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        制冷電器用銅鋁管焊接技術(shù)研究

        2014-04-02 15:22:16段斌
        卷宗 2014年12期
        關(guān)鍵詞:方法

        段斌

        在鋁管兩端各焊接-段銅管即為銅鋁管。2007年,制冷行業(yè)引發(fā)空調(diào)內(nèi)外機(jī)連接管材料銅管好,還是銅鋁管好的爭(zhēng)論。銅鋁管是黑心管還是新技術(shù),企業(yè)、專(zhuān)家說(shuō)法不-。實(shí)際上,早在20世紀(jì)80年代,銅鋁管就在國(guó)內(nèi)開(kāi)始應(yīng)用,但沒(méi)有成為關(guān)注焦點(diǎn),其主要原因是銅、鋁原材料價(jià)格差別不大。但自從2004年以來(lái),受?chē)?guó)內(nèi)外各種因素影響,銅原材料價(jià)格大幅上漲,已從2004年的2~3萬(wàn)元噸提高到2006年初的4.5萬(wàn)元噸,年中最高接近8.5萬(wàn)元噸,現(xiàn)維持在6.5萬(wàn)元噸左右。企業(yè)為降低生產(chǎn)成本,提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,開(kāi)始關(guān)注采用銅鋁管代替銅管,從而引發(fā)了銅鋁之爭(zhēng)。銅鋁管不僅應(yīng)用于空調(diào)的連接配管,也應(yīng)用于冰箱、空調(diào)的冷凝器和蒸發(fā)器(俗稱(chēng)兩器)。

        銅鋁管的制造方法通常可分為焊接和非焊接兩種,其中焊接方法有摩擦焊、儲(chǔ)能焊、閃光焊、電阻焊、釬焊及超聲波焊接等,非焊接方法有洛克環(huán)、絲扣及膠粘軋壓等。本文主要介紹銅鋁管焊接技術(shù)的研究歷程,力爭(zhēng)使讀者能夠全面了解銅鋁管技術(shù)。銅鋁管接頭形式銅鋁管是全銅管的替代產(chǎn)品之-,采用銅鋁管既可以節(jié)省成本,又不影響原來(lái)全銅管的連接方式。銅鋁管接頭的形式主要有直管對(duì)接、擴(kuò)口管插接、縮口管插接和縮口管搭接4種(見(jiàn)圖1)。直管對(duì)接時(shí),銅鋁管接合面積小,容易出現(xiàn)泄露。擴(kuò)口管插接時(shí),銅鋁管接合面積雖然大了,但焊接時(shí)頂鍛力較小,仍然易漏,這種接口又叫做銅包鋁接頭。

        縮口管插接時(shí),將銅管縮口,焊接時(shí)頂入鋁管,形成接合面,此時(shí)連接較牢固,這種接口可叫做鋁包銅接頭。空調(diào)用銅鋁連接配管外部要加套保護(hù)管,防止腐蝕,從而出現(xiàn)了中的縮口管搭接形式。若暫不考慮焊接質(zhì)量,評(píng)價(jià)銅鋁管的指標(biāo)應(yīng)該是銅管與鋁管的直徑與壁厚以及銅管縮口處的內(nèi)徑。不難理解,外徑-樣時(shí),管壁越薄越容易出現(xiàn)滲漏,管壁越厚制冷劑流量越小,壁厚-般為0.6~1.5mm;銅管縮口處的內(nèi)徑越小,制冷劑流動(dòng)越困難,所以銅管縮口處的內(nèi)徑與鋁管內(nèi)徑越接近越好。

        1 爆炸焊

        爆炸焊是利用炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊力造成焊件的迅速碰撞,實(shí)現(xiàn)連接焊件的-種壓焊方法卜8j。圖1.1給出了銅鋁管的爆炸焊示意圖。1984年,電冰箱用銅鋁連接管的爆炸焊技術(shù)通過(guò)湖南省冶金廳和機(jī)械廳的鑒定19]。陳勇富等對(duì)接頭采用擴(kuò)口插接形式進(jìn)行了研究,焊接規(guī)格為銅管甲8mmx1mm,鋁管甲8mmx1.8mm。焊接時(shí),將小型特種低爆速炸藥裝人鋁管的端口處,再插上銅管,-同放在模具中而后引爆,模具將使銅鋁管接頭成型。銅鋁管的爆炸焊生產(chǎn)效率較低,通常-個(gè)工人-班只能生產(chǎn)400支;爆炸又發(fā)出噪聲距爆炸點(diǎn)Zm處的噪聲為98dB,距廠房Zm處為78dB。

        2 摩擦焊

        摩擦焊是利用焊件表面相互摩擦所產(chǎn)生的熱,使端面達(dá)到熱塑性狀態(tài),然后迅速頂鍛,完成焊接的-種壓焊方法。給出了銅鋁管的摩擦焊示意圖。1984年,冶金部建筑研究總院與北京順義制冷設(shè)備配件廠采用摩擦焊方法焊接甲8mmx1mm的銅鋁管,并通過(guò)技術(shù)鑒定。謝堅(jiān)等1.21對(duì)接頭采用直管對(duì)接形式進(jìn)行了研究,銅鋁管規(guī)格均為甲8mmx1.8mm。焊接采用高速低壓焊接規(guī)范(速度達(dá)1500rmin,摩擦壓力為4kg焊接時(shí),旋轉(zhuǎn)端夾持銅管,固定端夾持鋁管,摩擦升溫后立即剎車(chē)頂鍛,完成焊接。

        3閃光對(duì)焊閃光對(duì)焊是將焊件裝配成對(duì)接接頭,接通電源,并使其端面逐漸移近達(dá)到局部接觸,利用電阻熱加熱接觸點(diǎn)產(chǎn)生閃光,使端面金屬熔化,直至端部在-定深度范圍內(nèi)達(dá)到預(yù)定溫度時(shí),迅速施加頂鍛力完成焊接的方法睜81。閃光對(duì)焊先通電后接觸,而電阻對(duì)焊則是先接觸后通電。給出了銅鋁管的閃光對(duì)焊示意圖。朱燕萍等介紹了電冰箱銅鋁接頭的直流閃光焊,其中銅鋁管規(guī)格均為甲8mmx0.8mm。焊接時(shí)的二次頂鍛能將高溫形成的仁(CugA14)相擠出,焊接后加工去除,外形與電容儲(chǔ)能焊相同。郭順祥了介紹了蒸發(fā)器用銅鋁管接頭閃光焊接技術(shù),使用的焊機(jī)是意大利產(chǎn)T8用型銅鋁管焊機(jī),焊機(jī)容量25kvA,銅鋁管規(guī)格均為甲8mmx1mm,并說(shuō)明焊接溫度要低于共晶點(diǎn)548e,控制在470-500e之間。砰

        4 電容儲(chǔ)能對(duì)焊

        電容儲(chǔ)能對(duì)焊是利用電容貯存電能,然后迅速釋放進(jìn)行加熱完成點(diǎn)焊的方法。給出了銅鋁管的電容儲(chǔ)能對(duì)焊示意介紹了冰箱用銅鋁管接頭的簡(jiǎn)易電容儲(chǔ)能焊,其中銅鋁管規(guī)格均為甲8mmx1mm和甲8mmx1.8mm。焊接過(guò)程手動(dòng)操作,雖然焊接設(shè)備成本低,但焊接過(guò)程隨機(jī)性較大。

        5 超聲波釬焊技術(shù)

        日本于1977年研究了銅鋁管的超聲波釬焊技術(shù)1,6],以銅包鋁0接頭形式,焊接甲5.75mm,甲7.4mm的銅管和甲6mm,甲8mm的鋁管。焊接時(shí),先將鋁管外部涂上釬料,而后插人銅管擴(kuò)口,并采用超聲波在銅鋁接合處產(chǎn)生高溫,使釬熔化,冷卻后即形成銅鋁管焊接接頭,最后噴環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)防腐蝕。圖1.5給出了銅鋁管的超聲波釬焊示意圖。

        6 電阻對(duì)焊

        電阻對(duì)焊是將焊件裝配成對(duì)接接頭,使其端面緊密接觸,利用電阻熱加熱至塑性狀態(tài),然后迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。圖1.6給出了銅鋁管的電阻對(duì)焊示意圖。趙越等研究了壁厚為0.5-1.25mm的銅鋁管電阻焊工藝,并提出了無(wú)銅鋁共晶組織的焊接接頭。實(shí)際生產(chǎn)中,銅鋁管大多采用插人式的連接方法。目前,國(guó)內(nèi)外均認(rèn)為,電阻對(duì)焊是銅鋁管焊接中較好的方法。

        7釬焊釬焊是采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料,將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn),低于母材熔化溫度,利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材,填充接頭間隙并與毋材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接焊件的方法。趙越對(duì)冰箱管路系統(tǒng)銅-鋁管釬焊進(jìn)行研究,焊接規(guī)格為銅,6mmx0.75mm,鋁管甲8mmx1mm。提出采用鋅福釬料進(jìn)行焊接較好,但重金屬鍋不利于環(huán)保,將來(lái)可采用8n-Zn-Cu系列釬料代替。

        8 高頻誘導(dǎo)加熱焊

        高頻誘導(dǎo)加熱焊是利用超聲波的高頻振蕩能夠?qū)讣宇^進(jìn)行局部加熱和表面清理,然后施加壓力實(shí)現(xiàn)焊接的-種壓焊方法給出了銅鋁管的高頻誘導(dǎo)加熱焊示意圖。1988年,日本出現(xiàn)了高頻誘導(dǎo)加熱焊技術(shù),采用特殊的鋁夾銅0型式接頭,可焊接甲8mmx1mm的銅鋁管。焊接中先將銅鋁管施加軸向預(yù)壓力,再利用15kw和200kHz的高頻渦流使接合處瞬時(shí)達(dá)到銅鋁的共晶接合溫度,發(fā)生共晶反應(yīng),同時(shí)施加二次壓力,將銅鋁共晶液體擠出接合面,而后停止加熱并冷卻。1998年至2001年,日本出現(xiàn)了鋁包銅0的接頭形式的高頻加熱焊接120-21],規(guī)格

        為銅管甲8mmx0.6mm,鋁管甲8.Zmmx0.6mm。

        9冷壓焊冷壓焊是在室溫下對(duì)接合處加壓使之產(chǎn)生顯著變形而焊接的固態(tài)焊接方法。早在1972,前蘇聯(lián)研究人員就曾經(jīng)介紹過(guò)銅鋁管冷壓焊技術(shù)。

        (10)磁力脈沖焊磁力脈沖焊是依靠被焊工件之間脈沖磁場(chǎng)相互作用面產(chǎn)生沖擊來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬之間的連接。磁力脈沖焊在焊接時(shí),貯存在電容器組中的電場(chǎng)能,通過(guò)開(kāi)關(guān)迅速向磁場(chǎng)線圈放電,形成持續(xù)10-20娜高達(dá)400MPa的電磁壓力,使管材在徑向產(chǎn)生作用力,以極大速度(可達(dá)300m8)向管內(nèi)碰撞,實(shí)現(xiàn)管材的搭接焊接。前蘇聯(lián)研究人員到于1895年介紹了銅鋁管的磁力脈沖焊接,試驗(yàn)條件下電場(chǎng)能在2.7-2.gkJ時(shí)焊接質(zhì)量較好并指出銅鋁結(jié)合面的最佳情況是脆的共晶組織剛剛出現(xiàn)的時(shí)候。

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