制冷设备钎焊工艺研究及应用

rockston

序言 随着现代工艺技术的发展，钎焊得到了迅速的发展，无论在钎焊工艺方面，还是钎焊材料方面都有新的发展，在制冷设备中，换热器的制造及制冷循环管路的连接都将用到钎焊，钎焊焊接接头数量多，直径变化范围大，焊接质量将直接影响制冷设备的性能及制冷效果，因此，无论任何公司对钎焊都比较重视。
在钎焊中，如果没有正确的钎焊工艺，在铜与铜、铜与黑色金属如Fe连接时，钎料不易在钎缝结合处形成较好的连接。在钎焊过程中，首先要溶解和破坏母材和钎料表面的氧化膜，能够很好的润湿母材和减小液态钎料与母材的表面张力，使钎料能充分铺展，最后在钎焊过程结束以后会形成焊缝金属。因此要保证系统管路的钎焊接头质量及焊接接头的密封性能，必须有正确的钎焊工艺过程和较先进的钎焊工艺。
本文叙述了制冷设备钎焊的气体助焊剂的使用及钎焊的基本过程，钎焊的清洁及装配间隙的要求、正确的火焰加热过程和正确的添加钎料的方法是保证钎焊质量的关键，所采用的工艺过程使焊接接头加热、加料均匀，得到理想的毛细作用，钎料达到内件的根部,全程铺满接头的内、外件间隙。所采用的气体助焊剂使系统管路的钎焊接头不易被腐蚀，从而引发泄漏事故，同时保护工件金属和钎料在施焊过程中不被继续氧化，以改善钎料对工件金属表面的润湿性，促进焊缝的形成。
) ^' h  h' K- }' c* ]" j1 气体助焊剂及钎焊装置 在空调及制冷设备的制造中，钎焊是关键的工艺，最早的工艺是采用含银45%的钎料及焊剂102，钎焊时要不停用钎料蘸焊剂加入，焊接时要注意焊剂不能过多，以防污染空调系统，焊接后要清理接头的焊剂，防止焊剂腐蚀接头和铜管，为了提高焊接效率及里质量，气体助焊剂在钎焊过程中得到应用，气体助焊剂是把助焊剂添加到火焰中进行铜银钎焊，适用于现代化的、高速的、经济的焊接方法。气体助焊剂是一种高挥发性液态化合物，既无腐蚀，又不含氟，它在气源的燃气路中加入，在钎焊时发出明亮的绿光，助焊剂随火焰从焊枪中喷出，自动均匀的输送到钎焊区，形成一层保护膜，防止焊缝金属表面氧化，润滑钎焊区，从而提高了钎焊质量，同时防止了有害气体的产生，钎焊时可用低银钎料，如料204，降低成本，焊后，钎焊区域清洁、明亮，附着物少，钎焊的装置如图1。由于助焊剂的添加，在火焰中形成“雾化”状态即均匀助充分的添加，大大提高了焊缝的质量和焊接水平，减小了焊缝的泄露的机率，确保高质量的焊缝的形成。
2  焊接前准备 2.1  底面开口缺陷的B扫描图像清洁钎件和去除污物
毛细作用只有在金属表面相当清洁时才可很好作用。因此，去除所有污物（油、油脂、垃圾、铁锈和氧化物）非常必要，清洁钎件的方法如下：
4 f4 Q6 S7 |) h! ?9 T/ W（a）在清除污垢、铁锈、氧化物之前清除脏物、油和油脂，为达此目的，将钎件浸入化学清洗溶液中。要清除污垢、铁锈、氧化物或油漆，用砂纸彻底清理表面。磨松污物后，以抹布或海绵清除残余物或渣粒。
% F9 C! S1 A3 x  s: y（b) 钎件清洗完毕之后，钎焊前应使之完全干燥。干燥后，应尽可能快地施焊以免再度污染。
2.2 保证良好的装配和正确的间隙
为了得到毛细作用、便于装配、保接头的强度、便于填加合金、防止浪费，就必须保证正确间隙以得到质量高的钎焊接头，图2（a）为室温下黄铜管插入铁接头，图2(b)为钎焊温度下的间隙。铁的膨胀率小于黄铜，因此间隙变小，从图可见膨胀作用对预留间隙的影响，因此，必须保证合适正确的钎焊间隙。
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图1   钎焊装置图

2.3  接头装配和支撑
钎件良好对心，垂直放置，钎件内部在钎焊过程中通氮气保护以免氧化。
3  钎焊组件 3.1  钎焊前
  n- f2 r! N4 x; r/ Ga. 确保保护氮气的正常供应。
b. 在检修阀、四通阀或熔塞旁钎焊时，应将之隔绝或放热以免损坏或泄漏。如果可能，可用散热装置。如果难以用散热装置，可以用湿布或湿海面包裹需保护的区域。
8 P$ p6 I% ?6 ]c. 要得到良好的钎焊，氧气和乙炔的正确混合是相当重要的。
Ⅰ. 打开乙炔阀；
+ u. {* _# y9 [" S0 N' ^, IⅡ. 点燃火焰；
Ⅲ. 打开氧气调节阀直至得到中性或还原焰；
Ⅳ. 调节氧气和乙炔得到正确的火焰，淡兰色的中性焰适于紫铜和黄铜的及紫铜和紫铜的接头；淡兰焰心的亮兰色的还原焰适于所有的钢接头；过少的氧气会导致燃烧不足，产生烟尘，过多的氧气会导致过热或过度氧化。
; n7 r' Z# y5 a, }$ u0 L3.2  钎焊过程

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图3   加热对间隙的影响（铁管，铜接头）

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图4   加热接头

a. 在铁接头中钎焊黄铜或铁接管时，先用外焰离外件12～25毫米处加热外件,如图4。但是，当铁管在黄铜或紫铜接头中钎焊时，应先加热外件。因黄铜和紫铜是优于铁的导热体，应施加更多的热量。
1 K, f4 W( z6 Pb. 必须用外焰加热钎件，内焰应离钎件18～25毫米。
c. 如果管件十分小，钎炬火焰可以同时包容内件和外件，以尽可能均匀的速度加热两件至钎焊温度。前后和左右摆动钎炬，保持两件于钎焊温度和均匀的加热。这样可以防止热斑的出现及接头过热或加热不足如图5。

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图5   加热运动方向

3.3  钎焊温度
' f& }6 h/ t! U% i6 @a. 当紫铜变得暗红时，表明已达到钎焊温度；如变得鲜红，则金属已过热。
8 _; @$ R- @: W/ e( |3 F( ~' Ob. 当黄铜变得深红时，表明已达到钎焊温度；当黄铜变亮红时，已过热，即将熔化。在此温度钎焊，将有很高的漏率。
c. 当铁变暗红时，表明已达到钎焊温度。
3.4  施加钎料
' e" o5 O7 F5 Y" |9 H$ va. 必须保持钎料清洁，脏或受腐蚀的钎料会在接头区域产生夹杂。
b. 熔化钎料会向高温区域流动，注意在紧挨接头处添加钎料。

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图6 填加钎料

c. 达到钎焊温度才可加钎料，如添加钎料时，钎料只是附于钎件表面而不熔化，表明尚未达到钎焊温度，需继续加热。钎焊小直径管时，应在一点添加钎料并绕接头移动之,如图6。钎焊大直径管时，沿接头同时在两点添加钎料以免过热；加钎料时，不可超出外件否则的钎料会流到接头之外。
7 `7 f( s3 E# J+ n$ |7 u' c% `5 ?e. 添加适量的钎料以得到良好的接头，钎料应凝于钎件的间隙间。如果钎焊后钎料堆于接头外，既浪费材料、影响成形，还会削弱接头的强度。
+ ^; q- a+ G0 G3 A, d! ?' lf. 钎焊时，应加热接头区域而不可加热钎料，当钎料开始流动后，持续添加直至接头充满。一旦钎料开始流动，沿接头前后移动钎炬，使内件和外件均匀加热。这样可确保良好的毛细作用,如图7。
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图7  火炬移动及钎料移动

g. 应遵循正确的方法和步骤施焊，否则难以得到理想的毛细作用。
8 V5 ^: {$ g- y; l2 k* J+ ?h.对整个接头区域加热，一旦钎料被管件的热量熔化，钎料会被毛细作用引入接头。
  z! ]: g3 c% g9 F$ V0 w4  清洁组件和冷却 （1）钎焊完成后，将钎件置于净水中淬水，使钎件的温度降低，以免钎件在高温状态下被氧化；对接组中无法分离淬水的钎件，钎焊后用湿布或湿海绵包附钎焊接头降温。
7 `1 d. L6 z8 _/ w（2）小心清理黄铜分配管、阀和其它部件，清理之前，应让黄铜件冷却。钎焊后马上冷却会在黄铜件表面产生裂纹。
7 w6 r1 T% Z* e* K: h（3）彻底清理接头，保证无钎剂和残垢。
5  钎焊的结果 （1）对试件进行解剖试验，发现钎料达均匀铺满焊接接头,铺满80%~100%的接头长度，没有发现气孔等缺陷。
1 O9 P6 Q% ^9 `（2）正确的加热方法使钎焊接头的加热均匀，通过判断接头的颜色使能很好的控制加热温度，并防止过热。
/ o7 n3 L1 n6 ]9 x) j（3）观察钎焊过程，可明显看到钎料均匀的流动，迅速填满间隙，使焊接接头达到最佳的机械性能。
9 ~8 R! X- i2 e* p5 Z$ `. e/ |/ i（4）钎缝致密，不会产生任何疏松泄漏现象。焊后焊缝金属表面无钎剂残渣，焊接区清洁、明亮，无需任何清理工序，生产产品的泄漏检验表明使泄漏点减少60%以上。
（4）降低了钎料的含银，降低低材料消耗成本，钎焊时不会产生含氟的焊接烟尘，有利于操作工的身体健康。
0 o: X' ?' Z# e$ \" G（5）气体助焊剂及钎焊装置的使用,使助焊剂以气体形式加入焊接火焰中，在焊接时，火焰加热部分有助焊剂存在，实现了添加助焊剂自动化
: i4 N4 J* h# i5 {6 ?- `5 U（6）焊后的焊缝表面形成一种耐蚀保护层，可保持焊缝表面光亮、平滑，没有传统焊剂造成的玻璃状焊渣，无氧化物，无残留物，降低了清理工时，节约成本。　　
6  结论 （1）合适的钎焊间隙、正确的火焰加热过程和正确的添加钎料的方法是保证钎焊质量的关键，
8 X' E0 [6 d- e; W5 g2 i6 y（2）所采用的工艺过程是焊接接头加热、加料均匀，得到理想的毛细作用，钎料达到内件的根部。
6 ^. v, ^" V% ]& Q+ k% F（3）所采用的气体助焊剂使系统管路的钎焊接头不易被腐蚀，同时保护工件金属和钎料在施焊过程中不被继续氧化。提高焊接接头质量提高生产效率，节约成本。