淺析影響銅管火焰釬焊質量的因素及穩定銅管釬焊質量的措施

1、引 言

釬焊是利用釬料在低于母材固相線但高于釬料液相線的溫度下熔化，液態釬料在毛細作用下，在釬縫間隙中的母材表面潤濕、鋪展、流動和填充，并與母材相互溶解或擴散，釬料凝固后使母材實現連接的方法。

根據加熱方法的不同主要分為如下幾種釬焊方法:火焰釬焊、感應釬焊、爐中釬焊、電阻釬焊、浸漬釬焊和紅外釬焊。

目前，火焰釬焊工藝和高頻感應釬焊由于具有如下優點而在空調行業中銅管路件的釬焊中被最廣泛應用:1)加熱快;2)局部加熱，對母材性能的影響小;3)生產效率高;4)生產成本低。

但不管何種釬焊方法，對可能影響釬焊質量的因素進行深入分析，找出生產中可能存在的問題，并提出解決措施，對穩定和提高釬焊接頭質量具有重要作用。

2、影響銅管路件釬焊質量的主要因素

2.1 焊接用氣體是否滿足焊接要求

管路件釬焊時所用氣體有:氧氣、氮氣、液化氣、氧一乙炔或天然氣等。銅管路件火焰釬焊時對所用焊接氣體應滿足如下要求:

1)主氣體的純度應滿足釬焊要求，

2)所用氣體應干燥，即氣體中的水分含量應符合規定要求;

3)不能與母材和釬料發生化學反應，

4)氣體使用時應安全可靠;

目前銅管手工火焰釬焊使用的主要焊接氣體、技術指標和性能見表1、表2和表3。

生產中，應對釬焊用的各種氣體進行嚴格控制，以使其滿足釬焊對其要求，否則可能會因氣體質量不符合要求而使產生氣孔、氧化和燃燒不穩等問題。

2.2 助焊劑選擇的合適性

助焊劑的主要作用為去除待焊接表面氧化物和雜物，為熔化釬料的流動和填充創造有利條件。管路件火焰釬焊用助焊劑應滿足如下要求:

1)助焊劑的液相線溫度應至少低于釬料固相線溫度40—60℃，以使助焊劑在釬料熔化前能完全熔化，與母材能充分反應，達到去除母材表面氧化膜和油污的作用，

2)助焊劑能與銅表面氧化膜發生快速反應，其反應產物不溶于焊縫中，并能快速浮到釬焊表面。從而清除待焊接表面的氧化物。為釬料的潤濕、流動和填充創造良好條件。

3)助焊劑不能與母材和釬料發生反應;

4)對釬料和母材無強的腐蝕作用，

5)無毒無味，不危及操作人員的身體健康;

6)具有熱穩定性，即其成分和性能不隨著加熱而變化;

目前銅管手工火焰釬焊用氣體助焊劑主要成分為硼酸三甲，硼含量:6.5-7.2%。而鋼與銅管件以及紫銅與黃銅的釬焊用釬劑為QJ102，其成分見表4。

生產中，當助焊劑的使用量合適時，焊后釬縫表面應光亮清潔，無焊渣及氧化物。焊接區的母材保持母材本色或桔紅色。若焊后母材焊接區表面有白色殘留物，說明助焊劑量過多，應適當減少助焊劑的用量，若焊后母材焊接區表面有氧化色，說明助焊劑量過少，應適當增加助焊劑的用量。

2.3 釬料選擇是否合適

銅管釬焊用焊料應滿足如下要求:

1)釬料要有合適的熔點和流點;

2)盡量選擇與母材成分相同的釬料;

3)液態釬料對被焊金屬應具有良好的潤濕性能和流動性能;

4)釬料中的某一重要組元應能與母材產生液態互溶，固溶或固液異分化合物的相互作用，5)釬料的主要組分與母材的主成分在元素周期表中的位置應盡量靠近;

6)在釬焊溫度下，釬料組分不含易揮發性元素。

目前銅管手工火焰釬焊所用的焊料主要有BCu93P、BCu91PAg和BCu91PAg 3種釬料，而銅管釬焊時也可選用表5所示的釬料。

2.4 零件表面狀態是否利于釬料流動和填充

待焊表面狀態直接決定熔化釬料的潤濕、流動和填充質量.進而影響釬焊質量。釬焊前應對零件表面進行仔細檢查，對出現如下情況零件，應進行適當處理后方能進行釬焊操作:

1)應清潔，無氧化皮、銹蝕、油污和其它影響釬料流動填充的雜質;2)表面存在水分;3)有毛刺;4)待焊表面過于光滑。

2.5 釬縫配合尺寸是否合理

釬縫配合尺寸主要包括釬縫間隙和搭接長度。兩者直接影響釬縫接頭的致密性和強度。

液態釬料是靠毛細作用力作用在釬縫間隙中完成流動和填，因此間隙大小影響釬縫的致密性和接頭強度。間隙過大，釬料毛細作用降低.釬料無法填滿間隙，間隙過小，會導致釬料在釬縫間隙中流動困難，易產生熔深不夠。未焊透等缺陷，導致接頭焊縫的致密性和強度不能滿足要求。裝配間隙大小由焊縫結構、釬焊材料和釬焊方法來決定，采用BCu93P釬焊銅管的套接接頭時，推薦間隙為16以下銅管接頭為0.05—0.10mm(單邊);16以上管路件，間隙為≤O.15mm;對22以上管路件，間隙為≤0.20mm。

搭接長度一般取5的倍數，但不得大于15ram(長度過長，釬料無法填充整條焊縫，易產生未焊透等缺陷)，即5、10和15mm。不同管徑接頭的裝配間隙和搭接長度具有最佳范圍值，并對裝配間隙和搭接長度進行測量和控制。以使接頭的致密性和強度達到最佳，此參數可通過工藝試驗得出。

2.6 充氮方式是否正確

充氮目的有兩方面:一為防止銅管內壁氧化，污染主機系統，危及主機系統的使用壽命。二為防止待焊表面氧化，阻礙液態釬料在接頭間隙中的流動和填充，可能產生未焊透、焊縫夾渣和熔深不夠等質量問題，影響接頭致密性和強度。生產中對充方式有如下要求:

1)充氮的連接接頭與管件的配合要緊密，防止因存在間隙而卷入空氣產生氧化，

2)在管件出口感覺到穩定的氮氣流動后方可進行焊接;

3)當管路件有多個進口時，應選擇能避免卷入空氣的進口充氮或將其余的進口用封帽堵住，以防空氣卷入管件內部;

4)充氮壓力要合適。氮氣壓力過大，會影響釬焊操作，影響熔深或產生氣孔;氮氣壓力過小，起不到防氧化的效果。而不同管路件具有最佳氮氣壓力范圍值，能使防氧化的效果達到最好，此參數可通過釬焊試驗得出。

5)焊接完成后，應在接頭適當冷卻后(低于300℃)再停止通氮氣;

6)對由于焊縫結構限制，不能進行連續充氮的焊縫(如空調用兩器彎頭自動火焰釬焊線的充氮)，向管內充氨應確保氮氣完全充滿整個管件內部，且焊后應對每個回路通高壓氣體，吹去管件內部的氧化皮，消除質量隱患。

釬焊時應根據不同的零組件的不同，通過試驗選用合理的充氮方式和最佳的充氮參數(氮氣流量和壓力，此范圍值越窄越好)，以使充氮既能保證充氮質量和效率，又能節約氮氣。

2.7 釬焊參數和加熱方式是否合理

當管路件釬焊用氣體、釬料、助焊劑和母材配合尺寸等因素明確后，釬焊的加熱方式和釬焊參數是否合理便成為影響管路件釬焊接頭致密性和接頭強度的最重要因素。釬焊加熱的目的是使接頭獲得合適的釬焊溫度、釬焊時間和均溫性，使熔化的釬料在接頭間隙內能均勻流動和填充，獲得高質量釬焊接頭。

釬焊參數和加熱方式應能根據焊縫的不同而分別量化和規范化，對實際的釬焊生產有指導性，確保按此參數和加熱，最大限度的降低人員操作不當而出現釬焊質量問題，能獲得穩定性和一致性好的釬焊產品。釬焊生產時，合理的加熱方式和釬焊參數應滿足如下要求:

1)不同管路件所用的焊槍型號、規格和火口大小應明確;

2)不同管路件釬焊時選用的氧氣、氨氣和液化氣的壓力和流量應明確、量化和規范，以確保在同種管路件的加熱時，熱輸入的穩定性，便于對焊接過程進行控制。而不同管徑釬焊時，氧氣、氮氣和液化氣的壓力和流量均有最佳的范圍值(此范圍值越窄越好)，以使火焰的加熱效率和均溫性能達到最好的效果，此范圍值可通過工藝試驗獲得;

3)火焰各部分的溫度是不同的，因此應明確采用火焰的哪部分對管路件進行加熱，以在確保加熱效率的同時能降低銅管母材過燒可能;

4)火焰在釬焊接頭上的加熱位置影響接頭內部的溫度分布，決定釬料在接頭內部的流動和分布情況，因此應明確火焰在銅管表面的加熱位置;

5)火焰的加熱角度會影響接頭在釬焊時的均溫性，進而影響釬料的流動和填充。因此應明確火焰的加熱角度;

6)火焰的加熱順序影響接頭內部的溫度分布，應對不同的管徑焊縫采用不同的加熱順序。

2.8 焊后處理是否正確

完成釬焊操作后，應按如下要求對管路件進行操作和處理。以防止產生質量問題:

1)完成釬焊操作后，待釬料完全凝固后，方可震動或移動管路件，否則可能產生裂紋缺陷，

2)焊后應及時對接頭進行退火處理，防止接頭應內應力過大得不到釋放而在焊縫內部形成裂紋。退火處理的方法為:用火焰的外焰對接頭往返加熱至200-300℃，每個接頭在此溫度下均勻加熱至少3s;

3)在使用水對管路件進行冷卻的場合，在焊前和焊后都應防止水分流入到管路件的內部，特別是接頭部分的內部;

4)當釬縫冷卻至300℃以下時，方能用水冷卻焊縫。

3、銅管火焰釬焊工藝待改善工作

欲穩定和提高管路件的釬焊質量，需要對影響釬焊質量的因素進行全面的控制。但目前，銅管路件在實際釬焊生產中會出現裂紋、過燒，未焊透、氣孔、焊堵和熔深不夠等質量問題，產生上述質量問題的原因眾多，如產生母材過燒的可能原因有:加熱時間過長、用焰心加熱、母材本身成分偏析等，但本人認為產生這些質量問題的深層原因為:

3.1 缺乏對釬焊工藝過程進行檢測和控制的手段

無定量的釬焊檢測手段，無法對釬焊過程進行定量研究、分析和控制。在進行釬焊工藝試驗或出現質量問題時，工藝技術人員無法進行定量評估，只能靠經驗加以判斷，可能會產生誤判。這些檢測和控制內容包括:

1)釬焊用氣體純度和干燥度(露點)的測量和控制;

2)裝配間隙尺寸的測量和控制。

3)釬焊用氣體流量、壓力的測量和控制;

4)釬焊加熱時接頭的溫度分布測量和控制等。

3.2 銅管路件的基礎釬焊工藝技術需深入研究

這些基礎研究項目如:

1)釬焊用氧氣、氮氣和液化氣的具體成分要求;

2)熔點更低的釬料應用研究，

3)火焰釬焊溫度參數的研究，

4)不同管件釬焊加熱時更加細化、量化和規范化的釬焊參數和加熱方式等。

3.3 釬焊工藝過程需得到更為有效的控制

對釬焊過程的控制主要包括如下三方面:

1)釬焊用器材(包括:釬焊用氣體，釬料、釬劑、焊槍和壓力表等)質量的控制。

2)釬焊工藝技術的控制(如不同管徑合理的氮氣流量、釬焊加熱時間.氧氣和液化氣流量、裝配間隙、釬焊加熱順序等技術的控制)。

3)釬焊工藝執行情況的控制(工藝規程和工藝紀律的執行)。

4、穩定和提高銅管火焰釬焊質量的措施

欲穩定和提高銅管路件釬焊質量，需對釬焊用器材.釬焊工藝技術和釬焊工藝的執行三個方面進行有效地控制。結合銅管手工火焰釬焊工藝現狀，采用如下措施解決前述問題:

1)購入釬焊工藝過程檢測器材，對釬焊過程進行定量分析和研究，便于對釬焊工藝進行有效控制。這些器材包括:接頭火焰釬焊測溫儀、氣體流量計和釬焊用氣體純度和露點檢測儀。

2)對影響銅管路件釬焊質量的各因素進行深入研究。目前釬焊過程靠經驗來衡量釬焊過程是否合理，無可參照的釬焊工藝標準對釬焊過程進行監控。對影響釬焊質量的指標和釬焊參數進行量化和細化研究，使釬焊過程中的參數具有可操作性和指導性，實現對釬焊過程進行定量的控制，可確保管路件釬焊質量的穩定性和一致性。

3)設計專用工裝或系統，以方便操作人員執行制定好的加熱方式和釬焊參數，并能對手工或自動釬焊操作進行量化和監控。

4)采用新工藝和新方法釬焊銅管路組件，以降低因人為操作不當對釬焊質量的影響，如:接頭的高頻釬焊工藝和分液頭組件的高頻釬焊等。

5)加強釬焊工藝培訓、工藝管理和工藝監督，其目的為將基礎釬焊工藝研究結果和新工藝實施到生產現場中，并對釬焊過程進行有效控制，最終穩定和提高銅管路件釬焊質量。

5、結 語

釬焊工藝不是一門手藝，而是一門科學，可對其進行監測和控制。釬焊工藝管理的最終目標為:像麥當勞標準化管理一樣，建立一套嚴格、規范和量化的釬焊工藝操作、管理和監控標準，對影響銅管路件釬焊質量的每個工序進行量化和控制，從而穩定釬焊質量。