊温度太高，网带速度太慢，易造成钎料流失、溶蚀、翅片弯曲等缺陷；钎焊温度太低，网带速度太快，工件尚未达到必要的钎焊温度，各部位温度不均衡，容易造成虚焊、泄漏、钎缝不连续等缺陷。钎焊温度和网带速度需通过测量工件在炉内的实际温度曲线确定，工件各部位升温到钎焊温度保温3-5分钟即可。
7． 钎焊气氛
推荐采用高纯液氮气化的氮气，钢厂生产的高纯液氮纯度达99.9995%,其中氧含量小于3ppm,露点低于－73℃。但在典型的隧道炉中,由于工件、夹具和连续运转的网带会将水分和空气带入炉内，以及氮气的进排气不平衡导致车间气氛返流，炉内气氛总是高于这一水平。为保证钎焊效果，必须保证隧道炉钎焊段的气氛露点不超过－40℃，氧含量不超过100ppm。如钎焊气氛差，需要提高钎剂载有量。
8． 复合材料皮材的均匀性
复合材料皮材复合不均匀会造成虚焊、烧损、钎缝不连续、泄漏等缺陷，国产复合材料皮材的均匀性不及进口材料。
9． 复合铝箔的抗弯曲性
复合铝箔在钎焊温度下的抗弯曲性是衡量铝箔质量的一个很重要的性能指标，复合铝箔的抗弯曲性差，钎焊时翅片弯曲、倒伏、粘连，严重影响热交换器的外观质量和换热性能。研究表明，这是由于复合铝箔芯材晶粒直径较小，皮材中的硅原子沿晶界向心材中心扩散所产生的溶蚀现象形成的。复合铝箔轧制时严格控制冷作压延率和退火工艺，有利于获得粗大晶粒的心材，使复合铝箔具有优良的抗弯曲性。
10． 炉内摆放方式
产品在炉内钎焊时的摆放方式不合理，集流管皮材熔化后受重力作用可能向下流动，容易造成钎料流失、钎缝不致密，如集管钎料流向翅片，会完全溶解翅片。
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