金属饰品钎焊工艺的研究

范 泽

（辽宁地质工程职业学院，辽宁 丹东118008）

前言

钎焊是金属饰品生产中常用的焊接方法，钎焊分为硬钎焊和软钎焊。通过加热到450℃以上进行的钎焊称为硬钎焊，钎焊温度低于450℃称为软钎焊。根据焊件连接工艺和强度要求，金属饰品钎焊属于硬钎焊。钎焊工艺涉及到钎焊的原理、钎料、钎剂和焊接四个方面，其中钎焊原理是理论基础，钎料、钎剂是物质基础，焊接是操作基础。只有四个方面合理的运用，才能焊接出精美的饰品。

1 钎焊的金属学原理

钎焊是采用比母材熔点低的金属材料做钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的焊接方法。具体过程如下：

1.1 润湿：在焊接过程中，钎剂首先熔化并润湿净化母材接头间隙和钎料，使其获得洁净新表面。使熔化钎料中的原子与母材表面原子间距离接近到发生引力作用的距离，发生润湿。润湿又通过母材表面的微痕产生的毛吸作用，铺展润湿，在液态钎料表面张力的作用下，钎料全部填满焊缝。

1.2 扩散：液体钎料在高温润湿同时，向接触的母材进行扩散。包括表面扩散、晶界扩散、晶内扩散、晶格扩散、选择扩散和反向扩散等多种扩散形式。

1.3 合金化：经过扩散，焊缝钎料合金成分有所改变，当温度降低达到焊缝合金液相线以下时，母材表面散热条件好，首先结晶；焊缝中的液体金属也形核长大，到固相线以下凝固终了，形成焊缝。

2 钎料

2.1 钎料的选择

钎料是钎焊焊缝的填充材料，焊件依靠熔化的钎料凝固后连接起来。钎料应满足下列要求：

2.1.1 熔点：钎料熔点要低于母材150-200℃，同一种合金的钎料根据成分配比不同可以形成不同熔点的钎料。从合金相图的角度，钎料应该选择相图共晶点或共晶点附近成分的合金，这样的合金熔点低，流动性好，填充能力强，最后获得的组织晶粒细小，有很高的强度、塑性，韧性好。

2.1.2 颜色：钎料在性能相近的情况下，通过调节合金中的成分，使颜色发生改变。用于金属饰品的钎焊，要选择与母材颜色最为接近的钎料。

2.1.3 成分：钎料要有稳定而均匀的成分，与母材间有一定的溶解度，焊接过程中不会产生严重的成分偏析及液崩现象。当钎焊贵金属时，钎料贵金属含量要与母材贵金属含量差别尽量小。

2.1.4 流动性、润湿性和铺展性：要求钎料熔化后能充分填满焊缝间隙。常加入降低表面能并与母材有较大吸附力的元素（如镉、锡、铟等）来改善，而且钎料合金的熔化温度范围要小。

2.1.5 钎料融化状态下不能产生过多的氧化物和沉渣，冷却后没有过多的气孔、缩孔和变色现象，焊接过程中不能产生过多的有毒物质。

2.2 金属饰品钎焊常用的钎料

2.2.1 金合金钎料：主要应用金基钎料，有Au-Ag-Cu系和Au-Ag-Cu-Zn(Cd)系钎料。Au-Ag-Cu系钎料的熔点在780-950℃，它可通过改变银和铜的比例调节其外观颜色，满足钎焊对颜色的要求。Au-Ag-Cu-Zn(Cd)系钎料是在Au-Ag-Cu系钎料基础上添加锌、镉、钯、镍等元素，是为了满足饰品对成色(含金量)、颜色和钎焊温度的要求。

2.2.2 银合金钎料：主要应用银基钎料，此类钎料温度广泛，焊件精度高，主要成分是Ag、Cu、Zn，根据使用目的不同，它还可以与如镉、锡、铟等组成合金。选用不同成分和不同比例的合金，可以得到具有不同熔点和强度的钎料，通常有Ag-Cu-Zn、Ag-Cu-Zn-Cd等。

2.2.3 铜合金钎料：主要应用铜磷钎料和铜磷银钎料。铜磷钎料(如B-Cu93P)具有良好的流动性，最适宜的焊接间隙为0.003-0.005mm。铜磷银钎料(如B-Cu70PAg)不但流动性好而且韧性比铜磷钎料好。

3 钎剂

钎剂是在焊接过程中的钎焊熔剂，主要作用是除掉母材、钎料表面的氧化物，保护表面加热时不被氧化，改善钎料对母材表面的润湿性，将氧化物的杂质溶解并浮出表面。

3.1 金属饰品钎焊常用的钎剂

硼砂：化学式 Na2B4O5(OH)4·8H2O，硼砂是无色晶体，在空气中风化，加热至400-500℃可脱水成无水四硼酸钠，在878℃时熔化为玻璃状物。因为熔融的硼砂中含有酸性氧化物B2O3，金属焊接过程中许多金属氧化物溶于B2O3，能清除金属饰品表面的氧化物。

3.2 钎剂的要求

3.2.1 钎剂的熔点和最低活性温度要低于钎料熔点，并有较宽的活性温度范围，良好的润湿性和流动性。

3.2.2 钎剂在整个钎焊温度范围内，各组分保持相对的化学活性和除杂能力，不应过早失效。

3.2.3 钎剂能充分地溶解和破坏母材和钎料表面的氧化膜，保证钎料良好的润湿性和充填母材焊缝的能力，并在母材和焊缝表面起到足够的保护作用。

3.2.4 钎剂及其溶解的氧化生成物密度应小，有利于浮在表面，避免夹杂在焊缝中造成夹杂缺陷。

3.2.5 钎剂及残渣对钎料和母材焊缝腐蚀应小，焊后容易去除。

3.2.6 钎剂挥发物毒性要小，对所造成的毒害应注明防护措施。

4 焊接

4.1 焊接操作

4.1.1 清理焊口：要求焊口周围光洁、干净，无杂质、氧化皮。

4.1.2 施加钎剂：在焊缝上涂硼砂水，用小火将工件加热，硼砂开始冒白泡，水烘干后硼砂沉淀。

4.1.3 用镊子将钎料放到焊缝处，继续用火加热工件，母材颜色呈桃红色时，焊料熔化填充焊缝，焊缝处出现白而发亮的线条，熄灭焊枪，焊接完成。

4.2 焊接注意事项

4.2.1 钎剂的用法：在金属饰品制作过程中，常用的钎剂是硼砂，也是助熔剂，因此施加的用量和位置要准确，防止其它部位熔化。

4.2.2 焊缝的要求：首先保证焊缝要清洁，无厚氧化层、污垢，没有残留硼砂和酸的残液。其次焊缝要结合紧密，这样在焊接过程中能保证焊件焊口两侧温度相同，液态钎料在毛吸管作用下迅速填充满焊缝。

4.2.3 施火的要求：首先要求根据焊件大小选择合适的焊枪。其次要先加热焊口周围后集中加热焊口。第三要保证焊口两侧温度相同，否则依据布朗运动的原理，液体钎料将向温度高的方向流动，不会填充到焊缝中。

4.2.4 钎料的使用：钎料的用量以够用为原则，钎料过少焊缝填充不满，钎料过多还要对其进行修锉，增大工作量和金属饰品的材料损耗。当同一件饰品上有多个焊点时，要用不同温度的钎料，本着先低温后高温的原则。

结语

金属饰品钎焊是个复杂的过程，熟练的操作技术是关键，钎料和钎剂的选择是保证焊接成功前提。因此，要根据不同种类、不同成分金属饰品的特点，选择合适的钎料，保证饰品焊接后达到颜色一致、金属（尤其贵金属）含量相近、强度达标。

[1]戴恩泰，李宝绵，谷云燕.特种工艺学[M].沈阳黄金学院，1994.

[2]韩文鹏，李宝绵.贵金属材料学[M].沈阳黄金学院，1994.

[3]刘道荣，王玉民.珠宝饰品镶嵌学[M].天津社会科学出版社，1998.

[4]贾正坤.金银技术监督手册[M].北京：冶金工业出版，2001.

[5]邹宁馨，伏永和，高伟.现代饰品工艺与设计[M].中国纺织出版社，2007.