浅析影响铜管火焰钎焊质量的因素及稳定铜管钎焊质量的措施

　　1、引　言 　　 　　钎焊是利用钎料在低于母材固相线但高于钎料液相线的温度下熔化,液态钎料在毛细作用下,在钎缝间隙中的母材表面润湿、铺展、流动和填充,并与母材相互溶解或扩散,钎料凝固后使母材实现连接的方法。 　　根据加热方法的不同主要分为如下几种钎焊方法:火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、电阻钎焊、浸渍钎焊和红外钎焊。 　　目前,火焰钎焊工艺和高频感应钎焊由于具有如下优点而在空调行业中铜管路件的钎焊中被最广泛应用:1)加热快;2)局部加热,对母材性能的影响小;3)生产效率高;4)生产成本低。 　　但不管何种钎焊方法,对可能影响钎焊质量的因素进行深入分析,找出生产中可能存在的问题,并提出解决措施,对稳定和提高钎焊接头质量具有重要作用。 　　 　　2、影响铜管路件钎焊质量的主要因素 　　 　　2.1　焊接用气体是否满足焊接要求 　　管路件钎焊时所用气体有:氧气、氮气、液化气、氧一乙炔或天然气等。铜管路件火焰钎焊时对所用焊接气体应满足如下要求: 　　1)主气体的纯度应满足钎焊要求, 　　2)所用气体应干燥,即气体中的水分含量应符合规定要求; 　　3)不能与母材和钎料发生化学反应, 　　4)气体使用时应安全可靠; 　　目前铜管手工火焰钎焊使用的主要焊接气体、技术指标和性能见表1、表2和表3。 　　生产中,应对钎焊用的各种气体进行严格控制,以使其满足钎焊对其要求,否则可能会因气体质量不符合要求而使产生气孔、氧化和燃烧不稳等问题。 　　2.2　助焊剂选择的合适性 　　助焊剂的主要作用为去除待焊接表面氧化物和杂物,为熔化钎料的流动和填充创造有利条件。管路件火焰钎焊用助焊剂应满足如下要求: 　　1)助焊剂的液相线温度应至少低于钎料固相线温度40―60℃,以使助焊剂在钎料熔化前能完全熔化,与母材能充分反应,达到去除母材表面氧化膜和油污的作用, 　　2)助焊剂能与铜表面氧化膜发生快速反应,其反应产物不溶于焊缝中,并能快速浮到钎焊表面。从而清除待焊接表面的氧化物。为钎料的润湿、流动和填充创造良好条件。 　　3)助焊剂不能与母材和钎料发生反应; 　　4)对钎料和母材无强的腐蚀作用, 　　5)无毒无味,不危及操作人员的身体健康; 　　6)具有热稳定性,即其成分和性能不随着加热而变化; 　　目前铜管手工火焰钎焊用气体助焊剂主要成分为硼酸三甲,硼含量:6.5-7.2%。而钢与铜管件以及紫铜与黄铜的钎焊用钎剂为QJ102,其成分见表4。 　　生产中,当助焊剂的使用量合适时,焊后钎缝表面应光亮清洁,无焊渣及氧化物。焊接区的母材保持母材本色或桔红色。若焊后母材焊接区表面有白色残留物,说明助焊剂量过多,应适当减少助焊剂的用量,若焊后母材焊接区表面有氧化色,说明助焊剂量过少,应适当增加助焊剂的用量。 　　2.3　钎料选择是否合适 　　铜管钎焊用焊料应满足如下要求: 　　1)钎料要有合适的熔点和流点; 　　2)尽量选择与母材成分相同的钎料; 　　3)液态钎料对被焊金属应具有良好的润湿性能和流动性能; 　　4)钎料中的某一重要组元应能与母材产生液态互溶,固溶或固液异分化合物的相互作用,5)钎料的主要组分与母材的主成分在元素周期表中的位置应尽量靠近; 　　6)在钎焊温度下,钎料组分不含易挥发性元素。 　　目前铜管手工火焰钎焊所用的焊料主要有BCu93P、BCu91PAg和BCu91PAg 3种钎料,而铜管钎焊时也可选用表5所示的钎料。 　　2.4　零件表面状态是否利于钎料流动和填充 　　待焊表面状态直接决定熔化钎料的润湿、流动和填充质量.进而影响钎焊质量。钎焊前应对零件表面进行仔细检查,对出现如下情况零件,应进行适当处理后方能进行钎焊操作: 　　1)应清洁,无氧化皮、锈蚀、油污和其它影响钎料流动填充的杂质;2)表面存在水分;3)有毛刺;4)待焊表面过于光滑。 　　2.5　钎缝配合尺寸是否合理 　　钎缝配合尺寸主要包括钎缝间隙和搭接长度。两者直接影响钎缝接头的致密性和强度。 　　液态钎料是靠毛细作用力作用在钎缝间隙中完成流动和填,因此间隙大小影响钎缝的致密性和接头强度。间隙过大,钎料毛细作用降低.钎料无法填满间隙,间隙过小,会导致钎料在钎缝间隙中流动困难,易产生熔深不够。未焊透等缺陷,导致接头焊缝的致密性和强度不能满足要求。装配间隙大小由焊缝结构、钎焊材料和钎焊方法来决定,采用BCu93P钎焊铜管的套接接头时,推荐间隙为16以下铜管接头为0.05―0.10mm(单边);16以上管路件,间隙为≤O.15mm;对22以上管路件,间隙为≤0.20mm。 　　搭接长度一般取5的倍数,但不得大于15ram(长度过长,钎料无法填充整条焊缝,易产生未焊透等缺陷),即5、10和15mm。不同管径接头的装配间隙和搭接长度具有最佳范围值,并对装配间隙和搭接长度进行测量和控制。以使接头的致密性和强度达到最佳,此参数可通过工艺试验得出。 　　2.6　充氮方式是否正确 　　充氮目的有两方面:一为防止铜管内壁氧化,污染主机系统,危及主机系统的使用寿命。二为防止待焊表面氧化,阻碍液态钎料在接头间隙中的流动和填充,可能产生未焊透、焊缝夹渣和熔深不够等质量问题,影响接头致密性和强度。生产中对充方式有如下要求: 　　1)充氮的连接接头与管件的配合要紧密,防止因存在间隙而卷入空气产生氧化, 　　2)在管件出口感觉到稳定的氮气流动后方可进行焊接; 　　3)当管路件有多个进口时,应选择能避免卷入空气的进口充氮或将其余的进口用封帽堵住,以防空气卷入管件内部; 　　4)充氮压力要合适。氮气压力过大,会影响钎焊操作,影响熔深或产生气孔;氮气压力过小,起不到防氧化的效果。而不同管路件具有最佳氮气压力范围值,能使防氧化的效果达到最好,此参数可通过钎焊试验得出。 　　5)焊接完成后,应在接头适当冷却后(低于300℃)再停止通氮气; 　　6)对由于焊缝结构限制,不能进行连续充氮的焊缝(如空调用两器弯头自动火焰钎焊线的充氮),向管内充氨应确保氮气完全充满整个管件内部,且焊后应对每个回路通高压气体,吹去管件内部的氧化皮,消除质量隐患。 　　钎焊时应根据不同的零组件的不同,通过试验选用合理的充氮方式和最佳的充氮参数(氮气流量和压力,此范围值越窄越好),以使充氮既能保证充氮质量和效率,又能节约氮气。 　　2.7　钎焊参数和加热方式是否合理 　　当管路件钎焊用气体、钎料、助焊剂和母材配合尺寸等因素明确后,钎焊的加热方式和钎焊参数是否合理便成为影响管路件钎焊接头致密性和接头强度的最重要因素。钎焊加热的目的是使接头获得合适的钎焊温度、钎焊时间和均温性,使熔化的钎料在接头间隙内能均匀流动和填充,获得高质量钎焊接头。

　　钎焊参数和加热方式应能根据焊缝的不同而分别量化和规范化,对实际的钎焊生产有指导性,确保按此参数和加热,最大限度的降低人员操作不当而出现钎焊质量问题,能获得稳定性和一致性好的钎焊产品。钎焊生产时,合理的加热方式和钎焊参数应满足如下要求: 　　1)不同管路件所用的焊枪型号、规格和火口大小应明确; 　　2)不同管路件钎焊时选用的氧气、氨气和液化气的压力和流量应明确、量化和规范,以确保在同种管路件的加热时,热输入的稳定性,便于对焊接过程进行控制。而不同管径钎焊时,氧气、氮气和液化气的压力和流量均有最佳的范围值(此范围值越窄越好),以使火焰的加热效率和均温性能达到最好的效果,此范围值可通过工艺试验获得; 　　3)火焰各部分的温度是不同的,因此应明确采用火焰的哪部分对管路件进行加热,以在确保加热效率的同时能降低铜管母材过烧可能; 　　4)火焰在钎焊接头上的加热位置影响接头内部的温度分布,决定钎料在接头内部的流动和分布情况,因此应明确火焰在铜管表面的加热位置; 　　5)火焰的加热角度会影响接头在钎焊时的均温性,进而影响钎料的流动和填充。因此应明确火焰的加热角度; 　　6)火焰的加热顺序影响接头内部的温度分布,应对不同的管径焊缝采用不同的加热顺序。 　　2.8　焊后处理是否正确 　　完成钎焊操作后,应按如下要求对管路件进行操作和处理。以防止产生质量问题: 　　1)完成钎焊操作后,待钎料完全凝固后,方可震动或移动管路件,否则可能产生裂纹缺陷, 　　2)焊后应及时对接头进行退火处理,防止接头应内应力过大得不到释放而在焊缝内部形成裂纹。退火处理的方法为:用火焰的外焰对接头往返加热至200-300℃,每个接头在此温度下均匀加热至少3s; 　　3)在使用水对管路件进行冷却的场合,在焊前和焊后都应防止水分流入到管路件的内部,特别是接头部分的内部; 　　4)当钎缝冷却至300℃以下时,方能用水冷却焊缝。 　　 　　3、铜管火焰钎焊工艺待改善工作 　　 　　欲稳定和提高管路件的钎焊质量,需要对影响钎焊质量的因素进行全面的控制。但目前,铜管路件在实际钎焊生产中会出现裂纹、过烧,未焊透、气孔、焊堵和熔深不够等质量问题,产生上述质量问题的原因众多,如产生母材过烧的可能原因有:加热时间过长、用焰心加热、母材本身成分偏析等,但本人认为产生这些质量问题的深层原因为: 　　3.1　缺乏对钎焊工艺过程进行检测和控制的手段 　　无定量的钎焊检测手段,无法对钎焊过程进行定量研究、分析和控制。在进行钎焊工艺试验或出现质量问题时,工艺技术人员无法进行定量评估,只能靠经验加以判断,可能会产生误判。这些检测和控制内容包括: 　　1)钎焊用气体纯度和干燥度(露点)的测量和控制; 　　2)装配间隙尺寸的测量和控制。 　　3)钎焊用气体流量、压力的测量和控制; 　　4)钎焊加热时接头的温度分布测量和控制等。 　　3.2　铜管路件的基础钎焊工艺技术需深入研究 　　这些基础研究项目如: 　　　1)钎焊用氧气、氮气和液化气的具体成分要求; 　　2)熔点更低的钎料应用研究, 　　3)火焰钎焊温度参数的研究, 　　4)不同管件钎焊加热时更加细化、量化和规范化的钎焊参数和加热方式等。 　　3.3　钎焊工艺过程需得到更为有效的控制 　　对钎焊过程的控制主要包括如下三方面: 　　1)钎焊用器材(包括:钎焊用气体,钎料、钎剂、焊枪和压力表等)质量的控制。 　　2)钎焊工艺技术的控制(如不同管径合理的氮气流量、钎焊加热时间.氧气和液化气流量、装配间隙、钎焊加热顺序等技术的控制)。 　　3)钎焊工艺执行情况的控制(工艺规程和工艺纪律的执行)。 　　 　　4、稳定和提高铜管火焰钎焊质量的措施 　　 　　欲稳定和提高铜管路件钎焊质量,需对钎焊用器材.钎焊工艺技术和钎焊工艺的执行三个方面进行有效地控制。结合铜管手工火焰钎焊工艺现状,采用如下措施解决前述问题: 　　1)购入钎焊工艺过程检测器材,对钎焊过程进行定量分析和研究,便于对钎焊工艺进行有效控制。这些器材包括:接头火焰钎焊测温仪、气体流量计和钎焊用气体纯度和露点检测仪。 　　2)对影响铜管路件钎焊质量的各因素进行深入研究。目前钎焊过程靠经验来衡量钎焊过程是否合理,无可参照的钎焊工艺标准对钎焊过程进行监控。对影响钎焊质量的指标和钎焊参数进行量化和细化研究,使钎焊过程中的参数具有可操作性和指导性,实现对钎焊过程进行定量的控制,可确保管路件钎焊质量的稳定性和一致性。 　　3)设计专用工装或系统,以方便操作人员执行制定好的加热方式和钎焊参数,并能对手工或自动钎焊操作进行量化和监控。 　　4)采用新工艺和新方法钎焊铜管路组件,以降低因人为操作不当对钎焊质量的影响,如:接头的高频钎焊工艺和分液头组件的高频钎焊等。 　　5)加强钎焊工艺培训、工艺管理和工艺监督,其目的为将基础钎焊工艺研究结果和新工艺实施到生产现场中,并对钎焊过程进行有效控制,最终稳定和提高铜管路件钎焊质量。 　　 　　　5、结　语 　　 　　钎焊工艺不是一门手艺,而是一门科学,可对其进行监测和控制。钎焊工艺管理的最终目标为:像麦当劳标准化管理一样,建立一套严格、规范和量化的钎焊工艺操作、管理和监控标准,对影响铜管路件钎焊质量的每个工序进行量化和控制,从而稳定钎焊质量。