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冰箱管路炭阻釬焊工藝的研究

2022-05-23 14:31 鄭州市豪諾焊接材料有限公司王海彬

冰箱管路炭阻釬焊工藝的研究

鄭州市豪諾焊接材料有限公司王海彬

摘要提出了注重環(huán)保的冰箱管路釬焊工藝—炭阻焊綠色釬焊工藝。討論了炭阻焊釬焊工藝的先進性與環(huán)保性，試驗研究了炭阻焊的工藝參數(shù)、設(shè)備和夾具設(shè)計。論述了電冰箱管路系統(tǒng)的炭阻焊釬焊工藝、材料對釬焊接頭質(zhì)量的影響。

關(guān)鍵詞 炭阻焊電冰箱管路釬焊銀焊條銀焊絲銀焊片

0 前言

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對冰箱、冷柜及其他民用制冷產(chǎn)品需求量越來越大，銷售地域越來越廣。所以制冷廠家對管路系統(tǒng)的致密性提出了極高的要求。由于冰箱管路設(shè)計的原因，許多焊點用氧—乙炔火焰加熱時很不方便，嚴重影響工作效率和焊接質(zhì)量，造成冰箱泄漏率居高不下，使產(chǎn)品成本增加，降低了生產(chǎn)廠家的市場競爭力。另外，1993年我國國家環(huán)保總局開始實施世界銀行技術(shù)援助項目“推進中國清潔生產(chǎn)”。2001年《中和人民共和國清潔生產(chǎn)法》草案已上報全國人大，所以，實施綠色釬焊在冰箱焊接中勢在必行。目前，冰箱管路的焊接大多采用的是氧—乙炔火焰加熱，焊接時，產(chǎn)生大量的濃煙，焊接火焰如果調(diào)整成氧化焰，會把釬料中的低熔點金屬氧化揮發(fā)，造成對環(huán)境的污染。生產(chǎn)廠家采用的釬料大多含有金屬鎘，焊接時若加熱不當(dāng)會造成金屬鎘的揮發(fā)，鎘蒸汽對人體有害。而常規(guī)的電阻、感應(yīng)加熱因銅合金的導(dǎo)電導(dǎo)熱率相差較大而影響焊接質(zhì)量和效率。所以，本文采用碳阻釬焊工藝作為加熱方法，即利用通電使石墨發(fā)熱，對釬焊接頭進行加熱釬焊，針對上述兩點開展了一些研究工作。

1 試驗材料與設(shè)備

1.1 冰箱管路系統(tǒng)用料分析

(1) 壓縮機管口：磷脫氧TP1銅管，TP2銅管，邦迪管（BANDY 鍍銅鋼管）。

(2) 冷凝器：TP1銅管，TP2銅管，邦迪管，精密鋼管。

(3) 除漏管：TP1銅管，TP2銅管，精密鋼管。

(4) 其他部件：TP1銅管，TP2銅管。

1.2 材料控制

(1）銅管除了選擇TP1，TP2磷脫氧銅材外，還可以選擇TU1，TU2無氧銅管，但不允許使用普通純銅。這是因為純銅含氧量高，在火焰釬焊的過程中，火焰中的氫氣滲入炙熱的銅材中，促使材料變脆，甚至管路斷裂。

(2）冰箱所用的鋼管均為鍍有保護層的低碳鋼管。精密鋼管的鍍鋅層對釬焊接頭的致密性是有影響的，在裝配之前應(yīng)予以清除。

1.3 試驗設(shè)備

由于冰箱管路中大多為銅管和鋼管接頭，所以本試驗采用兩種加熱電源：DW-2型多功能電阻焊機、GP-15高頻感應(yīng)加熱電源。

2 試驗方法

試驗分別研究在相同條件下，銅—銅釬焊接頭（A類試樣）、邦迪管—邦迪管釬焊接頭（B類試樣）、邦迪管—銅釬焊接頭（C類試樣）在兩種加熱方式下的釬焊性能。并研究在相同條件下，三類釬焊接頭用兩種不同釬料釬焊的接頭性能。A、B、C三類釬焊接頭試樣分別由直徑8mm的管子經(jīng)縮徑插接而成，插接尺寸為10~15mm。試樣的釬焊處表面用砂紙打磨去銹，用丙酮或酒精清洗。比較在相同的釬料、釬焊溫度和保溫時間下，不同加熱方式對接頭性能的影響；以及在相同條件下不同釬料對釬焊接頭的影響。將焊料環(huán)套在釬焊處，用刷子加入適量釬劑，在各自的釬焊規(guī)范下獲得釬焊接頭，觀察比較釬焊接頭的致密性和外觀，分析釬焊質(zhì)量。

3 釬焊工藝

3.1釬焊接頭夾具的設(shè)計

銀焊條,DW-2碳阻釬焊夾頭銀焊線,GP-15高頻感應(yīng)圈

圖1 DW-2碳阻釬焊夾頭圖2 GP-15高頻感應(yīng)圈

利用DW-2多功能電阻釬焊機加熱時，需要設(shè)計夾具，經(jīng)試驗設(shè)計如圖1所示夾具。圖1夾具中的釬焊夾頭是用高純耐磨石墨所制，釬焊時用釬焊夾頭夾住管路待焊處。圖2中的高頻感應(yīng)圈引線要盡可能的短，以免高頻感應(yīng)電源功率衰減，影響加熱速度。

3.2釬焊材料的選擇

目前大部分冰箱廠使用的是含鎘釬料，綠色釬焊要求使用無毒釬料，這就要求冰箱廠使用無鎘釬料。本試驗選擇兩種釬料：BAg30CuZnSn、BAg30CuZnCd，其成分如表1所示。

表1 釬料的化學(xué)成分

釬料牌號	Ag(wt%)	Cu(wt%)	Zn(wt%)	Cd(wt%)	Sn(wt%)	釬焊溫度（℃）
BAg30CuZnCd	30	33	16	21		605~720
BAg30CuZnSn	30	余量	31.3		2.7	630~730

表2 釬料的釬焊結(jié)果

釬料牌號	接頭外觀	縱斷面分析	抗拉強度（MPa）	連續(xù)環(huán)(mm)
BAg30CuZnCd	釬縫發(fā)紅、R角圓滑	滲入10mm	斷于母材	形成5mm環(huán)
BAg30CuZnSn	釬縫發(fā)白、R角圓滑	滲入13mm	斷于母材	形成4.4mm環(huán)

用兩種釬料在火焰加熱的條件下獲得釬焊接頭，并檢測接頭性能，所獲結(jié)果如表2所示。由表2可看出釬料BAg30CuZnSn的流動性和填縫性優(yōu)于釬料BAg30CuZnCd，其熔點與釬焊強度接近。釬料BAg30CuZnSn完全可以替代釬料BAg30CuZnCd，滿足冰箱廠焊接需要。

3.3 碳阻釬焊工藝參數(shù)的確定

3.3.1 釬料的用量及用法

對于Ф8mm的管接頭，利用DW-2釬焊時，需要將釬料制成環(huán)狀如圖3所示，需要用Ф1mm的焊絲制成焊環(huán)，每個冰箱焊點需要0.5g，所以焊絲需制成Ф8.2mm的3圈焊環(huán)，如圖3所示。

銀焊片,焊料環(huán)

圖3 焊料環(huán)

3.3.2 釬焊電壓與釬焊時間的確定

對于冰箱生產(chǎn)線，一般每個焊點允許*快焊接時間為10秒，所以確定釬焊時間時，以不超過10秒為宜。本文針對Ф8mm的管接頭，分別采用50V、100V、150V、180V釬焊電壓和5秒、10秒的釬焊時間進行釬焊，所用釬料為BAg30CuZNSn。測試釬焊接頭的性能，所得結(jié)果列于表3、表4中。

表3 釬焊時間為5秒的釬焊接頭性能

釬焊電壓（V）	接頭外觀	縱斷面分析	抗拉強度（MPa）	連續(xù)環(huán)(mm)
50	焊料有殘余	有微量進入	0	0
100	R角不圓滑	8mm	150	形成1mm環(huán)
150	R角較圓滑	10mm	斷于母材	形成4mm環(huán)
180	R角較圓滑	12mm	斷于母材	形成4mm環(huán)

表4 釬焊時間為10秒的釬焊接頭性能

釬焊電壓（V）	接頭外觀	縱斷面分析	抗拉強度（MPa）	連續(xù)環(huán)
50	焊料有殘余	有少量進入	0	0
100	R角不圓滑	10mm	斷于母材	形成2mm環(huán)
150	R角圓滑、外觀光滑	12mm	斷于母材	形成8mm環(huán)
180	釬縫處有較多的凹坑	12mm	180	0

由表中結(jié)果可知，碳阻釬焊對于冰箱管接頭的**釬焊工藝為釬焊電壓150~180V，釬焊時間為5~10秒，具體參數(shù)視管接頭的尺寸與質(zhì)量調(diào)整。

3.4 碳阻釬焊與其他釬焊的比較

表5 三中釬焊接頭的測試結(jié)果

釬焊方式	接頭外觀	縱斷面分析	抗拉強度（MPa）	連續(xù)環(huán)
炭阻釬焊	R角圓滑、外觀光滑	12mm	斷于母材	形成8mm環(huán)
火焰釬焊	釬縫R角分布不均勻	12mm	斷于母材	形成5mm環(huán)
高頻感應(yīng)釬焊	R角圓滑、外觀不光滑	10mm	斷于母材	形成3mm環(huán)

將碳阻加熱釬焊與火焰釬焊、高頻感應(yīng)釬焊在各自釬焊規(guī)范下的釬焊接頭進行測試比較，所得結(jié)果列于表5中。

由表5可知，利用炭阻釬焊時，由于管路接頭加熱均勻，其接頭外觀光滑、R角圓滑、飽滿，接頭處氧化變色小，焊劑流布規(guī)則，便于清洗，釬料填縫均勻，可以形成較大的連續(xù)密閉釬焊環(huán)，氣密性較好。火焰釬焊接頭外觀較光滑，由于加熱不均勻，釬縫處焊料流布不均勻，形成的R角分布也不均勻，不飽滿，釬料填縫不均勻，所以形成的連續(xù)密閉釬焊環(huán)較小，氣密性較炭阻釬焊差，接頭處氧化變色嚴重，釬劑流布區(qū)域大，清洗困難，釬料用量不易控制。高頻感應(yīng)釬焊接頭外觀不光滑，但R角圓滑，由于熱效率低，加熱速度低，接頭處氧化嚴重，釬料填縫困難，形成的連續(xù)密閉釬焊環(huán)較小。比較三種釬焊方式不難發(fā)現(xiàn)，炭阻釬焊對于冰箱焊接更適用，更方便。不但可以提高效率，而且可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3.5 炭阻釬焊接頭金相顯微分析

取邦迪管釬焊接頭，制作金相試樣，用2%FeCl₃水溶液侵蝕，所得金相照片如圖3所示。

銀焊絲,炭阻釬焊接頭顯微照片 500×