制冷設備管道的焊接研究

摘 要：在制冷設備當中所有零件之間普遍采用銅質管道來連接，而這些銅質管道與系統中的其他管道和零件之間的銜接部位，是依靠焊接來實現的，所以，焊接技術的高低直接影響著設備中接頭的優劣以及流動的暢通性。經調查研究發現，在制冷系統中普遍產生的故障大多是系統內部有雜物、堵塞以及制冷劑泄漏等問題，而這些引發這些問題的根源通常都是因為焊接的技術過低，質量不達標，所以，先進、高超的焊接技術是生產制冷設備中至關重要的一部分。

關鍵詞：制冷設備 焊接 銅質管道

中圖分類號：TU83 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（b）-0071-02

某一系列制冷設備在生產和輸送期間，其中有一些設備的接頭以及距接頭3 mm范圍內的銅管有斷裂的情況產生，導致開箱的故障率增高。經過排除法分析研究發現，是由于接頭的質量不過關，追究其根源是由于釬料的選擇不得當。為了處理這個難題，筆者在本文中就釬料的選擇以及接頭的連接形式等問題進行了深入的研究和分析。

1 接頭的特點與要求

如果要把制冷設備里的所有接頭部位，根據接頭的形式以及振動載荷的受力等方面做分類處理的話，能夠把這些接頭分為A、B、C、D四類接頭。

1.1 A類接頭

所謂A類接頭就是在制冷系統當中沒有振動載荷的脹管插進去的接頭，比如說翅片式換熱器里面的U形管道和彎頭之間的接頭等，就是屬于A類接頭。因為A類接頭的焊接部位不用經受振動沖擊的載荷，所以對焊接的韌性方面沒有過高的專門要求[1]。這種接頭全都是等直徑的管道，先利用脹管的辦法將一根管道擴張頂端部位的直徑，然后在將另一根管道插進脹管的部位。

1.2 B類接頭

這種接頭則是那些需要經受非常小的一部分振動載荷的脹管插入式的接頭，比如膨脹閥、視液鏡、蒸發器和電磁閥等零件與零件之間的接頭等。B類接頭只需要經受很少一部分的振動載荷，因此對焊接的韌性方面也沒有很高的要求。

1.3 C類接頭

這種接頭就是指那些需要經受比較大的振動載荷的脹管插入式的接頭，例如排氣管和壓縮機的接頭等。C類接頭和上述A類型的接頭是一樣的接頭形式，不同的是壓縮機的接口管道普遍是鋼質的管道，只是在外表鍍了一層銅而已。壓縮機和這種接頭的振動周期擁有一樣的轉動速度，但是因為它連接部分的直徑相對來說比較大，因此焊接部位能夠經受得住較強的沖擊。

1.4 D類接頭

這種接頭則是指需要經受一定程度的振動載荷的不等直徑管道連接直接插入的接頭，比如蒸發器和毛細管之間、毛細管和干燥過濾器之間的接頭。其振動的原因主要是由于壓縮機振動對設備產生了影響，從而導致整體發生振動，以至于帶動小直徑管的自身振動[2]。除此之外，在制冷設備的運輸過程中，由于受到外力的沖擊，同樣會導致小直徑的接管出現比較大幅度的位移，并且在接口部位形成比較強的剪切力。D類接頭的接頭形式是將小直徑的管道直接插進大直徑的管道，但是因為接頭左右兩端的管道直徑有比較大的差異存在，因此小直徑的管道振動劇烈，非常容易在接口出發生斷裂。這種接頭需要經受的振動載荷一般情況下都來源于管路自身的振動。盡管振動載荷不是很大，可是因為接管的直徑太小，焊接的部位不能夠經受比較大的沖擊，因此對韌性方面有著最高標準的要求。

2 釬料與釬劑的選擇

釬料的優劣與否對焊接接頭的性能有著決定性的影響，應該從多方面入手進行綜合全面的考慮。通常情況下，所選釬料的主要成分應該和母材的成分一樣或者相近，并且對母材應該具備非常好的填充與浸潤性能，釬料的熔點相對于銅的熔點來說應該比其低40℃～50℃，并且熔化區間越小越好，應該具備非常好的塑性、強度與抗腐蝕性。在制冷系統當中所選用的釬料的主要成分應該是銅（不包括氨系統）。在對低碳鋼、黃銅和黃銅之間進行焊接時，可以采用銅磷銀釬料、銀銅鋅釬料和銅磷釬料等等[3]。銅磷銀釬料具備良好的填充性能和潤濕性能，同時價格低廉，并且在焊接時不需要使用釬劑。而銀銅鋅釬料在同樣具備良好的填充性能和潤濕性能的同時，還具備較強的抗沖擊載荷能力和良好的綜合性能，但是價格相對來說比較高，在焊接時還需要使用釬劑。

由于A類接頭因為焊接部位不用承受振動沖擊載荷、對韌性沒有要求，所以，采用BCU89PAg這類釬料。它的抗拉強度為519 MPa，用于釬接銅時的接頭抗拉強度為180 MPa，抗剪強度為169 MPa[4]。由于B類接頭所經受的振動載荷比較小、接管直徑比較大并且對焊接的韌性要求較低，因此，采用BCu89PAg類型的銅磷銀釬料仍然能夠滿足焊接的要求。因為C類接頭所需要經受的振動載荷比較大，并且由于銅鍍層比較薄，所要求的焊接溫度比較低、時間較短，所以采用Bag25CuZn類型的釬料，釬料的抗拉強度為353 MPa，用于釬接銅時的接頭抗拉強度為170 MPa、抗剪強度為165 MPa。由于D類接頭的韌性要求很高，所以選擇采用Safety-silv45T或者Bag45CuZn釬料，后者的抗拉強度為386 MPa，用于釬接銅時的接頭抗拉強度為180 MPa、抗剪強度為177 MPa。釬劑的主要用途是對釬料表面和焊件產生的氧化物進行清理的，進而預防焊件在溫度高的情況下持續發生氧化，使釬焊金屬表面的濕潤性和釬料的流動性得到改善。和銀銅鋅釬料一起組合使用的釬劑的主要成分普遍是氟化物與硼砂，例如QJ101和QJ102等等。在做選擇的時候，通過質檢、工藝等部門三人對吸濕性、濕潤性和流動性以及焊接后的清潔難度3個方面進行分析和研究，最終決定選擇采用STAY-SILV的白色焊膏。

3 釬焊過程控制

首先，安裝前要對管道進行清洗。（1）制冷管道在安裝前必須進行除銹、清洗和干燥，管內要清潔且不能有水分。（2）可用人工或機械方法清除管內污物及鐵銹，再用棉紗、破布浸煤油反復拉洗干凈。（3）對于彎管，應用吹洗的方法將管腔清洗干凈。

在工藝中，依據釬料性質，規定釬焊搭接長度Lwl等于0.65D2（D2是搭接時候相對較小的管徑），但是，3 mm小于等于Lwl小于等于9 mm[5]。需要在焊接之前提前通0.03 MPa的N2，等到焊口冷卻到兩百攝氏度左右時停止通氣，目的是為了使銅質管道內的表面在高溫度情況下發生的氧化得以減少，可以為系統內部的干凈程度提供保障。黃銅和純銅、純銅和純銅在焊接時選擇使用中性焰，而碳鋼和純銅在焊接的時候則選擇使用碳化焰。焊接結束后大約等待一分鐘，然后利用浸過水的濕布塊進行冷卻處理，根據釬劑和金屬的熱膨脹系數的差異，從而導致釬劑在銅質管道的表面脫落，以此來避免釬劑會對金屬產生腐蝕作用[6]。

4 結論

研究制冷設備的銅質管路的焊接工藝的同時，應該根據接頭的形式與受振動載荷兩個方面，對接頭部位進行歸納分類。接頭的類型不同，所需要的釬料和釬劑也不同，這主要取決于振動載荷和管徑的大小。

參考文獻

[1]關朋.氟利昂制冷系統管路的計算與分析[J].制冷與空調，2009（5）：159-160.

[2]高云青，王紀，李頌宏.X80級管線鋼全自動焊焊接工藝[J].焊接技術，2010（1）：63.

[3]楊林豐.焊接實踐教學模式探討[J].焊接技術，2010（1）：107-109.

[4]張鑫，張柯柯，涂益民，等.急冷型Sn-Ag-Cu系釬料釬焊接頭力學性能與顯微組織[J].焊接技術，2010（1）：27-28.

[5]吳永智，寧立芹，毛建英，李海剛.Al/Cu異種接頭釬焊和擴散焊的研究進展[J].新技術新工藝，2010（6）：13.

[6]劉群生，隋繼學.氟里昂并聯機組的制冷系統管路設計[J].制冷，2008（2）：34-35.