低压电器是低压配电网络和机电产品配套的重要元件。接触器是低压电器中的重要品种之一。设法提 高触头焊接质量，是增加接触器使用可靠性的关键环节。本文针对AgAfdo触头与Cll触桥 采用间接感应针焊方法焊接，就针着率、针缝冶金、接头力学性能等问题进行了深入研究和探讨， 以期确定出保证触头性能优良的最佳钎焊工艺规范。l试验条件1．l试验材料接触器触头材料为 结合内氧化工艺和烧结工艺制成的AgAfd民其物理和力学性能列于表1。AgAfdO具有较 高的导电性、导热性、低而稳定的接触电阻、优良的抗电磨性和抗电熔焊性，适合于用作接触器的 触点。感应针焊采用的针料为料3O3，即BAg45CuZn钎料，其化学成分和性能列于表2 。回．2试验设备和方法感应针焊实验装置如图1所示。其中感应圈设计为三匝，用di6mmx lmm的紫铜管弯制而成，螺距设计为4mm。感应线圈与失具体之间采用紧耦合，它与工件的耦 合设计为3．smm。夹具结构则是针对CJ－ZIS静触头结构专门设计的。实验选用CJ－Z IS静触头作为分析试样。主要考察针焊温度、保温时间和针焊间隙对针着率、组织形态和力学性 能的影响规律。其中，针焊温度T通过调节感应加热设备中的阳极电压来控制，其值的测定则是选 用镍铬一镍硅热电耦和TP－O3A数值测温表来完成；保温时间t由通电时间来调节；针焊间隙 6则是通过装配间隙久和膨胀补偿间隙入差值来确定；钎焊焊缝钉着率沙的检表lggAldO触 头材料的物理、力学性能图1感应钎焊实验装置图l一上压头2一感应线圈3一触头4一触桥5一 下胎具测采用有损检测和无损检测相结合的方式。实验中先对不同工艺参数和不同间隙下的试样滑 焊接界面中心剖开，经磨、抛、腐蚀后，在显微镜下观察触头针着情况，从而可确定出合理的工艺 参数和间隙范围，然后针对合理工艺规范下的钎焊试样，采用红外热象仪对整个焊面进行宏观检测 。通过比较两种方法的检测结果，来评定检测结果的可靠性。2试验结果与分析2．l工艺参数及 钎焊间隙对针青率的影响（l）针着率随针焊温度、钎焊间隙变化的实验曲线如图2所示，保温时 间确定为20s。由图2可表2BAa45CuZn针料的成分和性能图2钎着车随钎焊温度及针 焊间隙的变化关系看出：在针焊间隙和保温时间一定的情况下，钉着率4光防针焊温度的升高而增 加，在某一温度值达到最大值之后开始缓降，即存在最佳针焊温度；不同钎焊间隙下，…－t曲线 的峰值大小不同。从大到小的顺序为：0刀smm～0．12mm～0．16mm～0．4mm。 随着针焊温度的升高液态钎料的表面张力和液态针料与母材的界面张力都呈线性下降，从而使得液 态针料的流动性、润湿性显著增强，其结果加快了液态钎料在缝隙中的铺展过程。因此增高钎焊温 度有助于针缝钎着率的提高。但是过高的钎焊温度将导致过低的针料粘度，从而使舒料易于流失； 另则过高的针焊温度加重了母材氧化，导致液态针料在针焊表面上的润湿性下降。由于液态针料在 焊缝中的填充过程主要是靠毛细作用来完成DI，间隙越小毛细作用越强。因此液态针料在缝隙中 的填充能力是随针焊间隙的减小而增强的；但另一方面，由于液态钎料的填充过程是伴随着排气、 排渣过程进行的，过小的间隙使针缝中的气体、夹渣不易排出而残留在焊缝中，从而降低了针缝处 的钎着率。（2）钎着率随保温时间、针焊温度变化的实验曲线如图3所示，针焊间隙确定为0． 08rum。实验结果表明：当钎焊温度和间隙一定时，针着率先随保温时间的延长而增加，在某 一时刻达到峰值之后缓降，即存在最佳保温时间；提高针焊温度下，…－t曲线峰值大小不同，从 大到小的顺序为：8O5℃～770℃～840t。当针料粘度一定时，足够的保温时间能使钎料 充分地填充针焊缝隙。液态钎料在毛细作用下的流动速度与钎料的粘度成反比，粘度又随温度的升 高而降低，提高针焊温度，针料的流动速度增大，因此钎料完成填充过程的时间随着针焊温度的升 高而缩短。过长的保温时间将使钎料流失图3钎着率随保温时间及钎焊温度的变化关系和氧化，因 而导致针着率下降。由以上分析表明，当试样和针料确定时，钎焊温度、保温时间和舒焊间隙的最 佳配合是获得高钎着率的重要条件。2．2工艺参数及钎焊间隙对组织形态的影响22．l针缝的 合金系统及其组织形态变化趋势BAg47CuZn针焊AgAfdO；。触头与纯Cu触桥时， 由于AgAfdo；。触头材料的焊接面上复合有一层厚度为O．45～O．55mm的纯Ag层 ，在钎焊过程中，钎料与AgAfdo；。触头作用的实质是钎料与纯Ag金属的作用。因此钎缝 的合金系统为AgAfu－Zn三元合金。从组织形态方面来看，钎缝可能生成银基固溶体。；相 、铜基固溶体。。相和AgHIJ共晶体。在不同的工艺参数和舒焊间隙下，针缝将有3种典型的 组织形态：a、单一的灰色放射状的AgAfllH元共晶体；b、白色的银基固溶体上分布着黑 色颗粒状的铜基因溶体；c、两种固溶体加＊gAfU共晶体的混合组织。以上3种组织形态的生 成受针焊温度、保温时间和针焊间隙的综合影响。经由一系列针焊工艺实验并通过金相观察，发现 随着针焊温度的升高，或是保温时间的延长，或是钎焊间隙的增加，钎缝组织形态的变化趋势为： 全部的固溶体组织～固溶体加共晶体组织～全部的共晶体组织。2．2．2针缝组织形态分析（l ）完全的共晶组织由AgAfu－Zn三元合金相自‘］、AgAfu、AgHn及Cu－Zn二 元合金状态图I‘］和针缝合金成分可看出：AgAfu－Zn合金系统不具备生成三元共晶组织 的条件，如果发生共晶反应一定是析出相CU二元共晶。当针缝全部为共晶组织时对应的针焊工艺 条件为：针焊温度高，保温时间长、针焊间隙大。由于三元合金系统中的Zn是易挥发元素，在上 述工艺条件下，大量的Zn将会被烧损掉14］。图4为Zn含量随工艺参数变化的能谱分析曲线 。由图4可看出，随着钎焊温度的升高，保温时间的延长，Zn元素不断烧损。Zn元素的大量减 少图4Zn含量随工艺参数变化的能谱分析曲线将使整个三元合金系统变为成分中Zn含量极低的 三元合金系统，或基本上转变为AgAfll二元合金系统。在AgAfu一侧做低Zn成分的伪 二元截面相图，与典型的相CU二元合金状态图基本相同。因此可用AgAfll二元合金状态图 对此焊接工艺条件下的组织形态做出定性说明。针焊时，随着针焊温度的升高、保温时间的延长及 针焊间隙的增大，Zn的烧损程度越加严重，甚至全部烧损。与此同时，母材相和CU不断地向液 态针料中溶解。由于Ag的溶解度大于Cll，所以在钎料与母材的相互作用中，Ag的溶解速度 大于CU，即针缝中Ag含量的增加明显快于Cll回。随着溶解过程的进行，针缝中Ag、CI J含量的比例很快达到共晶成分，于是便得到典型的AgAflJ二元共晶组织，如图5（a）所 示。图5钎缝组织形态（a）完全的共晶组织（b）完全的固溶体组织（c）固溶体加共晶体的混 合组织（2）完全的固溶体组织从图4可看出，当钎焊温度较低（735℃），保温时间较短（I c），钎焊间隙较小（0．04mm）时，针缝中Zn元素的烧损量较少，仍保留为12％～14 ％。针缝从开始结晶到结晶终了，始终保持着AgAfu毛n三元合金系统的特征。由针缝缝中Z n的含量对照AgAfu－Zn三元合金状态图，针缝正处在则相和间相的两相区内，因此便得到 如图5（b）所示的固溶体组织形态。门）固溶体加共晶体的混合组织当针焊工艺条件处于以上两 者之间时，针料中存有少量的Zn元素。结晶刚开始时，针缝还保持着Ag（uEn三元合金系统 的特征，首先结晶出则和内两种固溶体，但随着固溶体的不断析出，Zn将不断减少直至全部析出 ，其结果使得未结晶的针缝液态层的合金系统变为AgAfll二元合金系统，这样当Ag、Cl l成分比例接近或达到共晶点成分时，便桥出AgAflJ二元共晶组织。于是在针缝中出现了图 5（C）所示的混合组织形态。2．2．3I艺参数和舒焊间隙对钎缝共晶体组织含量的影响图6 为奸缝共晶体组织含量随工艺参数和钎焊间隙的变化关系。实验结果表明，针缝中共晶体组织含量 随针焊温度的升高增加得最快，其次是随保温时间的延长，增加得最慢的是随针焊间隙的增大。这 与Zn元素随钎焊温度、保温时间和钎焊间隙变化的趋势是吻合的。2．3组织形态对触头针焊强 度的影响为了能够准确地考察组织形态对触头针焊强度的影响，实验通过使用红外热象仪，特意选 用图6舒缓共晶体含量随工艺参数和针焊间隙的变化关系…）随钎温度的变化（b）随保温时间的 变化（C）随钎焊间隙的变化Fig．6Thechan饼ofeutectlcC0ntCnt withvaryingtechnologicalparametersandJointg aps（a）Withvaryingtemperature（b）Withvaryingh oldingtime（c）WithvaryingJointgap针焊针着率均在万％以上 的力学性能试样，即基本排除针着率对触头针焊强度的影响。图7为由于不同工艺参数和针焊间隙 ，使针着率发生变化，对应的针缝剪切强度、和钎缝共晶体含量的关系。由图可看出，当针着率不 是很高（7％）时，因针缝组织绝大部分为固溶体，只有极少量的共晶体组织（6％）所以接头静 剪强度高达16lMPa；而当针着率较高（SO％）时，由于针缝中含有大量性能相对较差的共 晶体组织（96％），所以静剪强度只有95MPa。由此可见，触头静剪强度并不总是与针着率 呈一致关系，而是在很大程度上还依赖于钎缝的组织形态。由图7表明，当触头针着率在75％以上时，触头的剪切强度随着钎缝共晶体组织含量的减少而增大。因此仅仅用针着率考核触头的针焊质量是片面的。从触头应具有较好的通电性能和力学性能来看，触头针焊质量的好坏应建立在针着率与钎缝组织形态协调一致上，即保证钎着率率和组织形态均为良好，在此基础上确定的工艺规范
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