钎焊接头设计

    在钎焊的接头设计中首先应该考虑钎焊接头承载能力应与母材相同或相近。钎焊接头的承载能力受许多因素的影响，如接头形式、钎料的强度、钎缝间隙值、钎料和母材间相互作用的程度、钎缝的钎着率等。其中接头形式起着相当重要的作用。

    1．钎焊接头的基本形式

    在钎焊生产中基本上采用搭接接头和对接接头两种接头形式。

    对接接头是熔焊连接的基本接头形式。但在钎焊连接中，由于钎料的强度大多比母材的强度低，对接接头（钎缝)的强度往往也低于母材的强度，因而对接形式的接头常不能保证与焊件相等的承载能力。但当不易采用过大的搭接接头，且强度要求不高时，可采用对接接头。

    搭接接头依靠增大接头面积，可以在接头强度低于母材强度的条件下达到接头与焊件具有相等的承载能力的要求，成为钎焊连接的基本接头形式。但搭接接头也具有增大接头处的金属厚度、增加材料消耗和结构重量、形成界面突变等缺点。因此为提高接头的承载能力，设计时应尽可能使接头局部搭接化。图14-4是各种不同钎焊接头的举例。

    图14-4    各类钎焊接头举例

   a)、b)普通搭接接头；c)、d)对接接头局部搭接化；e)、f)、g)、h)T形接头和角接头的局部搭接化；

   i)、j)、k)、1)管件与管件的接头；m)、n)杆件连接的接头形式；o)、p)管或杆与凸缘的接头形式

    2．搭接长度的确定

    钎焊接头的搭接长度可根据保证接头与焊件承载能力相等的原则通过计算确定。在实际生产中一般根据经验确定搭接长度。如板件的搭接长度通常取钎焊连接件中薄件厚度的2～5倍；银基、铜基、镍基等高强度钎料的接头搭接长度一般不超过薄件厚度的3倍；锡铅等低强度钎料的接头搭接长度一般为薄件厚度的5倍。搭接长度一般应小于15 mm，以免搭接长度过大，钎缝无法被钎料全部填满，从而产生大量的缺陷。

    3．钎缝间隙值的确定

    钎缝间隙是指钎焊接头装配间隙，即钎焊接头结合表面之间的距离。钎缝间隙太小，往往妨碍钎料填缝，使钎料填缝困难，同时间隙内的气体、钎剂残渣也难以排出，在钎缝内形成未钎透、气孔、夹渣等缺陷。间隙太大，毛细作用减弱，钎料不能填满间隙，同时母材对填缝钎料中心区的合金化作用消失，钎缝结晶易生成柱状铸造组织和枝晶偏析，从而导致钎焊接头的强度降低。因此，正确选择间隙值的大小是决定钎缝的致密性和强度的重要因素，也是获得优质接头的重要前提。

    设计钎缝间隙值时，应考虑到钎料与母树的相互作用，钎剂、母材的热胀系数等因素。钎焊接头强度与钎缝间隙之间存在着某一最佳间隙值范围，在此间隙值范围内接头的强度最高，并且往往高于钎料本身的强度。图14-5是用硼砂钎剂、Cu-30Zn钎料在1000℃炉中钎焊的低碳钢接头在不同形式的载荷下的强度值。由图中可见，间隙值和接头强度之间存在最佳间隙值范围，常以此间隙值范围作为生产中推荐使用的间隙值。一般来说，如果钎料对母材的润湿性好，则间隙值可以比较小；如果钎料与母材相互作用强烈，间隙值就宜增大。因此当接头很长且相互作用强烈时，就要增大间隙值。另外，流动性好的钎料，可选较小的间隙；钎料成分中含有高蒸气压组元时，应选用较大的间隙；选用异种金属钎缝间隙值时必须考虑热胀系数和钎焊温度影响。

    图14-5    钎焊接头强度与钎缝间隙值的关系

   1-疲劳强度2-抗剪强度3-断裂强度4-弯曲强度

    4．其他设计原则

    在设计中应尽量避免在接头边缘处产生过大的应力集中，不应把接头布置在焊件形状或截面发生急剧变化和刚度过大的地方；异种材料钎焊时，若热膨胀系数相差悬殊，设计时应考虑采用补偿垫片；厚度不同的零件组成的接头，应加厚薄件的接头部分。图14-6中列举了在承受箭头所示方向的载荷时，不同厚度接头结构的设计范例；

    图14-6    不同厚度零件组成的接头设计实例

   a)不正确；b)正确

    对于要求承压密封的钎焊接头，设计时应尽可能采用搭接接头。图14-7列举了几种承压密封容器的典型钎焊接头构造。同时最好采用钎缝间隙推荐范围的下限值，防止钎缝中产生不致密性缺陷。必要时可采用不等间隙。

    图14-7    承压密封容器的典型钎焊接头

    当钎料以箔状放入间隙或钎焊面积较大、其长宽比不大时，当封闭形接头或密封容器中的空气因受热膨胀而向外逸出时（图14-8a、d)，设计接头时应考虑开工艺孔。工艺孔可开在零件上对应钎缝的中央部位（图14-8b、c和e，以利于排除间隙内的气体，保证钎焊接头的质量。

    图14-8    密封接头开工艺孔的方法