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铜铝焊接方法
发表时间:2013-3-29 9:35:15

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由于铝的活泼性极强,在焊接过程中极易氧化,所以在焊接类似于铝—铝、铜—铝钎接接头时,通常需进行焊前实验,以确定适合的焊接材料和助焊剂。
1. 钎料的选择
当选择钎料合金时需要考虑几个因素 . 首先是被连接金属的兼容性, 接头间隙, 钎焊温度, 加热方法, 工作温度及环境因素也需要引起重视。
近年来新型钎焊材料的出现,在进行较为活泼的有色金属焊接实践中,采用药芯焊材作为填充材料可得到良好的焊接接头(不需要其他助焊剂)。注意控制焊接接头的装配间隙和施焊部位的表面清理,选用XR-FC22、HD110等药芯焊丝,在不需要其他助焊剂的情况下,能更容易地得到良好的焊接接头。
焊丝XR-FC0215是针对电器行业设计及生产的新一代高性能环保焊接材料,它适用于在铜铝之间、铜母线与铝箔之间、铝铝之间的焊接作业。
        铜铝药芯焊丝XR-FC20A的流动性适中,有着超越FC0215的焊接强度和导电性,是实现铜铝焊接的理想材料。
        铜铝药芯焊丝XR-FC22的流动性低于XR-FC20A,具有较好的焊接强度,适合较大间隙的工件钎焊,焊接时比XR-FC0215更易形成堆积,填满缝隙。对铜铝管的钎焊推荐使用XR-FC22,其更易形成致密性好的接头。对于铜铝管外径较大,渗透深度要求较高的新宝平台,建议使用铜铝钎焊丝XR-BW200和铜铝钎剂膏FS312C。
2. 钎接接头的设计
接头样式的设计是牢固接头的开始, 为保证接头拥有最高的强度, 常选用大于4倍最薄母材厚度的接头长度,对于板材接头,通常选用搭接接头,而对于管材,则往往选用承插接头来实现钎接,重要的是尽量避免采用对接接头形式,如因各种原因不能避免时,则可以用套管的方式将对接接头改为插接(崁入式接头)。
承插间隙是直接影响接头强度的主要因素之一,因为钎焊工件通过毛细管作用,接头间隙决定了毛细作用效果。对于直径在Ф25mm以下的铜铝管材,选用前述钎接材料是,间隙通常应控制在0.05~0.15mm范围内,对于大管径的钎接接头间隙,一般也不宜超过0.2mm。当钎焊不同材质的金属,确定接头间隙时一定要考虑各金属在钎焊温度下的热膨胀速度。
对于铜——铝管材承插接头,最好是将铜管设计成承口,将铝管插入,这是因为铜的延展性和塑性较好,容易形成外观漂亮的接头,其次是铝管插入后在钎剂作用下,容易形成一个相对密闭的熔池,以防止高温下氧化铝的发生。需要注意的是制作铜管承口时,应采用直径合适的芯棒和外卡圈作为胎具,对于大于Ф30mm的铜管,建议采用胀管器进行扩口,以保证接头美观和装配间隙。
3. 焊前清洁
钎接接头的焊前清理决定着焊接质量的优劣,最佳的毛细管作用发生在清洁的钎焊工件上 . 对表面有油污的工件, 应该用有机溶剂或有机溶剂蒸汽清洗(如丙酮),焊接部位20mm范围内的氧化层应用金相砂纸或什锦锉彻底清理,尤其是经过扩口的承口内表面,清理一定要细心、彻底。
4. 焊接
在钎焊过程中维持工件始终如一的排列 ( 处于合适的位置) 对保证有效的毛细管作用是及其重要的, 通常可以依靠工件自身的重力达到, 也可以借助其他一些辅助的夹具完成。当工件需要夹固时, 夹具应该尽可能地设计为小体积且材料为弱导热性的, 以减少加热过程中钎焊接头的热损耗。
对于搭接接头,焊接前彻底清除母材的油污等,可用毛笔等在焊接部位均匀地涂上钎焊膏,合上铜铝母材,保持焊件的平整,应用适当的夹具固定。加热时从焊缝处可看到钎焊膏先由膏状变成白色固体,继续加热,当固体变成液态时,钎剂膏达到活性温度,及时添加钎焊丝到焊缝中,当焊缝中流满钎料时,再用火焰微微扫一下焊接部位,使残留的钎剂能从焊缝中排出,避免夹渣。
对于承插钎接接头,焊接方法与搭接接头没有严格区别。来回移动焊枪均匀加热焊接部位,先加热铜件,后加热铝件。一旦工件到达钎焊温度(450-500°C,可目测到铜管焊接区域有一定的“湿润”感觉,加热时间与焊件直径、截面、散热条件等因素有关,例如Ф19mm标准铜管,在环境温度为25℃,微风,利用RTM-027焊枪,约25秒左右即可达到焊接温度), 则开始应用钎料合金进行钎焊,毛细管作用将引领钎料合金填充工件完成接头连接。将钎料加入焊接部位时,让焊丝均匀熔化流入焊缝中,不可用火焰直接对准焊丝加热。迅速将钎料与施焊区接配,使其熔化并渗入到装配间隙中形成焊缝。添加钎料时,焊枪应随同钎料在熔池周围前后摆动,以促使钎料流动并充满整个焊接区域。当熔池充满钎料时,再用火焰微微扫一下焊接部位,使残留的钎剂能从焊缝中溢(排)出,避免夹渣和气孔。
移开焊枪,待工件自然冷却后,即可完成焊接。由于不均匀加热造成的热量失衡压力可能会导致焊件裂缝,这就要求接头温度至少降到焊件固态或熔解温度的 50%以后,才能进一步加快冷却过程,冷却焊件时不能松开固定夹具,以免产生造成接头裂缝的残留应力。
当焊接大管径、大壁厚或散热条件快的焊件时,为提高焊接速度和得到高质量的焊接接头,应采用适当的保温措施(用保温材料缠绕、辅助加热等)。
5. 焊后清洁
因为钎剂具有腐蚀性, 任何残留物将有可能最终影响, 弱化接头牢固性. 可使用热水浸泡并洗刷掉钎剂残留物。当钎剂已经开始浸蚀并有可能留下有害的残留物时, 这种情况下必须进行酸洗才能去除残渣。
6. 接头强度
接头强度是检验钎焊接头完成后的重要指标,由于维修作业现场往往不具有进行压力试验的可能,这就需要首先进行焊接工艺评定,确定焊接工艺及焊接参数,制作现场焊接指导书。现场作业过程中,严格按照焊接工艺评定报告所规定的钎料、钎剂、操作方法进行,只要遵从上述条件,即可得到强度等同于试验件的焊接接头强度。
以铜铝承插接头为例(Ф19×1标准铜管),采用浙江新锐焊接材料有限公司生产的铜铝药芯焊丝XR-FC22,在环境温度为10~30℃、风力为2级,遵守前文所述装配间隙、焊前清理、焊接、冷却等要求得到的焊接接头,当两侧均为75MPa拉力时,断裂位于铝管一侧,焊缝处完好。
水压试验 :铜管一端封堵,在铝管一端加水压,试件在18MPa的压力下,保持3min,试件无变形、无裂纹、无泄漏。水压加到20~21MPa时,管路出现泄漏,破裂位置均在铝管上,焊缝处完好,不泄漏。
 

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