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铜管接头焊接技术,钎焊技术

[ 关键词:铜管接头焊接技术 发表日期:2020-09-16 09:03:22 ]

  本文中铜管接头焊接技术,钎焊技术为高专业性文章,包括钎焊原理、充氮保护、接头安装、调节火焰、焊炬及焊嘴选择、加热、加入钎料钎剂、加热保持、钎焊缺陷及处理对策,内容全面。

一、钎焊原理

1、钎焊原理

  钎焊是利用液态钎料填满钎焊金属结合面的间隙面形成牢固接头的焊接方法, 其工艺过程必须具备两个基本条件:

(1)液态钎料能润湿钎焊金属并能致密的填满全部间隙;

(2)液态钎料与钎焊金属进行必要的物理、化学反应达到良好的金属间结合。

2、液态钎料的填缝原理

  钎焊时,液态钎料是靠毛细作用在钎缝间流动的,这种液态钎料对母材金属的浸润和附着的能力称之为润湿性。液态钎料对钎焊金属的润湿性越好,则毛细作用越强,因此填缝会更充分。影响钎料润湿性的因素有以下方面:

(1)钎料和焊件金属成分影响

  若钎料和钎焊金属在液态不互溶和固态不互溶,也不形成化合物,则它们之间的润湿性很差;若能液态互溶、固态互溶或形成化合物,则它们之间的润湿性很好。

(2)钎焊温度的影响

  温度的升高,可明显地改善润湿性。但温度过高,润湿性太好,会造成钎料流失,还会因过火而产生熔蚀现象。因此,在钎焊过程中,选择合适的钎焊温度是很重要的。

(3)焊件金属表面清洁度

  金属表面的氧化物及油污等杂质会阻碍钎料与焊件金属的接触,使液态钎料聚成球状而很难铺展,因此,钎焊时必须保证焊件金属接头处表面清洁。

(4)焊件金属表面粗糙度

  通常钎料在粗糙表面的润湿性比光滑面好。 这是由于纵横交错的纹路对液态钎料起到特殊的毛细作用。

3、焊接工艺参数

材料组合 钎料参数 焊接温度
铜一一铜 磷、铜钎料 735—840 ℃
铜一一黄铜 含银2% 650-750 ℃

二、充氮保护

1、充氮可以采用预封方式,也可以边通氮边焊接方式;

2、通氮工艺要求:

管径 焊接时流量 焊接后冷却 备注
φ 10以下 4L/min以上 5S以上 防余热氧化
φ 10以上 6L/min以上 10S以上 防余热氧化

3、当操作工位缺乏流量检测装置时,以手感氮气出口有微微气流冲出为限;

4、通氮气时入口不能带进空气。

三、接头安装

  钎焊的接头形式有对接、搭接、 T 型接、卷边拉及套接等方式,制冷系统所采用的均为套接方式,不得采用其它接头方式。

1、钎焊间隙

  钎焊接头的安装须保证合适均匀的钎缝间隙,针对所使用的铜磷钎料,要求钎缝间隙(单边)在0.05mm~0.10mm 之间。

间隙过大:会破坏毛细作用而影响钎料在钎缝中的均匀铺展,另外,过大的间隙也会在受压或振动下引起焊缝破裂和出现半堵或堵现象。

间隙过小:会防碍液态钎料的流入,使钎料不能充满整个钎缝使接头强度下降。

钎缝间隙不均匀:会妨碍液态钎料在钎缝中的均匀铺展,从而影响钎焊质量。

2、套接长度

对于套接形式的钎焊接头,选择合适的套接长度是相当重要的。

一般铜管的套接长度在 5mm-15mm , (注:壁厚大于 0.6mm 直径大于 8mm 的管,其套接长度不应小于 8mm);毛细管的套接长度在 10mm-15mm 。

若套接管长度过短易使接头强度(主要指疲劳特性和低温性能)不够,更重要的是易出现焊堵现象。

3、焊枪的操作

焊枪的拿握方法:

用右手第 3、4、5 根手指和手的掌心,轻轻地握住

用右手第 1、2 手指夹住氧气阀门

阀门操作:

用右手第 1、2 手指打开关闭氧气用阀门

用左手第 1、2 手指打开关闭乙炔气阀门

焊枪的拿握及阀门操作

四、调节火焰

1、焊接气体的组成

  焊接气体由助燃气体(氧气)和可燃气体(液化石油气 ---LPG)两部分组成, LPG 的主要成分是丙烷( C3H8)、丁烷( C4H10)及一定量的丙烯( C3H6)和丁烷( C4H8)等碳氢化合物。此外为了增加液态钎料润温性及防止铜管外表被氧化,在 O2-LPG混合气体中加入了气体助焊剂(其主要成分为硼酸三甲酯,要求含量为 55-65%),三种气体混合物燃烧温度可达 2400 摄氏度。

2、火焰的分类

  O2-LPG 气体火焰可根据氧气与 LPG 的混合比不同 ,有三种不同性质的火焰:氧化焰、中性焰和还原焰(亦叫碳化焰) ,三种火焰。

  如图所示。当 O2 与 LPG的体积比为 3.5 时为中性焰,小于 3.5 时为还原焰,大于 3.5 时则为氧化焰。

钎焊火焰的分类

3、火焰调节方法

  首先打开 LPG 气阀,点火后调节氧气阀调出明显的碳化焰后再缓慢调大氧气阀直到白色外焰距蓝色2~4mm ,此时外焰轮廓已模糊,即内焰与焰心将重合,此时的火焰为中性焰,再调大氧气则变为氧化焰,氧化焰的焰心呈白色,其长度随氧气量增大而变短。 焊接铜管时应使用中性焰,尽量避免用氧化焰和碳化焰,气体助焊剂流量大小则需调到外焰呈亮绿色 ,另外也可依据焊后铜管的颜色来调节气体助焊剂 ,当焊后铜管有变黑的倾向时 ,则应调大气体助焊剂的流量 ,直到焊后铜管呈紫色为止。

焊接时,氧气与 LPG的压力选择如下表:

焊接材料 钎料 钎剂 供气压力(MPa)
LPG O2
紫铜一一紫铜

磷铜钎料

气体助焊剂 0.05-0.09 0.4-0.8
黄铜一一紫铜
钢一一铜 银钎料 气体助焊剂+固体助焊剂

五、焊炬及焊嘴选择

  使用通用焊炬进行钎焊时,最好使用多孔喷嘴(通常叫梅花嘴) ,此时得到的火焰比较分散,温度比较适当,有利于保证均匀加热。焊炬及焊嘴的选择见下表:

1、焊炬的选择

铜管直径(mm) ≤ 12.7 12.7~19.05 ≥ 19.05
焊炬型号 H01-6 H01-12 H01-02

2、焊嘴的选择

铜管直径
(mm)
≥ 16 12.7~9.53 9.53~6.35 ≤ 6.35和毛细管
单孔嘴型 3号 2号 1号 /
梅花嘴型 4号 3号 2号 1号

  以上两表是选择焊炬和焊嘴的一般原则,在实际选择中,还应考虑铜管的壁厚。也就是说,必须根据铜管的直径和壁厚,综合选择焊炬和焊嘴。

六、加热

  针对现有的情况,焊接有三种位置:竖直焊、水平焊、倒立焊。如下图所示:

铜管接头焊接三种位置

  三种施焊方式,加热方法如下图所示,管径大且管壁厚时,加热应近些。为保证接头均匀加热,焊接时使火焰沿铜管长度方向移动,保证杯形口和附近 10mm 范围内均匀受热,但倒立焊时,下端不宜加热过多,若下端铜管温度太高,则会因重力和铺展作用使液态钎料向下流失。

铜管接头焊接加热方法

注:焊棒的中间部位碰到母材时,一次会熔化很大量,将导致:

(1)焊材只停留在表面,不渗透

(2)空气不容易出来,易导致气泡

注意事项:

a)管径较大时应选用大号的焊嘴,反之则用小号的焊嘴;

b)毛细管焊接时应尽可能避免直接对毛细管加热;

c)管壁厚度不同时应着重对厚壁加热;

d)螺纹管钎焊时,加热和保温时间比光铜管的时间要短些,以防钎料流失;

e)先加热插入接头中的铜管,使热量传导至接头内部。

七、加入钎料、钎剂

1、钎料加入方法

  当铜管和杯形口被加热到焊接温度时呈暗红色,需从火焰的另一侧加入钎料,如果钎焊黄铜和紫铜,则需先加热钎料,焊前涂覆钎剂后方可焊接。

钎料从火焰的另一侧加入,有三方面的考虑:

其一:防止钎料直接受火焰加热而因温度过高使钎料中的磷被蒸发掉,影响焊接质量。

其二:可检测接头部分是否均匀达到焊接温度。

其三: 钎料从低温侧向高温润湿铺展, 低温处钎料填缝速度慢, 所以让钎料在低温处先熔化、 先填缝,而高温侧填缝时间要短些,这样可使钎料不致于在低温处填缝不充分而高温侧填缝过度而流失,也就是使钎料能均匀填缝。

  焊接时,可能出现焊料成球状滚落到接合处而不附着于工件表面的现象,可能的原因是:被焊金属未达到焊接温度而焊料已熔化或被焊金属不清洁。

2、钎料的用量

  以磷铜钎料(φ 2× 500mm )为例,在合理的间隙条件下,通过实际测量,与铜管直径相对应的钎料用量标准如下表:

铜管直径(mm ) 消耗重量(g) 消耗长度(mm )
φ 6.35 0.35 10
φ 9.53 0.36 11
φ 12.7 0.57 15
φ 15.88 1.12 33
φ 19.05 1.55 44
φ 22 1.92 44.6
φ 25.4 2.97 83
φ 28 3.91 110
φ 31.75 4.67 130

八、加热保持

  当观察到钎料熔化后,应将火焰稍稍离开工件,焊嘴离焊件 40-60mm 范围,等钎料填满间隙后,焊炬慢慢移开接头,继续加入少量钎料后再移开焊炬和钎料。

九、焊后处理

  焊后应清除焊件表面的杂物,特别是黄铜与紫铜焊接后应用清水清洗或砂纸打磨焊件表面,以防止表面被腐蚀而产生铜绿,自动焊接时应用最后一排枪喷出出气体助焊剂的氛围中冷却,防止高温的铜管在冷却过程中被氧化。

注意事项:

a)目视检查钎焊部位,不应有气孔、夹渣、未焊透、搭接未溶合等;

b)去除表面的焊剂和氧化膜;

c)用水冷却的部件,必须用气枪吹干水份;

d)按规定定置摆放所有部件,避免碰伤、损坏。

十、常见钎焊缺陷及处理对策

缺陷 特征 产生原因 处理措施 预防措施
钎焊
未填
接头间隙部分未填满 1.间隙过大或过小;
2.装配时铜管歪斜;
3.焊件表面不清洁;
4.焊件加热不够;
5.轩料加入不够.
对未填满
部分重焊
1.装配间隙要合适;
2.装配时铜管不能歪斜;
3.焊前清理焊件;
4.均匀加热到足够温度;
5.加入足够钎料.
钎缝
成形
不良
钎料只在一面填缝,
未完成圆角,钎缝表
而粗糙
1.焊件加热不均匀;
2.保温时间过长;
3.焊件表面不清洁.
补焊 1.均匀加热焊件接头区域;
2.钎焊保温时间适当;
3.焊前焊件清理干净.
气孔 钎缝表面或内部有气孔 1.焊件清理不千净;
2.轩缝金属过热;
3.焊件潮湿.
清除钎缝
后重焊
1.焊前清理焊件;
2.降低钎焊温度;
3.缩短保温时间;
4.焊前烘干焊件.
夹渣 钎缝中有杂质 1.焊件清理不千净;
2.加热不均匀;
3.间隙不合适.
4.钎料杂质量较高;
清除钎缝
后重焊
1.焊前清理焊件;
2.均匀加热;
3.合适的间隙.
表面
侵蚀
钎缝表而有凹坑或
烧缺
1.钎料过多;
2.钎缝保温时间过长;
机械磨平 1.适当钎焊温度;
2.适当保温时间.
焊堵 铜管或毛细管全部
或部分堵塞
1.钎料加入太多;
2.保温时间过长;
3.套接长度太短.
4.间隙过大:
拆开清除
堵塞物后
重焊
1.加入适当钎料;
2.适当保温时间;
3.适当的套接长度.
氧化 焊件表面或内部被
氧化成黑色
1.使用氧化焰加热;
2.未用雾化助焊剂;
3.内部未充氮保护或充氮不够.
打磨除处
氧化物并
烘干
1.使用民情性焰加热;
2.使用雾化助焊剂;
3.内部充氮保护.
钎料 钎料流到不需钎料
的焊件表面或滴落
1.钎料加入太多;
2.直接加热轩料;
3.加热方法不正确.
表面的钎
料应打磨
1.加入适量钎料;
2.不可直接加热钎料;
3.正确加热.
泄漏 工作中出现泄漏现象 1.加热不均匀;
2.焊缝过热而使磷被蒸发;
3.焊接火焰不正确,造成
结碳或被氧化;
4.气孔或夹渣.
拆开清理
后重焊或
补焊
1.均匀加热,均匀加入钎料;
2.选择正确火焰加热;
3.焊前清理焊件;
4.焊前烘干焊件
过烧 内、外表面氧化皮
过多,并有脱落现
象(不靠外力,自然
脱落)所焊接头形
状粗糙,不光滑发
黑,严重的外套管
有裂管现象
1.钎焊温度过高(过高使用了氧化焰)
2.钎焊时间过长
3.己焊好的口又不断加热、填料
用高压氮对
铜管内外吹
1.控制好加热时间
2.控制好加热的温度

十一、补焊的技术要求

  补焊是针对钎焊接头有缺陷的现象进行的一种补救措施,但不是所有有质量缺陷的接头都能采用此法。

1、不能采用补焊的几种接头

  A.已经过烧的接头。

  B.接头处的铜管已经熔蚀。

  C.接头处开裂现象严重(一般大于 2 mm)。

  D.已经补焊过一次的接头。

  C.接头处的铜管已经严重变薄。

2、能采用补焊的几种接头

  A.接头间隙部分未填满。

  B.钎料只在一面填缝 ,未完成圆角 ,钎缝表面粗糙。

  C.钎缝中有杂质(清除钎缝后重焊) 。

  D.有漏现象(未补焊过)。

  E.焊缝有气孔。

  F.接头部位及外套管臂焊瘤太大(超过 2mm),需用外焰进行加热而且方向要向焊口处拨动。

3、补焊使用钎料应注意的事项:

(1)对于臂厚大于 0.5mm 的铜管,可以采用普通的铜磷钎料进行补焊。

(2)对于臂厚小于 0.45mm 的铜管,可以采用含银钎料进行补焊。