硬焊

為了獲得高品質的焊接接頭，零件必須安裝緊密且母材必須格外乾淨併除去氧化物。在大多數情況下，推薦的最佳焊縫間隙為 0.03 〜 0.08 毫米（0.0012 to 0.0031 英吋）以充分發揮毛細作用的接合力 。但是，在某些情況下焊縫間隙大到0.6毫米（0.024in)並不少見。焊接表面的整潔至關重要，因為任何污染都將導致熔填金屬的浸潤性變差。焊前有兩種主要清洗零件的方法：化學清洗和研磨或其它方式的機械清潔。使用機械清潔，除了表面清潔外也保持適當的表面粗糙度，在粗糙表面上比在光滑表面更容易充分浸潤.。

另一個要考慮的，不能僅止於考量温度和時間對焊接接頭品質的影響。隨着焊接合金温度的增加，熔填物的合金化和浸潤性將增加。 一般情況下，焊焊温度選擇必須高於熔點的填充金屬。然而，有幾個因素共同影響焊接設計的温度選擇。最佳好的焊接温度須顧及：（1）儘可能低的焊接温度、（2）儘量減少熱效應對組裝的影響、（3）保持熔填物/母材的相互作用到最低限度、（4）最大限度地使用治具或夾具使用。在某些情況下，選擇較高的焊接温度，以遷就設計中的其他因素（如允許使用不同的填充金屬，或控制的冶金效果，或充分除去表面的污染）。時間對焊接接頭是重要因素，但大多數生產過程中一般都選擇減少焊接時間和費用。雖然並非總是如此，因為在一些非生產因素，時間和成本是受限於其他屬性（如強度，外觀）。

硬焊作業如非在充滿惰性氣體或在還原反應的環境下（即一爐），助焊劑在金屬被加熱的情形下必須防止氧化物的形成。助焊劑也可以清洗焊接表面的污染物。助焊劑的應用可以是下列形式，包括漿液、液體、粉末或結合助焊劑與焊料金屬粉末預製的焊膏。助焊劑也可包覆於焊條外層會包埋於焊線核心中。在這兩種情況下，加熱接合時遊離的助焊劑會隨熔融填充金屬進入焊道。過量的助焊劑應焊接結束時除去，因為助焊劑殘留在焊道可導致腐蝕，妨礙表面處理及焊道檢查。含磷合金焊料在銅對銅焊接時具自熔性。助焊劑一般選擇是基於對他們對母材的表現。為了有效，助焊劑的化學性質必須兼顧母材及熔填料兩種性質。自熔性合金磷填料將產生脆性磷化物，自熔性合金磷填料如用於焊接鐵或鎳將產生脆性磷化物。作為一般規則，焊接週期較長的應比焊接操作短的使用更少的助焊劑。

由於焊接作業在高温下進行，金屬表面在含氧的環境下將發生氧化。因此可能需要使用其他遮護氣體以取代空氣，焊接工作常用的氣體環境(遮護氣體)是：

空氣 ：簡單，經濟。許多金屬材料容易氧化，但其組建的規模適用酸洗或機械清洗，可於焊接後輕易去除氧化層。助焊劑往往被用來抵消氧化作用，但它可能削弱結合強度。

燃料燃燒釋放的氣體：87%N₂，11%-12%CO₂，1-5%CO，1-25%H₂用於銀，銅磷、銅鋅焊料用於銅和黃銅焊接。

氨 ：遊離氨（75%的氫，氮25%）可用於多種類型的焊接和退火。便宜。用於銅，銀，鎳，銅-磷，銅-鋅焊料。 用於焊接銅，黃銅，鎳合金，蒙乃爾合金Monel，中、高碳鋼和鉻合金。

氫 ：強力脱氧劑，高導熱性。可用於銅焊接和退火鋼。對一些合金可能導致氫脆。用於銅，銀，鎳，銅-磷，銅-鋅焊料。用於焊接銅，銅，鎳合金，蒙乃爾，中，高碳鋼 ，鉻合金，鈷合金，鎢合金，碳化物。

無機蒸氣 ：特殊的目的。可以混合 AWS 1-5氣體使用以更換助焊劑。用於銀焊黃銅。

稀有氣體 ：非氧化性，比氮氣更昂貴的。惰性。零件必須非常乾淨，氣體要純淨。 用於銅，銀，鎳，銅-磷，銅-鋅焊料。用於焊接銅，黃銅，鎳合金，蒙乃爾，中，高碳鋼鉻合金，鈦，鋯，鉿。

真空 ：需要淨空工作區。昂貴。不合適其他情形（或有特殊要求）對金屬的高蒸汽壓，如銀，鋅，磷，鎘和錳。用於高品質的接頭，如為應用於航太工業。

硬焊填料合金形成幾個不同的族羣；同一族系合金具有相似的性能和用途。

純金屬 ：非合金。通常為貴金屬，例如 - 銀，金，鈀。

銀-銅 ：熔化性良好。銀可增強流動性。共晶合金可用於爐中焊焊。銅含量高的合金容易產生應力裂縫。

銀-鋅 ：類似銅-鋅，用於珠寶首飾，由於高含銀量故通常標示純度標記。顏色匹與銀符合。

銅-鋅 （黃銅）：常用的材料，通常用於接合鋼和鑄鐵。耐腐蝕，通常不及於銅，硅青銅，銅，鎳，不銹鋼。具適度的韌性。由於鋅的高揮發性，不適合爐焊。銅含量高的銅合金容易產生應力開裂。

銀 - 銅 - 鋅 ：對同樣含銀量的合金，銀-銅-鋅較銀-銅熔點更低。結合銀-銅和銅-鋅的優勢。鋅含量在40%以上時延展性和強度下降，因此這種類型只有較低的鋅含量的合金被使用。鋅含量高於25%時韌性較低的銅-鋅、銀-鋅象顯現。銅含量在60%以上強度減少，及900°C液態以上銀含量超過 85%強度降低。銅含量高合金容易產生應力開裂。銀含量高（銀67.5%以上）是用於首飾並予以標示，銀含量較低的合金用於工程目的。銅鋅合金之比約為 60:40包含相同的顏色與黃銅匹配，它們是用於連接黃銅。加入少量的鎳提高強度和耐腐蝕性和促進浸潤碳化物。此外鎳錳增加斷裂韌性。此外，加入鎘 銀-銅-鋅-鎘 合金改進流動性和浸潤性並具有較低的熔點，但鎘是有毒的。此外錫大多可以發揮同樣的作用。

銅-P ：廣泛用於銅及銅合金。不需要焊劑。也可用於銀，鎢，鉬。富銅合金容易產生應力開裂。

銀-銅-P ：像銅-磷，更好地改進流動性。具更多的韌性，更好的導電性。富銅合金容易產生應力開裂。

金-銀 ：貴金屬。用於首飾。

焊材，又稱為熔填料採用何種合金作為熔填料取決於預期用途。一般情況下，熔填料所需的屬性是由3或更多種金屬形成的合金。熔填料的選擇基於下列能力：對母材的浸潤性，所需要承受的工作條件，及比母材熔點更低或其他更特定的温度。

焊材，一般可作成棒、帶、粉、膏、霜、線和預成型（preforms）形(狀)式。 根據不同的應用情形，熔充料可以預先放置在所需位置或在加熱過中投入。對於手工焊，線狀或棒狀(焊條)焊材是最常用的因為他們是最容易使用及加熱。在採用熔爐硬焊時，合金通常已經事先投放，這個過程通常是高度自動化的。一些常見的熔填料種類如下：

鋁 - 硅；

銅；

銅磷；

銅-鋅（ 黃銅 ）；

金 - 銀；

鎳合金；

銀；

非晶態箔片鎳，鐵，銅，硅，硼，磷等。

硬焊比起其他金屬連接技術如焊接具有許多優點。由於焊焊不熔化接合的母材，它可以允許更嚴格的公差和產生乾淨的接頭，而無須進行二次加工。此外，它可焊不同的金屬和非金屬材料（如金屬化陶瓷）。一般情況下，硬焊比起焊接由於受熱均勻也產生較少的熱變形。可焊複雜和多組件的工件。另一個優點是，硬焊可塗布或包裹母材以達到防護性目的。最後，硬焊很容易適應大規模生產，實現自動化，因為各個工藝參數對變化不敏感的緣故。

主要缺點是：接頭強度較低，由於使用軟熔填料，焊接接頭的強度很可能是低於於母材金屬的強度(與一般電焊接頭強度較母材大不同)，但大於填充金屬。另一個缺點是焊接接頭在高温下可能會損壞。在工業化生產環境硬焊接頭母材需要高度清潔。一些硬焊需要使用適當的助焊劑清潔劑來控制。接頭顏色往往與母材金屬不同，造成美觀上的缺點。 ^[1] 

手工焊接的主要工具是電烙鐵，要通過焊接人員熟練掌握錫焊技術，合理選用烙鐵、焊料、焊劑以及焊接的温度和時間等要素，才能保證焊接的質量。

1、工作金屬材料應具有良好的可焊性。

常用元器件引線（需成型）、導線及接點等基本都採用銅材料製成。金、銀的可焊性較好，但價格貴。鐵、鎳的可焊性較差，一般在其表面先鍍上一層錫、銅、金或銀金屬，以提高其可焊性。

2、工件金屬表面應潔淨。

工件金屬表面若存在氧化物或污垢，會嚴重影響與焊料在界面上形成合金層，造成虛焊、假焊。

3、正確選用助焊劑及焊料

電子裝聯中常用的是樹脂類助焊劑。松香基焊劑、水深焊劑（一般用於波峯焊），助焊劑是一種略帶酸性的易熔物質。Sn₆₀或Sn₆₃，形狀任選（直徑有0.5、0.8、0.9、1.0、1.2、1.5、2.0、2.5mm等）；

4、控制焊接温度和時間。

温度過低，會造成虛焊。温度過高，會損壞元器件和印製電路板。合適的温度是保證焊點質量的重要因素。在手工焊接時，控制温度的關鍵是選用具有適當功率的電烙鐵和掌握焊接時間。電烙鐵功率較大時應適當縮短焊接時間，電烙鐵功率較小時可適當延長焊接時間。根據焊接面積的大小，經過反覆多次實踐才能把握好焊接工藝的兩個要素。焊接時間短，會使温度太低，焊接時間過長，會使温度太高。一般情況下，焊接時間不超過3秒。

電烙鐵是手工焊接的基本工具。常用的分外熱式、內熱式、恆温式、吸錫式等幾種。下面簡單幾種常用的電烙鐵。

外熱式電烙鐵：結構簡單，價格較低，使用壽命長，但其體積大，升温較慢，熱效率低。

內熱式電烙鐵：具體體積小、重量輕、升温快和熱效率高等優點，因而在電子裝配工藝中得到廣泛的應用。20W內熱式電烙鐵的實用功率相當於25~40W的外熱式電烙鐵，烙鐵點部温度可達350℃左右。

恆温電烙鐵：無論是外熱還是內熱式電烙鐵的温度一般都超過300℃，這對焊接晶體管、集成電路等是不利的。在質量要求較高的場合，通常需要恆温電烙鐵。分電控和磁控兩種。

其它：感應（電阻）式烙鐵、儲能式烙鐵。

烙鐵頭的選擇和尺寸的選擇：烙鐵頭太小則熱容量小，焊接時會使温度下降大，恢復温度時間長。扁平的、鈍的烙鐵頭要比細的、尖的烙鐵頭傳遞更多的熱量，以能夠方便焊接的同時，要心可能地選擇大的烙鐵頭，這樣即可以以更低的温度得到更多的熱量，同時也可以延長烙鐵頭的使用壽命。 ^[2]