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冰箱管路炭阻钎焊工艺的研究

2022-05-23 14:31 BBIN·宝盈王海彬

冰箱管路炭阻钎焊工艺的研究

BBIN·宝盈王海彬

摘要提出了注重环保的冰箱管路钎焊工艺—炭阻焊绿色钎焊工艺。讨论了炭阻焊钎焊工艺的先进性与环保性，试验研究了炭阻焊的工艺参数、设备和夹具设计。论述了电冰箱管路系统的炭阻焊钎焊工艺、材料对钎焊接头质量的影响。

关键词 炭阻焊电冰箱管路钎焊银焊条银焊丝银焊片

0 前言

随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，对冰箱、冷柜及其他民用制冷产品需求量越来越大，销售地域越来越广。所以制冷厂家对管路系统的致密性提出了极高的要求。由于冰箱管路设计的原因，许多焊点用氧—乙炔火焰加热时很不方便，严重影响工作效率和焊接质量，造成冰箱泄漏率居高不下，使产品成本增加，降低了生产厂家的市场竞争力。另外，1993年我国国家环保总局开始实施世界银行技术援助项目“推进中国清洁生产”。2001年《中和人民共和国清洁生产法》草案已上报全国人大，所以，实施绿色钎焊在冰箱焊接中势在必行。目前，冰箱管路的焊接大多采用的是氧—乙炔火焰加热，焊接时，产生大量的浓烟，焊接火焰如果调整成氧化焰，会把钎料中的低熔点金属氧化挥发，造成对环境的污染。生产厂家采用的钎料大多含有金属镉，焊接时若加热不当会造成金属镉的挥发，镉蒸汽对人体有害。而常规的电阻、感应加热因铜合金的导电导热率相差较大而影响焊接质量和效率。所以，本文采用碳阻钎焊工艺作为加热方法，即利用通电使石墨发热，对钎焊接头进行加热钎焊，针对上述两点开展了一些研究工作。

1 试验材料与设备

1.1 冰箱管路系统用料分析

(1) 压缩机管口：磷脱氧TP1铜管，TP2铜管，邦迪管（BANDY 镀铜钢管）。

(2) 冷凝器：TP1铜管，TP2铜管，邦迪管，精密钢管。

(3) 除漏管：TP1铜管，TP2铜管，精密钢管。

(4) 其他部件：TP1铜管，TP2铜管。

1.2 材料控制

(1）铜管除了选择TP1，TP2磷脱氧铜材外，还可以选择TU1，TU2无氧铜管，但不允许使用普通纯铜。这是因为纯铜含氧量高，在火焰钎焊的过程中，火焰中的氢气渗入炙热的铜材中，促使材料变脆，甚至管路断裂。

(2）冰箱所用的钢管均为镀有保护层的低碳钢管。精密钢管的镀锌层对钎焊接头的致密性是有影响的，在装配之前应予以清除。

1.3 试验设备

由于冰箱管路中大多为铜管和钢管接头，所以本试验采用两种加热电源：DW-2型多功能电阻焊机、GP-15高频感应加热电源。

2 试验方法

试验分别研究在相同条件下，铜—铜钎焊接头（A类试样）、邦迪管—邦迪管钎焊接头（B类试样）、邦迪管—铜钎焊接头（C类试样）在两种加热方式下的钎焊性能。并研究在相同条件下，三类钎焊接头用两种不同钎料钎焊的接头性能。A、B、C三类钎焊接头试样分别由直径8mm的管子经缩径插接而成，插接尺寸为10~15mm。试样的钎焊处表面用砂纸打磨去锈，用丙酮或酒精清洗。比较在相同的钎料、钎焊温度和保温时间下，不同加热方式对接头性能的影响；以及在相同条件下不同钎料对钎焊接头的影响。将焊料环套在钎焊处，用刷子加入适量钎剂，在各自的钎焊规范下获得钎焊接头，观察比较钎焊接头的致密性和外观，分析钎焊质量。

3 钎焊工艺

3.1钎焊接头夹具的设计

银焊条,DW-2碳阻钎焊夹头银焊线,GP-15高频感应圈

图1 DW-2碳阻钎焊夹头图2 GP-15高频感应圈

利用DW-2多功能电阻钎焊机加热时，需要设计夹具，经试验设计如图1所示夹具。图1夹具中的钎焊夹头是用高纯耐磨石墨所制，钎焊时用钎焊夹头夹住管路待焊处。图2中的高频感应圈引线要尽可能的短，以免高频感应电源功率衰减，影响加热速度。

3.2钎焊材料的选择

目前大部分冰箱厂使用的是含镉钎料，绿色钎焊要求使用无毒钎料，这就要求冰箱厂使用无镉钎料。本试验选择两种钎料：BAg30CuZnSn、BAg30CuZnCd，其成分如表1所示。

表1 钎料的化学成分

钎料牌号	Ag(wt%)	Cu(wt%)	Zn(wt%)	Cd(wt%)	Sn(wt%)	钎焊温度（℃）
BAg30CuZnCd	30	33	16	21		605~720
BAg30CuZnSn	30	余量	31.3		2.7	630~730

表2 钎料的钎焊结果

钎料牌号	接头外观	纵断面分析	抗拉强度（MPa）	连续环(mm)
BAg30CuZnCd	钎缝发红、R角圆滑	渗入10mm	断于母材	形成5mm环
BAg30CuZnSn	钎缝发白、R角圆滑	渗入13mm	断于母材	形成4.4mm环

用两种钎料在火焰加热的条件下获得钎焊接头，并检测接头性能，所获结果如表2所示。由表2可看出钎料BAg30CuZnSn的流动性和填缝性优于钎料BAg30CuZnCd，其熔点与钎焊强度接近。钎料BAg30CuZnSn完全可以替代钎料BAg30CuZnCd，满足冰箱厂焊接需要。

3.3 碳阻钎焊工艺参数的确定

3.3.1 钎料的用量及用法

对于Ф8mm的管接头，利用DW-2钎焊时，需要将钎料制成环状如图3所示，需要用Ф1mm的焊丝制成焊环，每个冰箱焊点需要0.5g，所以焊丝需制成Ф8.2mm的3圈焊环，如图3所示。

银焊片,焊料环

图3 焊料环

3.3.2 钎焊电压与钎焊时间的确定

对于冰箱生产线，一般每个焊点允许*快焊接时间为10秒，所以确定钎焊时间时，以不超过10秒为宜。本文针对Ф8mm的管接头，分别采用50V、100V、150V、180V钎焊电压和5秒、10秒的钎焊时间进行钎焊，所用钎料为BAg30CuZNSn。测试钎焊接头的性能，所得结果列于表3、表4中。

表3 钎焊时间为5秒的钎焊接头性能

钎焊电压（V）	接头外观	纵断面分析	抗拉强度（MPa）	连续环(mm)
50	焊料有残余	有微量进入	0	0
100	R角不圆滑	8mm	150	形成1mm环
150	R角较圆滑	10mm	断于母材	形成4mm环
180	R角较圆滑	12mm	断于母材	形成4mm环

表4 钎焊时间为10秒的钎焊接头性能

钎焊电压（V）	接头外观	纵断面分析	抗拉强度（MPa）	连续环
50	焊料有残余	有少量进入	0	0
100	R角不圆滑	10mm	断于母材	形成2mm环
150	R角圆滑、外观光滑	12mm	断于母材	形成8mm环
180	钎缝处有较多的凹坑	12mm	180	0

由表中结果可知，碳阻钎焊对于冰箱管接头的**钎焊工艺为钎焊电压150~180V，钎焊时间为5~10秒，具体参数视管接头的尺寸与质量调整。

3.4 碳阻钎焊与其他钎焊的比较

表5 三中钎焊接头的测试结果

钎焊方式	接头外观	纵断面分析	抗拉强度（MPa）	连续环
炭阻钎焊	R角圆滑、外观光滑	12mm	断于母材	形成8mm环
火焰钎焊	钎缝R角分布不均匀	12mm	断于母材	形成5mm环
高频感应钎焊	R角圆滑、外观不光滑	10mm	断于母材	形成3mm环

将碳阻加热钎焊与火焰钎焊、高频感应钎焊在各自钎焊规范下的钎焊接头进行测试比较，所得结果列于表5中。

由表5可知，利用炭阻钎焊时，由于管路接头加热均匀，其接头外观光滑、R角圆滑、饱满，接头处氧化变色小，焊剂流布规则，便于清洗，钎料填缝均匀，可以形成较大的连续密闭钎焊环，气密性较好。火焰钎焊接头外观较光滑，由于加热不均匀，钎缝处焊料流布不均匀，形成的R角分布也不均匀，不饱满，钎料填缝不均匀，所以形成的连续密闭钎焊环较�。苄越咸孔枨ズ覆�，接头处氧化变色严重，钎剂流布区域大，清洗困难，钎料用量不易控制。高频感应钎焊接头外观不光滑，但R角圆滑，由于热效率低，加热速度低，接头处氧化严重，钎料填缝困难，形成的连续密闭钎焊环较小。比较三种钎焊方式不难发现，炭阻钎焊对于冰箱焊接更适用，更方便。不但可以提高效率，而且可以提高产品质量。

3.5 炭阻钎焊接头金相显微分析

取邦迪管钎焊接头，制作金相试样，用2%FeCl₃水溶液侵蚀，所得金相照片如图3所示。

银焊丝,炭阻钎焊接头显微照片 500×