徐慶海 （嘉科建筑工程設計咨詢（上海）有限公司）

一、前言

釬焊是一類將高于450℃液化溫度和低于母材凝固溫度的填充金屬通過加熱到釬焊溫度而產生材料聚合的焊接方法。填充金屬通過毛細作用分布在緊密貼合的接頭接觸表面之間⑴。制冷系統(tǒng)是空調系統(tǒng)的重要組成部分，而制冷劑連接管焊接的好壞將直接影響到制冷系統(tǒng)的性能。制冷系統(tǒng)是一個特殊的系統(tǒng)，對系統(tǒng)的清潔度要求極高，只有采取正確的焊接工藝才能保證系統(tǒng)內不會產生臟堵現象，才能保證設備正常運行。

某化工廠中央控制室制冷空調系統(tǒng)，室內壓縮機組和室外冷凝器之間用 φ 54×2mm的紫銅管 [牌號：TP2，標準 GB/T 17791-2007]連接，共有88個焊口，施工單位在沒有銅管焊接工藝評定和焊接工藝規(guī)程的情況下開始施工，焊接的前兩道焊口存在角焊縫成型較差、氣孔、過燒、表面氧化等焊接質量缺陷。通過對紫銅焊接特點分析，按照NB/T 47014-2011的要求進行焊接工藝評定，有效的解決了紫銅制冷管道的搭接釬焊問題，最終該空調制冷系統(tǒng)氣壓試驗一次成功。

二、紫銅的焊接特點分析

紫銅的焊接，因為其物理、化學性能與鋼有很大的差別，使得紫銅焊接比低碳鋼焊接困難的多，主要表現在以下幾個方面：

2.1、高導熱率的影響⑵

盡管銅的熔點（紫銅1080℃）比鋼低，但銅的導熱率比碳鋼大7～11倍，當采用的焊接工藝與焊接同厚度的碳鋼差不多時，則銅材很難熔化，填充金屬和母材也不能很好的熔合。容易形成未熔合、未焊透等焊接缺陷，所以紫銅焊接時，應采用熱量集中的焊接方法，同時焊接前也應選擇合適的預熱溫度⑵。

2.2、焊接接頭的熱裂傾向大⑵

為了保證焊縫焊透，在紫銅焊接時，一般都需要較高的預熱溫度和采用較大的線能量，不僅使焊接應力增大，還容易使接頭生成較大的柱狀晶；焊接時，熔池內的銅與其中的雜質鉛、鉍等形成低熔點共晶物，使銅及銅合金具有明顯的熱脆性，產生熱裂紋。為了防止熱裂紋的產生，應注意以下兩點：A）嚴格控制母材與焊材中的氧、鉛、鉍、硫等雜質含量；B）采用熱量集中的焊接方法，選擇合理的裝配、焊接順序，盡量降低接頭的剛性。

2.3、氣孔缺陷⑵

銅管焊接產生氣孔的缺陷比碳鋼嚴重得多，主要是氫氣孔。其產生原因主要與氫的溶解度下降及氫與氧的反應有關。為了防止氣孔產生可采取以下措施：A）嚴格控制氫、氧來源，在焊接前仔細清除焊件和焊絲表面的吸附水分和氧化物；B）向焊縫中加入一定量的脫氧元素，如硅、錳、鋁、鈦等，加強熔池的脫氧過程；C）采用預熱等使熔池緩冷，以降低熔池冷卻速度，創(chuàng)造有利于氣體析出的條件。

2.4、焊接接頭性能的變化⑵

銅管接頭晶粒粗化、塑性下降、耐蝕性下降等。通常改善接頭力學性能的措施有：A）加強焊前清理和熔池保護，以控制和減少氧的來源；B）加入適當的合金元素，對焊縫進行合金化合變質處理，以細化晶粒和保證接頭的力學性能；C）在制定焊接工藝時合理選擇焊接方法和工藝參數，防止接頭晶粒粗化。

2.5、表面氧化

純銅表面可形成氧化銅和氧化亞銅，其易被還原性氣體還原，也容易被釬劑去除。因此焊接銅管時內部必須充氮保護。

通過以上分析，結合工程實際，決定采用氧-乙炔中性焰氣焊工藝來焊接空調制冷劑搭接銅管，采取焊前預熱措施，焊接時銅管內部充氮保護，并采用助熔劑301。

三、焊接工藝及要求

3.1、焊工資格

1）操作者必須熟練掌握焊具的使用方法和操作技術，持有焊工證。

2）必須經過專門的學習培訓，并取得有關部門頒發(fā)的“資格證”方可從事手工焊接作業(yè)。

3.2、釬料的選用

紫銅+紫銅：釬料為 BCu-93P（GB/T 6418-2008），控制雜質含量≤0.05%。

氣體助焊劑301：可防止銅管表面氧化及有釬作用。 焊接時呈液態(tài)熔渣覆蓋于金屬表面，能有效的熔解氧化銅、氧化亞銅。

釬焊溫度：820-860℃（銅管為淺紅色）

3.3、使用氣體種類

1）加熱用：氧氣+乙炔氣 (或液化石油氣)

2）氮氣（N2）：為防止銅管內部氧化，對管內充入氮氣。

3.4、焊接前準備

檢查焊炬的連接處和各氣閥的嚴密性，漏氣的必須進行修理，并檢查焊嘴有無堵塞現象。 操作者準備所需的工夾具、釬料、釬劑等。銅管的焊接部位應無毛刺、無明顯變形、內外表面干凈、無銹垢、無油脂等。銅管必須去除兩端面毛刺，然后用壓縮空氣（壓力P=0.6MPa）對銅管進行吹掃，吹干凈銅屑。焊炬的選擇：H01-02。焊嘴的選擇：單孔嘴型3號，梅花嘴型4號，使用通用焊炬進行釬焊時，最好使用多孔噴嘴，即梅花嘴。

3.5、焊接步驟

3.5.1 裝配銅管

制冷系統(tǒng)所采用的均為套接方式，不得采用其它接頭方式。銅管應正直插入規(guī)定深度，兩裝配件的中心線重合，焊接時應定位。為了保證裝配尺寸正確，不能用手定位，防止加熱時銅管移動。釬焊接頭的安裝須保證合適均勻的釬縫間隙，針對所使用的銅磷釬料，要求釬縫間隙（單邊）在0.05mm～0.10mm之間。其套接長度不應小于10mm。接頭安裝完畢后，應檢驗釬焊接頭是否變形、破損及套接長度是否合適，如圖所示不良接頭應力求避免，若出現不良接頭應拆除重新安裝后方可焊接。

3.5.2 充氮保護

充氮時快速接頭和充氣槍應合上壓緊開關，使氮氣全部充入管內。 充氮要保證氮氣達到各焊接接頭處，有效地排出空氣。連續(xù)充氮時一定要有出氣口，否則在焊接時氣體從接頭間隙處逸出，使焊接填料困難，并易產生氣孔。見下圖：

3.5.3 加熱與焊接

釬焊為火焰硬釬焊，必須遵守有關安全操作規(guī)定。加熱前確認銅管內有氮氣流過。

釬焊紫銅時，使用中性焰或輕微還原焰，一般采用外焰。銅管接頭處加熱應均勻，并注意根據管的材料尺寸分配熱量。一般先預熱插入管，使管配合緊密，再沿接頭長度方向來回擺動，使其均勻加熱到接近釬焊溫度，然后環(huán)繞銅管加熱至釬焊溫度，銅管為淺紅。同時釬料亦隨之環(huán)繞加入，并均勻填滿接頭間隙，再慢慢移開焊炬，并繼續(xù)加入少量釬料形成光滑釬角。

3.5.4 焊接參數

以前的國內標準，無論是GB 50236-1998《現場設備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范》，還是JB 4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》都未對銅管和釬焊的焊接工藝評定做出規(guī)定⑷。國家能源局于2012年7月1日發(fā)布的NB/T 47014-2011《承壓設備焊接工藝評定》正好填補了這項空白，使得銅管及釬焊的焊接工藝評定有了依據。

3.5.5 焊后處理

焊后在管內有氮氣保護的條件下，可對接頭處再次加熱至銅管變色，約200-300℃，即進行退火處理。目視檢查釬焊部位，不應有氣孔、夾渣、未焊透、搭接未熔合等。在焊縫完全凝固以前，不能移動焊件或使其受到震動。

3.5.6 焊后檢驗

“我們的泡泡消失了，盡管我根本就沒見到泡泡的樣子。”機器人藍藍背靠橙橙，緊緊抱著瑟縮在懷里的小水獸紫丁兒，咕噥道，“不過能趕上‘流星雨降落’，此情此景，我忍不住想吟詩一首。??！壺天曉，我們是彼岸花嗎？花葉永不能相見？”

對釬焊的質量要求如下：焊縫接頭表面光亮，填角均勻，光滑圓弧過度。接頭無過燒、表面嚴重氧化、焊縫粗糙、焊蝕等缺陷。焊縫無氣孔、夾渣、裂紋、焊瘤、管口堵塞等現象。部件焊接成整機后，進行氣密試驗時，焊縫處不準有泄漏。

3.5.7 補焊的技術要求

補焊是針對釬焊接頭有缺陷的現象進行的一種補救措施，但不是所有有質量缺陷的接頭都能采用此法。

不能采用補焊的幾種接頭：已經過燒的接頭；接頭處的銅管已經熔蝕；接頭處開裂現象嚴重（一般大于2mm）；已經補焊過一次的接頭；接頭處的銅管已經嚴重變??；

能采用補焊的幾種接頭：接頭間隙部分未填滿；釬料只在一面填縫，未完成圓角，釬縫表面粗糙；釬縫中有雜質（清除釬縫后重焊）；有泄漏現象（未補焊過）；焊縫有氣孔；接頭部位及外套管壁焊瘤太大（超過2mm），需用外焰進行加熱而且方向要向焊口處撥動。

注意的事項；確認冷凍循環(huán)中是否沒有高壓空氣、混合氣體、冷媒等。如有，從接頭或閥門處排出，確認循環(huán)內部沒有壓力；確認泄漏部位，除去周圍的可燃物；徹底清潔需要釬焊的泄漏部位，如有氧化膜，可用砂紙輕輕打磨；進行氮氣置換，釬焊時必須先將第一次釬焊的焊料加熱到可熔化的程度，再進行釬焊；用濕布冷卻釬焊部位，注意水不能濺到電氣品和隔熱材上；用含有熱水的布將釬焊部位的焊劑清除干凈，如有必要，用砂紙清除氧化膜；用干布將鈑金件、配管和周圍的水擦干。

四、結論

按照NB/T 47014-2011的要求，采用搭接釬焊工藝焊接空調制冷劑紫銅管，解決了生產中的焊接問題。焊縫經著色滲透檢測，符合Ⅰ級質量標準，探傷一次合格率100%；按照圖紙的技術要求，進行2.2MPa充氮氣試壓48小時無壓降，氣壓試驗一次合格。

[1]釬焊和釬接焊填充金屬標準ASME SFA-5.8/5.8M-2010

[2]Φ32×5mm紫銅管道的焊接工藝 武旭平 范紹林等 《現代焊接》 2010（3）

[3]承壓設備焊接工藝評定NB/T 47014-2011（代替JB4708-2000）國家能源局

[4]銅管套管搭接釬焊工藝評定探索 楊惠谷，嚴偉華等《化工裝備技術》 2007（3）

[5]電焊工小手冊 徐素華主編 中國電力出版社