空调铜管焊接工具_空调铜管焊接方法与选择

作者:老电工2021年03月04日 20:41

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一、空调铜管焊接性能

1、纯铜的密度为8.89g/cm3,熔点1083℃,纯铜的强度不高(Gb=200~250N/mm2)、硬度较低(HBSCW40~50)、热导率大(是碳钢的7~11倍)、膨胀系数大(比铁大15%),在500~600℃下呈现“中温脆性”。据研究,“中温脆性”与杂质的性质、含量、分布和固溶度等有关,杂质主要有铅(Pb)、铋(Bi)、氧(O)、硫(S)和磷(P)等。

2、杂质的存在对铜的焊接性能有很大的影响,Bi和Pb是铜中的主要杂质,它们均不溶于固态铜,微量的Bi和Pb与Cu形成低熔点共晶组织,其共晶温度分别为270℃和326℃,这些共晶体最后结晶,集中在晶界上,使铜耐温性能降低并产生脆性,甚至在正常的钎焊温度中仍有产生裂纹的可能。

因此,应限制Bi和Pb在铜管及钎料中的含量,通常Bi的含量<0.002%,Pb的含量<0.005%。S能溶解在熔融的铜中,S的存在使铜的熔点降低,形成Cu2S脆性化合物,使铜的塑性降低,当S的含量>0.1%时,铜就会有热脆性,焊接时热状态就会产生裂纹。O很少固溶于铜,它在铜中呈Cu2O存在于晶界处,含Cu2O的铜管在还原性气氛中(其中含H2,CH4和CO等气体)焊接加热时,氢或其他还原性气体能在高温下渗入固体铜与Cu2O发生如下反应:

Cu2O发生如下反应:Cu2O+H2→2Cu+H2O

或Cu2O+CO→+2Cu+CO2

生成的水蒸气或CO2不溶于铜,在金属内部产生一定压力以求析出,当内压大于金属本身强度时将引起材料沿晶界开裂,这种现象称作氢脆。有资料表明,100g含0.01%氧的铜在氢气介质中退火,能生成14mL的蒸汽。已产生氢脆的铜管,强度和塑性非常低劣,一般无法挽救。

因此,空调器中常选用纯铜(T2)、磷脱氧铜(TP2)和无氧铜(TU2)

二、空调铜管焊接工具

道空调铜管中的铜管就是指紫铜管。

铜管焊接方法

1、铜管气焊焊接方法:铜管气焊是指利用可燃性气体在氧气中燃烧时所产生的热量,将母材加热并使用焊料而达到连接的熔焊方法。

2、铜管焊条电弧焊焊接方法:是指用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法。电弧焊是指利用电弧作为热源的熔焊方法。

3、铜管钨极氩弧焊焊接方法:钨极氩弧焊就是以氩气作为保护气体,钨极作为不熔化极,借助钨电极与焊件之间产生的电弧,加热熔化母材(同时添加焊丝也被熔化)实现焊接的方法。

三、选择空调铜管的焊接方法

1、空调器或压缩机中使用的铜管都是薄壁管,由于铜的热导率大、膨胀系数大,因此焊接一般采用钎焊。空调器中的管路焊接比较简单,通常只是铜管与铜管的连接,采用火焰钎焊。压缩机中的铜管焊接比较复杂,除铜管与铜管的焊接外,还有铜管与钢板或钢管的焊接,如排气管与上外罩的连接、进气管与筒体的连接、储液筒与进气管的连接等,根据不同的要求采用炉中钎焊或火焰钎焊。

2、注意,不论采用火焰钎焊还是炉中钎焊,都不能在氧化性气氛中加热。因为铜管在氧化性气氛中加热时,随温度的升高和时间的延长其表面氧化深度会急剧增加,从而造成铜管表面含氧。有资料表明,在900℃和10min加热条件下,渗氧深度可达1.7mm。

四、空调铜管焊接方法的特点

1、空调铜管火焰钎焊:使用可燃气体与氧气(或压缩空气)混合燃烧的火焰进行加热的钎焊。

火焰钎焊设备简单、操作方便,根据工件形状可用多火焰同时加热焊接。

2、空调铜管炉中钎焊:为钎焊材料的保护气氛很便宜,工厂能大量生产,工业氮基气氛可以液态储存在厂房外面。这些气氛具有极好防氧化能力,根据需要可以制成具有约0.2%~1.0%以上范围内任何碳势的气氛。

五、空调铜管焊接方法中钎料的选择原则

1、应具有良好的润湿性,并在规定的钎焊温度范围内,易于填充钎料间隙;

2、应具有适宜的熔点和流动性,具有较好的相互扩散性,能形成牢固的高质量的接头;

3、钎料应具有稳定、均匀的成分,不应液化而偏析,也不应有强挥发性、对母材有害的元素;

4、得到的钎焊接头应满足规定的物理、化学性能和力学性能。

六、空调铜管焊接方法钎料的选择

根据以上原则,笔者常选用银-铜焊丝、磷铜焊丝和黄铜焊丝。从工艺控制方面来讲,Ag45CuZn钎料最好,流动性好、焊接缺陷少;磷铜焊丝或黄铜焊丝因价格低廉也常采用,由于此类焊丝熔化温度较高,易造成铜管晶粒长大而产生脆性,因此在原材料及生产各个环节都必须严格控制。

七、空调铜管焊接方法中的焊剂选择原则

焊剂的选用也很重要,首先它要能够清除钎焊金属及钎料表面的氧化膜,为液态钎料在钎焊金属表面铺层创造条件;其次,能够以液态薄层覆盖钎焊金属和钎料表面,隔绝空气,防止在加热过程中氧化;第三,增强表面活化作用,增加钎料流动性,改善液态钎料对铜管的润湿;第四,有利于清除焊缝中的O2,H2和S等杂质。

八、空调铜管焊接方法中的配合间隙

配合间隙也是获得良好焊接质量的重要环节,它对钎焊接头的严密性及强度影响很大:间隙过小,钎料难以将钎剂挤出,形成夹层或气孔;间隙过大则钎料流失严重。

根据焊接母材和焊料不同,选用不同的配合间隙,如铜管与铜管用磷铜焊丝焊接时,配合间隙范围为0.08~0.2mm;若为炉内钎焊则没有间隙,而应是过盈状态。

九、空调铜管焊接方法的缺陷及解决措施

在整个空调器的管路焊接中,有铜管与铜管的焊接,也有铜管与钢管、铜管与钢板的焊接,由于Fe和Cu的熔点、导热系数、线胀系数差异较大,同时铜在高温时极易氧化和吸收气体,因此焊接难度大,出现问题的概率也大。

出现的主要问题是泄漏和铜管脆化。

1、泄漏:

(1)间隙未填满:产生这种问题的原因主要是:配合间隙不合适;表面清洗不充分;钎料选择不当;钎焊区温度不够或温度不均匀;钎料数量不足。

这种问题的预防很好解决,针对造成故障的原因,采取相应的措施即可。

根据结构状况,最好能在焊接后目视检查确认钎料渗透到整个接头。尽量避免目视不能确认钎料渗透到整个接头的情况。

(2)裂纹:

在火焰钎焊过程中,由于铜管的线膨胀系数比钢板大15%,而收缩率又比钢板大1倍多,再加上铜的导热能力强,焊接热影响区宽,因此在焊缝处存在很大的内应力。而火焰钎焊又容易造成加热不均匀,所以工艺操作规程制定不当或过程控制不严常出现此类问题。

另一类裂纹的产生是由原材料中杂质含量较高造成的,铜管中除氧外常常含有铅、铋、硫等杂质,它们与铜形成低熔点化合物,聚集在晶界处,降低了铜管的强度和局部熔点,焊接时产生热裂纹。

对于此类问题,只要是严格按照工艺规程操作,保证均匀加热,控制好原材料杂质含量即可避免。

(3)气孔:

在钎焊焊缝中常常出现一些形状不一、大小不规则的气孔,造成这种气孔的原因主要是钎料或母材中析出气体;钎料过热、间隙不均也是造成此问题的原因,如小间隙处先填满钎料,在较大间隙处汇合时将气体封闭形成气孔。

解决问题:一是在原材料采购过程中控制铜管及焊丝的氧含量和杂质含量;二是在焊接过程控制加热温度、时间和配合间隙。

2、铜管脆化:以上缺陷(间隙未填满、裂纹、气孔)都是显性的,并不可怕,通过相关手段可以检测出来,一般不会造成重大损失。但是铜管脆化缺陷是隐形的,一般的检验难以测出,往往是在运转过程中才得以显现,故障常常是滞后的、批量性的,造成的损失也是巨大的,因此应该特别重视此类问题。

造成铜管脆化的原因

原材料中杂质含量高:原材料中杂质含量高,一方面可导致焊接裂纹,直接造成宏观泄漏问题;另一方面使铜管脆化,在随后的工作过程中失效。

铜管晶粒长大:铜及铜合金一般不发生相变,受热使晶粒长大、材料变脆。原材料混晶、加热时间过长是造成铜管晶粒长大的主要原因。

笔者曾遇见过储液桶工作时被振落的情况,断裂发生在出气管与储液桶体连接处,宏观断口呈锯齿状,有许多闪亮小断面。对原材料进行成分分析,符合材料技术要求;在电镜下观察断裂件,断口呈沿晶断裂,二次裂纹较多,对故障件进行金相检查发现,晶粒较大且不均匀;对原材料进行金相检验发现,晶粒大小不均匀,铜管两侧晶粒细小、中间较大。

由于原材料组织的不均匀性,在焊接过程中晶粒异常长大,杂质向晶界聚集,造成晶界弱化、材料变脆,导致工作中发生断裂。加热时间过长也是晶粒长大的原因之一。

笔者所在公司的一个分供方曾经提供过一批上外罩组件,在检验时发现:有些上外罩铜管轻轻一碰即发生断裂,对于经手扳未断的该批组件在试验机上进行振动试验,结果发现:该批组件数分钟内即发生断裂。对断裂件进行扫描电镜分析及金相显微分析发现:断裂件起裂源位于铜管外边缘,呈沿晶断裂特征,断裂源区晶粒粗大,断口无韧性变形特征。

对生产过程进行调查,据工人反映,该批产品焊接过程中难以焊接,需长时间加热。

经对钎料进行成分分析发现:钎料杂质Al与Pb,Bi和Fe含量较高。

当钎料中Al含量较高时,熔融的Al由于比重较轻浮在钎料表面,降低了钎料的润湿性,改变了钎料的流动、延长了焊接时间,造成晶粒粗大,引起铜管脆化。

为了避免焊接过程中晶粒长大,必须控制加热时间,同时应保证燃气成分的稳定,调节火焰性质、长短,严格按照工艺确定的压力、流量、焊嘴型号执行。

用于加热工件的应该是火焰的外焰,而不是焰心锥体,加热时应控制焰心至钎缝位置间的距离,在保证钎料流动、浸润前提下,尽量降低铜管的过热温度并缩短加热时间,减小火焰的作用范围。

在生产检验过程中,严格控制铜管的晶粒度,笔者的经验是原材料晶粒度控制在0.015~0.020mm,焊接后晶粒度控制在0.1mm以下。

铜管氧含量高:氧是铜管氢脆的祸源,含氧的铜管在还原性气氛下进行焊接时,氢或其他还原性气体与氧化亚铜发生反应,生成的水蒸气或CO2使铜管脆化。

铜管中的氧来自2个方面:其一,原材料本身;其二,焊接过程中造成的氧化。

比如,在火焰钎焊预热过程中对工件进行工位转换时与空气接触铜管造成氧化,或表面清洗不彻底、钎剂质量不好等。因此,必须控制好原材料质量和钎焊工艺。

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