炉中钎焊
出处：按学科分类—工业技术 中国科学技术出版社《不锈钢实用手册》第904页（2786字）
不锈钢的炉中钎焊一般是在某种保护性气氛下或真空中进行，保护气氛有氢气、分解氨和氩气。
干燥的氢气或分解氨常用做炉中钎焊不锈钢时的还原性保护气氛，它们可还原不锈钢表面的氧化膜，并保护不锈钢表面在钎焊时不再氧化。一般要求氢气或分解氨的露点低于－40℃，但也要考虑保护气体的露点要与钎焊温度及母材的成分相适应。钎焊温度越低、不锈钢表面氧化膜越稳定，要求氢气露点越低，见图3－4。使用分解氨作保护气氛时，必须保证NH3完全分解，避免残余的NH3使不锈钢表面氮化。
图3－4 氢气氛中金属与金属氧化物的平衡
使用氢气或分解氨作保护气氛的好处是：可实现钎焊炉的连续工作，便于大批量生产；钎焊过程中不需使用钎剂，且焊后工件光亮，无需任何焊后工件表面清理工作；可配合选用的钎料品种多；在批量生产条件下焊接成本低。但是使用氢气或分解氨作保护气氛时要注意生产安全，当空气中混有4%～74%的氢气或12．5%～27%氨气时，会因燃烧而产生爆炸。
作为惰性气体，氩气可用作炉中钎焊不锈钢时的保护气氛。与氢气和分解氨不同，氩气不具有还原性，只是利用其惰性保护不锈钢表面在钎焊过程中不氧化，所以不锈钢进炉钎焊前必须彻底清除其表面的氧化膜，并且一般要求氩气的露点低于－40℃。
使用氩气作保护气氛一般是因为以下某种或多种原因：①可采用含高蒸汽压元素的钎料，如锰基钎料或含锰较多的钎料；②单件或小批量钎焊时，设备成本低；③不锈钢与异种材料钎焊时避免某些材料与炉内气氛的反应，如在含氢气氛中钎焊连接不锈钢与钛合金时，钛合金吸氢并与氢反应；④生产过程安全。
使用氩气作保护气氛时，常见的做法是将真空炉抽至高真空后(10－2～10－3Pa)充入少量氩气，关闭炉体气阀后升温。或者在特制的密封容器内通入流动的氩气，将空气赶净后，容器放入马弗炉内加热。也可在赶净空气后，关闭气路，容器放入马弗炉内加热，但在升温过程中要随时注意容器内的压力，当容器内压力超过大气压较多时应随时放出一些气体，以保证容器完好和生产安全。使用特制的容器还有另一个便利：当使用未经净化的普通瓶装氩气时，可向钎焊炉内通入少许BF3气体钎剂，或加入少许氟硼酸钾，氟硼酸钾在800～900℃分解产生BF3。BF3可以去除金属表面的氧化物，促进钎料的润湿。气体钎剂的使用浓度一般控制在0．1%～0．001%(体积分数)，避免焊后形成残渣。氟化物对人体有害，要注意工作场地的通风。
在真空炉中钎焊不锈钢是一种常用且理想的方法。钎焊不锈钢时一般要求真空度达到10－2～10－3Pa，并且要求真空炉的气体泄漏率小于10－2Pa／s。使用真空炉钎焊不锈钢的好处是：可避免不锈钢的氧化；可避免钎焊炉内气氛对母材的不良影响；真空炉升、降温速度慢，工件不变形或变形量很小；无论以何种方式添加钎料均不会在接头内形成气孔；无需消耗保护性气体；无需气体净化装置；无安全隐患；带有充气及快冷风扇装置的真空炉同样具有较高的生产率，并可实现钎焊与焊后工件热处理的结合。
在氢气或分解氨气氛炉中钎焊不锈钢可使用紫铜、铜基、银基、锰基、镍基和金基钎料。在氩气氛炉中钎焊不锈钢可使用铜基、银基、锰基、金基钎料。在真空炉中钎焊不锈钢可采用紫铜、不含易蒸发元素(Zn、Cd)或仅含少量高蒸汽压元素(Mn)的铜基和银基钎料、镍基钎料和金基钎料。使用镍基钎料钎焊不锈钢薄件时，要选择对母材溶蚀倾向小的钎料。
炉中钎焊时影响钎焊接头性能，特别是力学性能的主要工艺参数包钎焊温度、保温时间。钎焊温度一般选择在钎料液相线温度以上50～100℃，保温时间在5～10min。当工件较大时，可在升温过程中钎料固相线温度以下某温度保温一段时间，确保工件温度均匀。
使用镍基钎料时，除了钎焊温度和保温时间外，钎缝间隙也是接头强度和塑性的决定因素之一。图3－5、图3－6显示了三种镍基钎料钎焊不锈钢时钎焊接头强度与钎缝间隙的关系。为降低钎料的熔点，镍基钎料中含有较多的硼、硅、磷，它们在钎料组织中以脆性的硼化物、硅化物、磷化物形式存在。钎焊时在一定的钎焊温度和保温时间下，当钎缝间隙小于某一数值，硼、硅、磷向母材扩散充分，凝固后钎缝组织为镍基固溶体，钎缝强度高、塑性好，此数值称作该钎料在此钎焊温度和保温时间下的最大钎焊间隙。当钎缝间隙超过最大间隙，钎缝中硼、硅、磷向母材扩散不充分，钎缝中会存在脆性化合物，钎缝的强度和塑性都会下降。而且在一定范围内，钎缝越宽，钎缝中脆性相越多，接头的强度和塑性越低。
图3－5 镍基钎料钎焊1Cr18Ni11Nb接头强度(a)及延伸率(b)与接头间隙的关系
图3－6 镍基钎料钎焊0Cr13接头强度(a)及延伸率(b)与接头间隙的关系
在钎焊实际部件时，有时部件加工精度或装配精度很难保证钎缝间隙很小，适当地提高钎焊温度或延长保温时间可增大最大钎焊间隙，见图3－7。当在高温下长时间保温造成母材晶粒过分长大或钎料对母材溶蚀过度时，也可在焊后接头冷却到某一较低温度保温，通过扩散消除钎缝中的脆性相而增大最大钎焊间隙，见图3－8。但由于磷原子较大，向母材中扩散困难，这些措施对Ni－Cr－P和Ni－P这类钎料作用不大。
图3－7 BNi－2、BNi－5、BNi－7钎焊316不锈钢接头最大钎焊间隙与钎焊温度及保温时间的关系
图3－8 焊后扩散处理对BNi－2、BNi－5、BNi－7钎焊316不锈钢接头最大钎焊间隙的影响［扩散处理前不锈钢接头钎焊温度分别为：1040C(BNi－2)，1190C(BNi－5)，1065C(BNi－7)］
炉中钎焊时为控制钎料不流到接头外其他部位或造成工件与卡具的粘连，可在防止钎料润湿处涂止焊剂。钎焊不锈钢时可以用TiO2、Y2O3或云母粉与乙醇混和后做止焊剂。