管路件自動送絲釬焊設備技術研究

1 國內釬焊技術背景

目前國內的管路件釬焊工序大部分采用手工焊接，很難保證產品質量的穩定性，并且伴有勞動強度大、職業損害、技能工需求大等不利因素。隨著高性能產品的需求和技能工短缺，相關行業對自動送絲釬焊設備需求量日益迫切。國外歐美、日韓企業的自動送絲焊接機應用已有近二十年的歷史，因其整套機組價格昂貴，且焊接系統對供氣壓力及穩定性要求較高，制約了其在國內焊接行業的推廣應用。

空調行業送絲焊接技術主要集中于截止閥、四通閥、儲液器、管接頭等配套產品，所生產管路件、品種多、形狀復雜、單品種的產量不大，導致設備夾具復雜而且更換頻繁，對設備自動化的柔性要求較高。工藝、工裝、產量、種類等是影響管路件是否采用自動化焊接首要考慮的因素。

目前國內轉盤式送絲焊的節拍是10秒左右，其焊接是送絲焊、手工補充焊綜合實現，焊絲是用圓形焊絲有磷焊絲；火焰焊接的焊槍都是連續移動式的，模擬人手工焊接；工件進入火焰前是由人工刷助焊劑。

2 空調行業送絲焊的研發方向

2.1操作員經過簡單的培訓即可上崗裝、卸工件，其余過程實現自動化，解決釬焊技術對技能工的需求，降低勞動強度。

2.2保證焊接質量的穩定性；焊接效率至少提高1倍，以減員增效。

2.3采用的多工位火焰釬焊機，通過更換不同的夾具，即可進行不同工件的釬焊；適用于銅、鋁、鐵、不銹鋼等不同材質工件的批量連續釬焊生產。

2.4檢驗技術要求：材質破壞耐水壓力不小于10MPa。焊料融入深度達配管長度的80％以上，無虛焊、沙眼、氣孔、假焊等現象。

3 直線式自動送絲釬焊機技術研究

此種機型適應多品種小批量的管路件焊接，只要設定好工藝參數，便可實現自動火焰加熱、填充焊料、焊接工件等到過程。同時，1名操作員可同時操作2臺以上設備，該機種單機焊接時間和人工焊接大致相當，但相同的工作量人工焊接卻需用4人，人均生產率提高到原來的2倍以上，機組造價相對較低。

3.1.1火焰供氣系統：設燃氣減壓器和氧氣減壓器，以穩定工作壓力；燃氣回路中配置氣體混合裝置，以減少燃氣流量的波動；每支火焰供氣系統單獨采用流量計控制，系統中加入霧化釬劑發生裝置；關火時時采用氮氣滅火，清除管內可燃氣體，防止回火；每組焊槍裝置的燃氣入口配置有回火防止器；設有單獨燃氣控制柜。

a 采用液化氣(丙烷)作燃燒氣體，液化氣經過：液化氣管道——回火防止器——球閥——壓力開關和壓力表——過濾器——減壓閥和減壓表——電磁閥——流量計——回火防止器——混合器(與氧氣)——焊槍。

b 采用氧氣作助燃氣體，氧氣經過：氧氣管道——球閥——壓力開關和壓力表——過濾器——減壓閥和減壓表——流量計——電磁閥——回火防止器——混合器(與液化氣)——焊槍。

c 用氮氣作保護氣體，氮氣經過：氮氣管道——球閥——壓力開關和壓力表——減壓閥和減壓表——電磁閥——接通工件內部進行保護，(另外：氮氣在減壓閥后分路流入助焊劑通道和流入燃氣管道進行滅火保護)。

d 采用空氣帶動氣缸運動，經過：氣源處理裝置——電磁閥——單向截流閥——32作氣缸。

e 冷卻水經過：進水管——球閥——減壓閥——針閥——電磁閥——冷卻工件——回水管。

3.1.2焊槍裝置運行系統：焊槍加熱裝置均采用氣缸帶動上下升降，微型電機帶動微擺。每組焊槍裝置有若個焊嘴，多嘴焊槍與焊槍混合體及焊嘴與多嘴焊槍均采可拆卸連接方式。

焊槍采用兩個氣缸移動焊嘴的位置，在固定焊槍的裝架中，可以調節焊槍的位置，以便通過氣缸移動后能準確定位(采用夾緊裝置實現兩槍距離的前后和水平旋轉以及水平移動的調節，可實現焊槍每排整體式傾斜角的調節，在調節的方向上安裝刻度尺，以便掌握針對不同型號時的調節參數)，焊槍的數量可以根據不同的工件規格而確定。

3.1.3送絲系統：設有兩臺自動送絲機。送絲槍上下采用氣缸線性滑塊完成送絲槍前進后退動作，各送絲位置空間、送絲量及送絲速度可調，送絲等待時間和送絲量由人機界面設定。

焊絲通過焊絲盤——矯直滾輪(3個)——伺服電機帶動滾輪(兩個)傳送焊絲(兩根)——彈簧鋼絲護管——耐高溫鋼管——氣缸帶動耐高溫頭裝置(焊絲頭裝置可以進行高低、前后的調節)進行送絲定位。送絲速度在1.5～16m／min(焊接銅管時1.8m／min，直徑1.6mm較合適)，焊絲主要采用銅磷焊絲BCU93P(焊接管徑較小的)、BCU91PAg(2B)(焊接管徑較大的，加助焊劑增加流動性和降低銅管氧化)，后者的流動性大于前者。對于紫銅對接可以不要助焊劑，助焊劑采用氣體助焊劑(Flux)，焊接銅與黃銅時要用焊粉。氣體助焊劑通過氮氣管帶動助焊劑實現焊接(需要助焊罐)，如用液化氣來帶動助焊劑，需要經常用氣體來清理液化氣管道以防液化氣管道易堵，該結構比較簡單，減少控制部分，但很容易堵塞液化氣管道。

3.1.4點火系統：由一個電磁閥、噴頭、管路(液化氣)、高壓脈沖發生器、電極、及控制器組成。通過電子打火，利用液化氣引燃并吹向焊槍點火。

3.1.5空氣冷卻系統：壓縮空氣開關均有電磁閥控制，大小采用減壓器調節。

3.1.6控制系統：程序控制、設定參數及故障顯示采用PLC和人機界面，并有燃氣、氧氣、氮氣及壓縮空氣壓力不足和無焊絲等報警系統。

3.2焊機循環工藝流程

人工放料－自動點火－氣缸移動焊槍到工件配管處下方－強火加熱－焊槍上移到配管上方采用弱火進行加熱(火焰轉變自動實現，同時氣缸帶動焊絲前進到焊接位置)－焊槍移開、焊絲退－水冷卻－下料)。

在焊接前可設置焊槍的兩個氣缸(上下、左右移動)的時間、送絲氣缸移動的時間、強火時的液化氣和氧氣的流量、弱火時液化氣與氧氣的流量、強弱火之間轉換的時間、送絲電機的轉速以及開始送絲的時間，通過程序控制流量計對煤氣管道和氧氣管道實現兩種不同的流量，在強火、弱火之間轉換。通過觸摸屏在安全比例范圍內調節液化氣與氧氣的混合比，混合比超出安全比例范圍時，自動滅火停機。要求液化氣與氧氣有一路壓力低于設定值時，烽鳴器自動報警(壓力開關控制)，焊槍熄滅。

3.3自動焊接機工藝要求：

液化氣壓力：0.007～0.1MPa；

氧氣壓力：0.3～0.8MPa；

氮氣壓力：0.05～0.3MPa；

空氣壓力：0.4～0.8MPa；

液化氣與氧氣流量混合比1：2.3左右；

母材紫銅T2M、TP2M、黃銅HPb59－1；

配管單面間隙0.05～0.15mm；配合間隙0.13～0.25mm；

釬料BCu93P間隙0.03～0.08mm較好，BCuglPag間隙0.06～0.13mm較好；固相710℃、液相800℃焊絲直徑1.0～1.6

紫銅+黃銅：釬料為HARRIS0(AWSBcuP－2)，釬劑為硼砂(YJ1)

氣體助焊劑：可防止銅管表面氧化及有釬劑作用，推薦使用(Flux)

熔化溫度：BCu93P(或BCuP－2)：710－800℃硼砂(YJ1)：741℃

釬焊溫度：820－860℃(銅管為淺紅色)

3.4主要工藝參數對質量的影響

送絲焊接的銅管尺寸、壁厚差、焊嘴規格、焊絲規格成分、燃氣與氧氣的流量壓力參數、預熱、焊接時間、保溫時間、火焰加熱位置等工藝參數，煤氣和氧氣的氣源不穩定易出現過燒或熔深不足、工件晶粒粗大等質量缺陷。自動火焰釬焊時煤氣和氧氣流量波動范圍控制±20L／塒對火焰燃燒的影響不大。

4 轉盤式自動送絲釬焊機技術研究

此類焊機采用轉盤式布置，根據工藝需要有：4工位、6工位、8工位、以及12工們系列。

自動火焰釬焊機控制系統，采用PLC可編程序控制器、配以彩色“人機界面”觸摸屏；通過各位置傳感器實現轉盤分度、火焰進退、自動送絲等動作閉環控制；各工位所有動作直接通過觸摸屏進行調整；氣體流量數字化顯示；具有工件自動記數功能和生產過程自動監控功能。焊接時采用工件內部氮氣保護、火焰加熱時輸出氣態釬劑等先進技術，使工件不被氧化。可替代高成本焊料，流動均勻、焊區緊密，充分提高產品質量和生產效率。

該機適用于各種不同金屬環縫的焊接，配置有能使焊接工件之間相對轉動的工裝夾具機構。可用于銅、鋁類零金屬管件、配管焊接中的自動釬焊。它的主要特點：設有裝卸、預熱、焊接、冷卻工位；并設有工件檢測裝置；自動監控報警裝置；預熱、焊接工位采用無級調速可擺動的圓周多頭火焰加熱裝置；具有多個工位，成本低，生產效率高，不需要專業的焊接人員，應用范圍廣，產品合格率高。加熱裝置具有擺動功能，可帶動火焰噴嘴進行擺動，擺動速度及擺動幅度和擺至兩端的停留時間均無級可調，可滿足不同工件的加熱要求，工位采用進口分度機構，精確、平穩、可靠；可隨時輸入、修改及顯示焊接過程參數。

主要技術指標：

a.工位數：工位可選(上、下件、預熱、焊接、冷卻)；

b.焊接厚度：0.5～20mm；c.焊接氣源：液化氣或天然氣、氧氣、氮氣、壓縮空氣；d.生產節拍：10－20秒／件可調；e.焊料：焊絲、膏狀焊劑。

5 結束語

自動送絲焊接機，在手動釬焊的基礎上實現自動火焰加熱和自動送絲焊接，在設置相關個工藝參數后，只需1名操作人員在上、下料工位裝、卸工件即可。更換焊接工件時可以根據不同的工件進行焊槍和送絲機構位置的調節。此機的關鍵技術是多工位定位技術、氣路控制技術、管路焊接工藝技術。無需人工焊接、無需手動送絲、無需套焊環，可以大大降低勞動強度，提高生產效率，而且不需要焊工技能，在國內普及推廣應用具有較大的市場。