空調(diào)制冷銅管搭接釬焊工藝

徐慶海 （嘉科建筑工程設(shè)計(jì)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(chǎn)生材料聚合的焊接方法。填充金屬通過毛細(xì)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(diào)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(gè)特殊的系統(tǒng)，對(duì)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(nèi)不會(huì)產(chǎn)生臟堵現(xiàn)象，才能保證設(shè)備正常運(yùn)行。

某化工廠中央控制室制冷空調(diào)系統(tǒng)，室內(nèi)壓縮機(jī)組和室外冷凝器之間用 φ 54×2mm的紫銅管 [牌號(hào)：TP2，標(biāo)準(zhǔn) GB/T 17791-2007]連接，共有88個(gè)焊口，施工單位在沒有銅管焊接工藝評(píng)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(zhì)量缺陷。通過對(duì)紫銅焊接特點(diǎn)分析，按照NB/T 47014-2011的要求進(jìn)行焊接工藝評(píng)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(diào)制冷系統(tǒng)氣壓試驗(yàn)一次成功。

二、紫銅的焊接特點(diǎn)分析

紫銅的焊接，因?yàn)槠湮锢?、化學(xué)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(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1、高導(dǎo)熱率的影響⑵

盡管銅的熔點(diǎn)（紫銅1080℃）比鋼低，但銅的導(dǎo)熱率比碳鋼大7～11倍，當(dāng)采用的焊接工藝與焊接同厚度的碳鋼差不多時(shí)，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(shí)，應(yīng)采用熱量集中的焊接方法，同時(shí)焊接前也應(yīng)選擇合適的預(yù)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(shí)，一般都需要較高的預(yù)熱溫度和采用較大的線能量，不僅使焊接應(yīng)力增大，還容易使接頭生成較大的柱狀晶；焊接時(shí)，熔池內(nèi)的銅與其中的雜質(zhì)鉛、鉍等形成低熔點(diǎn)共晶物，使銅及銅合金具有明顯的熱脆性，產(chǎn)生熱裂紋。為了防止熱裂紋的產(chǎn)生，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：A）嚴(yán)格控制母材與焊材中的氧、鉛、鉍、硫等雜質(zhì)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(chǎn)生氣孔的缺陷比碳鋼嚴(yán)重得多，主要是氫氣孔。其產(chǎn)生原因主要與氫的溶解度下降及氫與氧的反應(yīng)有關(guān)。為了防止氣孔產(chǎn)生可采取以下措施：A）嚴(yán)格控制氫、氧來源，在焊接前仔細(xì)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(qiáng)熔池的脫氧過程；C）采用預(yù)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(xué)性能的措施有：A）加強(qiáng)焊前清理和熔池保護(hù)，以控制和減少氧的來源；B）加入適當(dāng)?shù)暮辖鹪?，?duì)焊縫進(jìn)行合金化合變質(zhì)處理，以細(xì)化晶粒和保證接頭的力學(xué)性能；C）在制定焊接工藝時(shí)合理選擇焊接方法和工藝參數(shù)，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(shí)內(nèi)部必須充氮保護(hù)。

通過以上分析，結(jié)合工程實(shí)際，決定采用氧-乙炔中性焰氣焊工藝來焊接空調(diào)制冷劑搭接銅管，采取焊前預(yù)熱措施，焊接時(shí)銅管內(nèi)部充氮保護(hù)，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(shù)，持有焊工證。

2）必須經(jīng)過專門的學(xué)習(xí)培訓(xùn)，并取得有關(guān)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(zhì)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(shí)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?dú)猓∟2）：為防止銅管內(nèi)部氧化，對(duì)管內(nèi)充入氮?dú)狻?/p>

3.4、焊接前準(zhǔn)備

檢查焊炬的連接處和各氣閥的嚴(yán)密性，漏氣的必須進(jìn)行修理，并檢查焊嘴有無堵塞現(xiàn)象。 操作者準(zhǔn)備所需的工夾具、釬料、釬劑等。銅管的焊接部位應(yīng)無毛刺、無明顯變形、內(nèi)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(duì)銅管進(jìn)行吹掃，吹干凈銅屑。焊炬的選擇：H01-02。焊嘴的選擇：?jiǎn)慰鬃煨?號(hào)，梅花嘴型4號(hào)，使用通用焊炬進(jìn)行釬焊時(shí)，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(yīng)正直插入規(guī)定深度，兩裝配件的中心線重合，焊接時(shí)應(yīng)定位。為了保證裝配尺寸正確，不能用手定位，防止加熱時(shí)銅管移動(dòng)。釬焊接頭的安裝須保證合適均勻的釬縫間隙，針對(duì)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(zhǎng)度不應(yīng)小于10mm。接頭安裝完畢后，應(yīng)檢驗(yàn)釬焊接頭是否變形、破損及套接長(zhǎng)度是否合適，如圖所示不良接頭應(yīng)力求避免，若出現(xiàn)不良接頭應(yīng)拆除重新安裝后方可焊接。

3.5.2 充氮保護(hù)

充氮時(shí)快速接頭和充氣槍應(yīng)合上壓緊開關(guān)，使氮?dú)馊砍淙牍軆?nèi)。 充氮要保證氮?dú)膺_(dá)到各焊接接頭處，有效地排出空氣。連續(xù)充氮時(shí)一定要有出氣口，否則在焊接時(shí)氣體從接頭間隙處逸出，使焊接填料困難，并易產(chǎn)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(guān)安全操作規(guī)定。加熱前確認(rèn)銅管內(nèi)有氮?dú)饬鬟^。

釬焊紫銅時(shí)，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(yīng)均勻，并注意根據(jù)管的材料尺寸分配熱量。一般先預(yù)熱插入管，使管配合緊密，再沿接頭長(zhǎng)度方向來回?cái)[動(dòng)，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(shí)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(shù)

以前的國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，無論是GB 50236-1998《現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》，還是JB 4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》都未對(duì)銅管和釬焊的焊接工藝評(píng)定做出規(guī)定⑷。國(guó)家能源局于2012年7月1日發(fā)布的NB/T 47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》正好填補(bǔ)了這項(xiàng)空白，使得銅管及釬焊的焊接工藝評(píng)定有了依據(jù)。

3.5.5 焊后處理

焊后在管內(nèi)有氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下，可對(duì)接頭處再次加熱至銅管變色，約200-300℃，即進(jìn)行退火處理。目視檢查釬焊部位，不應(yīng)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(dòng)焊件或使其受到震動(dòng)。

3.5.6 焊后檢驗(yàn)

“我們的泡泡消失了，盡管我根本就沒見到泡泡的樣子?！睓C(jī)器人藍(lán)藍(lán)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。?。靥鞎?，我們是彼岸花嗎？花葉永不能相見？”

對(duì)釬焊的質(zhì)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(yán)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(xiàn)象。部件焊接成整機(jī)后，進(jìn)行氣密試驗(yàn)時(shí)，焊縫處不準(zhǔn)有泄漏。

3.5.7 補(bǔ)焊的技術(shù)要求

補(bǔ)焊是針對(duì)釬焊接頭有缺陷的現(xiàn)象進(jìn)行的一種補(bǔ)救措施，但不是所有有質(zhì)量缺陷的接頭都能采用此法。

不能采用補(bǔ)焊的幾種接頭：已經(jīng)過燒的接頭；接頭處的銅管已經(jīng)熔蝕；接頭處開裂現(xiàn)象嚴(yán)重（一般大于2mm）；已經(jīng)補(bǔ)焊過一次的接頭；接頭處的銅管已經(jīng)嚴(yán)重變??；

能采用補(bǔ)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(zhì)（清除釬縫后重焊）；有泄漏現(xiàn)象（未補(bǔ)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(jìn)行加熱而且方向要向焊口處撥動(dòng)。

注意的事項(xiàng)；確認(rèn)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(rèn)循環(huán)內(nèi)部沒有壓力；確認(rèn)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(jìn)行氮?dú)庵脫Q，釬焊時(shí)必須先將第一次釬焊的焊料加熱到可熔化的程度，再進(jìn)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(jié)論

按照NB/T 47014-2011的要求，采用搭接釬焊工藝焊接空調(diào)制冷劑紫銅管，解決了生產(chǎn)中的焊接問題。焊縫經(jīng)著色滲透檢測(cè)，符合Ⅰ級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，探傷一次合格率100%；按照?qǐng)D紙的技術(shù)要求，進(jìn)行2.2MPa充氮?dú)庠噳?8小時(shí)無壓降，氣壓試驗(yàn)一次合格。

[1]釬焊和釬接焊填充金屬標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)代焊接》 2010（3）

[3]承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定NB/T 47014-2011（代替JB4708-2000）國(guó)家能源局

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

[5]電焊工小手冊(cè) 徐素華主編 中國(guó)電力出版社