制冷装置管道钎焊工艺

1  钎焊的基本原理和应用

钎焊是通过加热，使熔点比焊件金属低的钎料熔化、润湿填充仍处于固态的焊件金属的间隙而形成牢固接头的一种焊接方法。它属于固相连接，加热时母材不熔化，比母材熔点低的钎料熔化，液态钎料在母材表面和缝隙间润湿、毛细流动、填缝、铺展，与母材相互溶解，扩散后凝结实现金属间的连接。

根据使用钎料的不同，钎焊可分为：①软钎焊——钎料液相线温度低于450℃；②硬钎焊——钎料液相线温度高于450℃。根据使用能源的不同，钎焊又可分为：①利用化学能的火焰钎焊、炉中钎焊等；②利用电能的高频和中频感应钎焊、电阻钎焊、等离子器钎焊、真空电子束钎焊等；③利用光能的激光钎焊；④利用声能的超声波钎焊等。钎焊具有很多优点：加热温度低，对母材组织和性能影响小；焊接头平整光滑，外形美观；焊件变形小，可以实现同种有色金属和异种金属合金、金属与非金属的连接等。因此，钎焊有着广泛的应用范围，例如：工具钢和硬质合金的钎焊技术，广泛应用于刀具、模具、量具和采掘工具的制造；不锈钢的钎焊技术广泛应用于航空航天、电子通讯、核能和仪器仪表等工业领域及日常用品(不锈钢锅、杯等)的制造；钛和锆的钎焊技术在石油化工、原子能工业和航天航空等领域得到广泛应用；贵金属如金、银等钎焊技术在电器设备中广泛用于制造开启和闭合电路元件；碳钢和低合金钢焊接、铸铁的焊接也广泛采用钎焊技术。

2  制冷装置管道钎焊工艺

制冷装置中管道接头或管件多而复杂，材料主要是紫铜、黄铜、不锈钢和碳钢，采用钎焊(火焰硬钎焊)连接，工艺上操作相对容易，得到的接头强度高、柔韧性好，可承受较大的振动力和冲击力。因此，钎焊工艺在制冷装置的制造与维修领域应用最为广泛。制冷装置的工作依靠密闭制冷系统内的制冷循环完成，系统泄漏故障在制冷装置故障中几乎占到一半的比例，故要求管道的所有焊接点无裂、无泄漏以及牢固可靠，因为钎焊效果的好坏对制冷装置的质量起到决定性的作用。

为保证钎焊质量，作业时必须严格按照有关钎焊工艺要求进行操作。以下将结合制冷空调制造与维修行业的实际情况，介绍管道钎焊工艺的几个要点。

2.1  焊接设备准备

1) 火焰硬钎焊是利用可燃气体与氧气混合燃烧的火焰加热焊件的一种焊接方法。可燃气体包括乙炔、丙烷、石油气和天然气等，使用的设备有氧气瓶、燃气瓶、带压力表减压阀和焊剂发生器等，主要工具有焊炬和胶管等，见图1。

     

2) 钎焊的管件越小，钎焊难度越小，选用的焊条含银量可越低。

3) 一般情况下，紫铜件和紫铜件之间的钎焊，选用含银量2～15%的银焊条；紫铜件和黄铜件之间以及紫铜件和不锈钢件、碳钢件之间的钎焊，选用含银量34～45%的银焊条。

2.3  焊前工件的检查和准备

1) 钎焊结合区域表面应保持清洁、无油脂和氧化物的污染，如有油污，应作除油清洗(如压缩机的吸、排气口)。必要时，钎焊前用砂纸或钢丝刷将钎焊区域轴向刷砂光，钎焊效果将更好。

2) 钎焊前应检查插管间隙是否均匀、合理，管口不能有明显的变形，管端毛刺要清理。理想的钎焊间隙在0.05～0.15mm之间，且间隙越小越好。插入深度一般应为管径的1～1.5倍，见图2。

     

2.4  钎焊操作要点

1) 如果钎焊后的管件不进行酸洗，在钎焊操作开始前应用干燥的氮气将管内的气体全部置换干净，并在钎焊时和冷却过程中保持一定压力(0.02～0.05 MPa)的氮气流，以避免金属高温氧化。同时，在燃气中使用焊剂发生器应加入助焊剂(见图1)。

2) 当钎焊一些重要的部件时，如电磁阀、膨胀阀、单向阀、四通阀、旁通阀、视液镜、干燥过滤器等，应采取有效的降温措施。用湿布缠绕包扎这些部件或将这些部件浸泡在水槽中，均可起到很好的降温效果。同时，在保证钎焊质量的前提下，钎焊时间应尽可能得短。

     

3) 在确认焊炬、气管、气瓶之间的连接无误后，打开氧气和燃气瓶阀门，将氧气和燃气出口压力调整到合适的值。使用乙炔时，氧气出口压力为0．3～0．5MPa，乙炔压力为0.1～0.12MPa；使用石油气时，氧气出口压力为0.4～0.7MPa，石油气压力为0.05～0.09MPa；当不使用焊剂发生器时，燃气压力大约可缩减一半。

4) 点燃焊炬，调整火焰为“无色焰”或称“中性焰”，避免“氧化焰”和“碳化焰”，见图4。

     

5) 钎焊时，用外焰加热管件，内焰应离开管件15~25mm；火焰沿需加热部位前后轴向移动均匀加热，如管件能转动则慢慢转动更好。焊炬和焊接面之间的夹角取决于焊件的厚度、熔点和导热性：焊件越厚，熔点和导热性越高，应采用较大的夹角，使火焰的热量集中，否则，应采用较小的夹角。铜管件钎焊一般采用60°～80°夹角，焊条与焊炬的夹角为90°～100°，见图3。

6) 对于难于粘附钎料的钎焊，可使用助焊粉改善，方法是用加热的焊条端部粘上助焊粉向已预热的钎焊处涂抹。助焊粉和1)项中的助焊剂，在加热过程中均能减少氧化物的生成，增加钎料的流动性。

7) 用火焰将连接部位加热到桔红色(接近焊条的熔化温度，约700℃)，这时将焊条端部搭接到接口处，继续加热接头区域使钎料熔化，熔化钎料会向高温区域流动并渗入焊缝深处。直到焊缝表面被钎料均匀填满，在整个焊缝形成弯月状的圆根(见图5)，此时停止加热。在钎焊过程中，不能用火焰直接加热钎料。

     

2.5  注意事项

1) 钎焊时管件要加热到钎焊温度(桔红色、约700℃)才能加人钎料，但温度达到钎焊温度后如不及时加入钎料，钎焊区域会过烧导致助焊剂失效，影响钎焊质量。     

2) 当管子和接头垂直钎焊时(见图6)，先将管子与接头一起加热，使两者的加热温度几乎一致。如果管子温度较高，钎料将会沿管子流下而不聚集在钎焊处。

     

3) 当水平钎焊时(见图6)，先加热管子，再加热接头。从何处开始加入钎料，要取决于操作者的习惯和钎焊的位置，但如果是大尺寸的管件钎焊，一般先从底部开始加钎料，然后沿周边焊上去。这样，先加的钎料凝固后形成一“栓塞”，阻止后加钎料的流出。

4) 在停止加热后钎料凝固过程中，不能移动和振动管接头，以免钎料未完全凝固前被触动，造成焊缝暗裂。

5) 一个合格的钎焊接头应该是无泄漏，在整个焊缝形成弯月状的圆根，表面清洁干净，无裂纹、夹渣、气孔和母材熔蚀等缺陷(见图5)。

6) 目视能够确认钎料渗透到整个接头，尤其是炉内钎焊工艺。这是检验质量的最简捷方法。

2.6  后处理

1) 钎料凝固后，接头表面粘附有助焊剂残留物，残留物吸收水分后会加快管件的腐蚀，因此须及时彻底清理助焊剂残留物。用水浸洗或用湿布巾擦洗均可，必要时用砂纸打磨或刷钢丝刷，如进行酸洗效果则更好。

2) 为更好地避免焊接部位氧化变色、钎料被侵蚀开裂或穿孔，可在清洁、清理后的焊接部位刷一到两层透明漆。

2.7  容易发生的问题及原因

1) 钎料冷却凝固后出现裂纹(见图7)。原因：①冷却速度过快；②过大的焊缝间隙在受压和振动下易引起焊缝破裂；③用含磷的低银钎料焊接钢或其他铁类金属时，会产生松脆的磷化物，引起焊缝脆裂；④2种不同的金属，膨胀和收缩系数大的金属(如铜管)插入膨胀和收缩系数较小的金属(如钢套)中进行钎焊时，钎料在冷凝后承受拉力，导致拉裂，反插装入(即钢管插入铜套)则可大大改善钎焊质量。

     

2) 钎焊处出现泄漏(见图8)。90%的泄漏是由钎焊操作不规范造成的，常见原因是：①钎焊处加热方法不正确，造成焊缝中钎料分布不均匀；②过热，引起钎料中某些元素(磷、锌等)的挥发；③钎焊火焰不正确，产生结碳或过多的氧化物。

     

3) 表面上，钎料已充满焊缝口，但钎料并不渗入接合间隙中(见图9)。原因：①钎焊区域加热温度不均匀，特别是接合处外部热而内部尚未达到钎焊温度；②过热使助焊剂分散失效，以致钎料流动不畅。

     

4) 钎料结成“球状”滚落进接合处而不附着于工件表面(见图10)。这是由于：①管件的钎焊区域没有进行正确的清洁；②被焊金属未达到钎焊温度而钎料已熔化；③接合处已过热，造成助焊剂失效。

     

3  结束语

钎焊前的清洁及合适的装配间隙、正确的火焰加热过程和正确的添加钎料的方法是保证钎焊质量的关键。据了解，制冷空调行业部分企业的工艺人员和钎焊操作人员由于未能系统地掌握钎焊工艺的要领，以致在实际生产中钎焊质量不稳定，钎焊头不牢固、不可靠，所生产的制冷装置管道系统泄漏率高，有的甚至达到了2～3%的泄漏率，严重影响了产品或工程的质量，造成人力、物力极大的浪费。实践证明，企业如能严格按照合理科学的钎焊工艺要求进行操作生产，就能够全面提高钎焊质量。行业中部分优秀企业的钎焊泄漏率基本能控制在0.5%甚至更低。

以上是笔者多年来从事制冷空调制造工艺作的一些心得和经验，恳请制冷空调界同仁批评指正，同时希望能对行业管道钎焊工艺工作起到一定的参考指导作用。

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