制冷設(shè)備管道的焊接研究

摘 要：在制冷設(shè)備當(dāng)中所有零件之間普遍采用銅質(zhì)管道來(lái)連接，而這些銅質(zhì)管道與系統(tǒng)中的其他管道和零件之間的銜接部位，是依靠焊接來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以，焊接技術(shù)的高低直接影響著設(shè)備中接頭的優(yōu)劣以及流動(dòng)的暢通性。經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，在制冷系統(tǒng)中普遍產(chǎn)生的故障大多是系統(tǒng)內(nèi)部有雜物、堵塞以及制冷劑泄漏等問(wèn)題，而這些引發(fā)這些問(wèn)題的根源通常都是因?yàn)楹附拥募夹g(shù)過(guò)低，質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，所以，先進(jìn)、高超的焊接技術(shù)是生產(chǎn)制冷設(shè)備中至關(guān)重要的一部分。

關(guān)鍵詞：制冷設(shè)備 焊接 銅質(zhì)管道

中圖分類號(hào)：TU83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（b）-0071-02

某一系列制冷設(shè)備在生產(chǎn)和輸送期間，其中有一些設(shè)備的接頭以及距接頭3 mm范圍內(nèi)的銅管有斷裂的情況產(chǎn)生，導(dǎo)致開(kāi)箱的故障率增高。經(jīng)過(guò)排除法分析研究發(fā)現(xiàn)，是由于接頭的質(zhì)量不過(guò)關(guān)，追究其根源是由于釬料的選擇不得當(dāng)。為了處理這個(gè)難題，筆者在本文中就釬料的選擇以及接頭的連接形式等問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究和分析。

1 接頭的特點(diǎn)與要求

如果要把制冷設(shè)備里的所有接頭部位，根據(jù)接頭的形式以及振動(dòng)載荷的受力等方面做分類處理的話，能夠把這些接頭分為A、B、C、D四類接頭。

1.1 A類接頭

所謂A類接頭就是在制冷系統(tǒng)當(dāng)中沒(méi)有振動(dòng)載荷的脹管插進(jìn)去的接頭，比如說(shuō)翅片式換熱器里面的U形管道和彎頭之間的接頭等，就是屬于A類接頭。因?yàn)锳類接頭的焊接部位不用經(jīng)受振動(dòng)沖擊的載荷，所以對(duì)焊接的韌性方面沒(méi)有過(guò)高的專門要求[1]。這種接頭全都是等直徑的管道，先利用脹管的辦法將一根管道擴(kuò)張頂端部位的直徑，然后在將另一根管道插進(jìn)脹管的部位。

1.2 B類接頭

這種接頭則是那些需要經(jīng)受非常小的一部分振動(dòng)載荷的脹管插入式的接頭，比如膨脹閥、視液鏡、蒸發(fā)器和電磁閥等零件與零件之間的接頭等。B類接頭只需要經(jīng)受很少一部分的振動(dòng)載荷，因此對(duì)焊接的韌性方面也沒(méi)有很高的要求。

1.3 C類接頭

這種接頭就是指那些需要經(jīng)受比較大的振動(dòng)載荷的脹管插入式的接頭，例如排氣管和壓縮機(jī)的接頭等。C類接頭和上述A類型的接頭是一樣的接頭形式，不同的是壓縮機(jī)的接口管道普遍是鋼質(zhì)的管道，只是在外表鍍了一層銅而已。壓縮機(jī)和這種接頭的振動(dòng)周期擁有一樣的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，但是因?yàn)樗B接部分的直徑相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大，因此焊接部位能夠經(jīng)受得住較強(qiáng)的沖擊。

1.4 D類接頭

這種接頭則是指需要經(jīng)受一定程度的振動(dòng)載荷的不等直徑管道連接直接插入的接頭，比如蒸發(fā)器和毛細(xì)管之間、毛細(xì)管和干燥過(guò)濾器之間的接頭。其振動(dòng)的原因主要是由于壓縮機(jī)振動(dòng)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生了影響，從而導(dǎo)致整體發(fā)生振動(dòng)，以至于帶動(dòng)小直徑管的自身振動(dòng)[2]。除此之外，在制冷設(shè)備的運(yùn)輸過(guò)程中，由于受到外力的沖擊，同樣會(huì)導(dǎo)致小直徑的接管出現(xiàn)比較大幅度的位移，并且在接口部位形成比較強(qiáng)的剪切力。D類接頭的接頭形式是將小直徑的管道直接插進(jìn)大直徑的管道，但是因?yàn)榻宇^左右兩端的管道直徑有比較大的差異存在，因此小直徑的管道振動(dòng)劇烈，非常容易在接口出發(fā)生斷裂。這種接頭需要經(jīng)受的振動(dòng)載荷一般情況下都來(lái)源于管路自身的振動(dòng)。盡管振動(dòng)載荷不是很大，可是因?yàn)榻庸艿闹睆教?，焊接的部位不能夠?jīng)受比較大的沖擊，因此對(duì)韌性方面有著最高標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2 釬料與釬劑的選擇

釬料的優(yōu)劣與否對(duì)焊接接頭的性能有著決定性的影響，應(yīng)該從多方面入手進(jìn)行綜合全面的考慮。通常情況下，所選釬料的主要成分應(yīng)該和母材的成分一樣或者相近，并且對(duì)母材應(yīng)該具備非常好的填充與浸潤(rùn)性能，釬料的熔點(diǎn)相對(duì)于銅的熔點(diǎn)來(lái)說(shuō)應(yīng)該比其低40℃～50℃，并且熔化區(qū)間越小越好，應(yīng)該具備非常好的塑性、強(qiáng)度與抗腐蝕性。在制冷系統(tǒng)當(dāng)中所選用的釬料的主要成分應(yīng)該是銅（不包括氨系統(tǒng)）。在對(duì)低碳鋼、黃銅和黃銅之間進(jìn)行焊接時(shí)，可以采用銅磷銀釬料、銀銅鋅釬料和銅磷釬料等等[3]。銅磷銀釬料具備良好的填充性能和潤(rùn)濕性能，同時(shí)價(jià)格低廉，并且在焊接時(shí)不需要使用釬劑。而銀銅鋅釬料在同樣具備良好的填充性能和潤(rùn)濕性能的同時(shí)，還具備較強(qiáng)的抗沖擊載荷能力和良好的綜合性能，但是價(jià)格相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高，在焊接時(shí)還需要使用釬劑。

由于A類接頭因?yàn)楹附硬课徊挥贸惺苷駝?dòng)沖擊載荷、對(duì)韌性沒(méi)有要求，所以，采用BCU89PAg這類釬料。它的抗拉強(qiáng)度為519 MPa，用于釬接銅時(shí)的接頭抗拉強(qiáng)度為180 MPa，抗剪強(qiáng)度為169 MPa[4]。由于B類接頭所經(jīng)受的振動(dòng)載荷比較小、接管直徑比較大并且對(duì)焊接的韌性要求較低，因此，采用BCu89PAg類型的銅磷銀釬料仍然能夠滿足焊接的要求。因?yàn)镃類接頭所需要經(jīng)受的振動(dòng)載荷比較大，并且由于銅鍍層比較薄，所要求的焊接溫度比較低、時(shí)間較短，所以采用Bag25CuZn類型的釬料，釬料的抗拉強(qiáng)度為353 MPa，用于釬接銅時(shí)的接頭抗拉強(qiáng)度為170 MPa、抗剪強(qiáng)度為165 MPa。由于D類接頭的韌性要求很高，所以選擇采用Safety-silv45T或者Bag45CuZn釬料，后者的抗拉強(qiáng)度為386 MPa，用于釬接銅時(shí)的接頭抗拉強(qiáng)度為180 MPa、抗剪強(qiáng)度為177 MPa。釬劑的主要用途是對(duì)釬料表面和焊件產(chǎn)生的氧化物進(jìn)行清理的，進(jìn)而預(yù)防焊件在溫度高的情況下持續(xù)發(fā)生氧化，使釬焊金屬表面的濕潤(rùn)性和釬料的流動(dòng)性得到改善。和銀銅鋅釬料一起組合使用的釬劑的主要成分普遍是氟化物與硼砂，例如QJ101和QJ102等等。在做選擇的時(shí)候，通過(guò)質(zhì)檢、工藝等部門三人對(duì)吸濕性、濕潤(rùn)性和流動(dòng)性以及焊接后的清潔難度3個(gè)方面進(jìn)行分析和研究，最終決定選擇采用STAY-SILV的白色焊膏。

3 釬焊過(guò)程控制

首先，安裝前要對(duì)管道進(jìn)行清洗。（1）制冷管道在安裝前必須進(jìn)行除銹、清洗和干燥，管內(nèi)要清潔且不能有水分。（2）可用人工或機(jī)械方法清除管內(nèi)污物及鐵銹，再用棉紗、破布浸煤油反復(fù)拉洗干凈。（3）對(duì)于彎管，應(yīng)用吹洗的方法將管腔清洗干凈。

在工藝中，依據(jù)釬料性質(zhì)，規(guī)定釬焊搭接長(zhǎng)度Lwl等于0.65D2（D2是搭接時(shí)候相對(duì)較小的管徑），但是，3 mm小于等于Lwl小于等于9 mm[5]。需要在焊接之前提前通0.03 MPa的N2，等到焊口冷卻到兩百攝氏度左右時(shí)停止通氣，目的是為了使銅質(zhì)管道內(nèi)的表面在高溫度情況下發(fā)生的氧化得以減少，可以為系統(tǒng)內(nèi)部的干凈程度提供保障。黃銅和純銅、純銅和純銅在焊接時(shí)選擇使用中性焰，而碳鋼和純銅在焊接的時(shí)候則選擇使用碳化焰。焊接結(jié)束后大約等待一分鐘，然后利用浸過(guò)水的濕布?jí)K進(jìn)行冷卻處理，根據(jù)釬劑和金屬的熱膨脹系數(shù)的差異，從而導(dǎo)致釬劑在銅質(zhì)管道的表面脫落，以此來(lái)避免釬劑會(huì)對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕作用[6]。

4 結(jié)論

研究制冷設(shè)備的銅質(zhì)管路的焊接工藝的同時(shí)，應(yīng)該根據(jù)接頭的形式與受振動(dòng)載荷兩個(gè)方面，對(duì)接頭部位進(jìn)行歸納分類。接頭的類型不同，所需要的釬料和釬劑也不同，這主要取決于振動(dòng)載荷和管徑的大小。

參考文獻(xiàn)

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