空調(diào)器中的銅管焊接分析

空調(diào)器中的銅管焊接剖析溫筠（西安慶安制冷設(shè)施股份有限企業(yè)710075）TheAnalysisForTheWeldingofCopperTubeinAir-conditionerWenyun(Xi’anQingAnRefrigerationEquipmentCo.,Ltd.,710075)綱要：本文對空調(diào)器中應(yīng)用的銅管的性質(zhì)及影響要素進行了論述，對焊接工藝及常出現(xiàn)的故障進行了剖析。重點詞：銅管焊接、釬焊、故障Abstract：Thispapersetsforththecharacterandtheinfluencefactorofcoppertubeapplyingintheair-conditioner.ItalsopresentsafundamentalresearchtotheWeldingcraftandthecommonfailures.Keyword：WeldingofCopperTubefusionweldingfailure0前言：近幾年，中國空調(diào)業(yè)飛快發(fā)展，成為占全世界空調(diào)總產(chǎn)量約60%的第一大空調(diào)生產(chǎn)國和占全世界空調(diào)需求量約30%的最大空調(diào)花費國，有力推進著全世界空調(diào)家產(chǎn)以5%左右的速度增添。作為空調(diào)兩器(冷凝器和蒸發(fā)器)所用的高效散熱管路，大批應(yīng)用銅管，在兩器及壓縮機的連結(jié)處都需焊接而且對焊接質(zhì)量要求較高?？照{(diào)器中一般采納T2、TP2、TU2銅管，焊接方法常用釬焊（爐中釬焊、火焰釬焊等），焊接母材有鋼與銅連結(jié)、銅與銅連結(jié)。因為焊接過程是在熱力學(xué)不均衡的條件下進行的（冶金要素、構(gòu)造要素、幾何形狀、應(yīng)力幾種要素），所以極易出現(xiàn)裂紋及晶粒長大等各樣故障，現(xiàn)分別表達以下：銅的性質(zhì)及雜質(zhì)影響純銅的密度為8.9,熔點1083℃,鈍銅的強度不高2(Gb=200～250N/mm),硬度較低（HBSCW40-50)。銅為面心立方晶格,擁有許多的形變滑移系,室溫、高溫變形能力很好,退火狀態(tài)的銅,不經(jīng)中間退火可壓縮85%～95%而不產(chǎn)生裂紋。但銅在500～600℃體現(xiàn)“中溫脆性”，在焊接過程中,易在此溫度區(qū)間發(fā)生裂紋。據(jù)研究,“中溫脆性”和雜質(zhì)的性質(zhì)、含量、散布、固溶度等有關(guān),雜質(zhì)主要有鉛、鉍、氧、硫、磷等。雜質(zhì)的存在對銅的焊接性有很大的影響，Bi與Pb是銅中的主要雜質(zhì),它們均不溶于固態(tài)銅,微量的Pb形成低熔點共晶組織(Cu+Pb),其共晶溫度為326℃;Bi與Cu也形成低熔點共晶組織(Cu+Bi),其共晶溫度為270℃,這些共晶體最后結(jié)晶,集中在晶界上,會使銅產(chǎn)生脆性,在焊接過程中形成裂紋,所以,應(yīng)限制Bi、Pb在銅中的含量,往常Bi<0.002%,Pb<0.005%，相同，在焊猜中也應(yīng)限制Bi、Pb的含量。S能溶解在熔融的銅中,S的存在使銅的熔點降低,形成CuS脆性化合物,使銅的塑性降2低,當S含量>0.1%時,銅就會有熱脆性,焊接時熱狀態(tài)就產(chǎn)生裂紋。O極少固溶于銅,與銅生成Cu2O,含氧銅冷凝時,Cu2O散布在晶體的晶界,這就降低了銅的塑性和耐腐化性,也使其焊接性變差。氧含量在銅焊接中極易產(chǎn)生缺點，特別是在銅管焊接中更應(yīng)嚴格控制氧含量。因為銅中含有必定量的氧,焊接過程中,氫就會向銅中擴散,發(fā)生以下反響:Cu2O+H22Cu+H2O,造反響所形成的HO,不溶解于銅中,在銅的凝結(jié)過程中,來不及逸出以氣體形態(tài)齊集于晶界2成氫侵害裂紋。焊接工藝空調(diào)器及壓縮機中的銅管焊接一般采納釬焊，常用的工藝有：爐中釬焊和火焰釬焊。釬焊是利用比母材熔點低的金屬資料作為釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點,但低于母材熔點溫度,利用液態(tài)釬料濕潤母材,填補接頭空隙實現(xiàn)連結(jié)焊件的方法。釬料應(yīng)知足以下要求:應(yīng)擁有優(yōu)秀的濕潤性,并在規(guī)定的釬焊溫度范圍內(nèi),易于填補填釬料空隙;應(yīng)擁有適合的熔點和流動性,擁有較好的互相擴散性,能形成堅固的高質(zhì)量的接頭;釬料應(yīng)擁有穩(wěn)固、平均的成分,不因液化而偏析,也不該有強揮發(fā)性、對母材有害的元素;獲取的釬焊接頭應(yīng)知足規(guī)定的物理、化學(xué)性能和力學(xué)性能。依據(jù)以上原則，我們常采納銀-銅焊絲作為釬料。從工藝控制方面來講，Ag45CuZn釬料最好，Ag15CuZn或黃銅焊絲也能夠用，但在生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)都須嚴格控制，采納Ag15CuZn或黃銅焊絲故障率較高。焊劑的采納也很重要，第一它要能消除釬焊金屬及釬料表面的氧化膜,為液態(tài)釬料在釬焊金屬表面鋪層創(chuàng)建條件;其次，能以液態(tài)薄層覆蓋釬焊金屬和釬料表面,隔斷空氣,防備在加熱過程中氧化;第三，加強表面活化作用,增添釬料流動性,改良液態(tài)釬料對銅管的濕潤；第四，有益于消除焊縫中的O2、H2、S等雜質(zhì)。。配合空隙也是獲取優(yōu)秀焊接質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，它對釬焊接頭的嚴實性及強度影響很大,空隙過小,釬料難以將釬劑擠出,形成夾層,過大則釬料流失嚴重,3.常有故障及預(yù)防舉措空調(diào)器及壓縮體制造中焊接方法常用釬焊，焊接母材有銅與銅連結(jié)、鋼與銅連結(jié)。空調(diào)器中的連結(jié)往常是銅管與銅管的焊接，工藝較為簡單,重要的是預(yù)熱、保溫,采納較快的焊接速度,不使晶粒長大即可。而在壓縮體制造中主假如銅管與鋼板的焊接，如排氣管與上外罩的連結(jié)、進氣管與筒體的連結(jié)、儲液筒與進氣管的連結(jié)等，因為Fe與Cu的熔點、導(dǎo)熱系數(shù)、線脹系數(shù)差別較大，所以造成焊接難度較大，出現(xiàn)故障的幾率也很大。主要出現(xiàn)以下故障：空隙未填滿產(chǎn)生這類故障的原由主假如：配合空隙不適合；表面沖洗不充分；釬料選擇不妥；釬焊區(qū)溫度不夠或溫度不平均；釬料數(shù)目不足。這類故障的預(yù)防很好解決，針對造成故障的原由，采納相應(yīng)的舉措即可。裂紋常有的裂紋常常出此刻儲液筒的銅管焊接中，主假如因為在預(yù)熱過程中，銅管被保護氛圍中的氫侵入，釬焊時致使氫侵害裂紋。此外一種裂紋常出此刻火焰焊過程中，因為銅管的線膨脹系數(shù)比鋼板大15%,而縮短率又比與鋼板大1倍多,再加上Cu的導(dǎo)熱能力強,焊接熱影響區(qū)寬,所以在焊縫處存在很大的內(nèi)應(yīng)力，而火焰焊接又簡單造成加熱不平均，所以火焰焊過程常出現(xiàn)裂紋。此類故障的解決主要在于控制焊接時除氫、盡量保證平均加熱。氣孔在釬焊縫中經(jīng)常出現(xiàn)一些形狀不一、不規(guī)則的吝嗇孔，造成這類氣孔的原由主假如釬料或母材中析出氣體。此外釬料過熱、空隙不均也是造成此故障的原由，如小空隙處先填滿釬料，在較大空隙處集合時將氣體關(guān)閉形成氣孔。解決此類故障，一是在原資料采買過程中控制銅管、焊絲的氧含量和雜質(zhì)含量，二是在焊接過程中嚴格操作程序。銅管組織晶粒粗大以上三種缺點（空隙未填滿、裂紋、氣孔）都是顯性的，其實不行怕，經(jīng)過有關(guān)手段都能夠檢測出來，一般不會造成重要損失，可怕的是焊接后銅管組織晶粒粗大，此種缺點是隱形的，一般的查驗難以測出，常常是在運行過程中才得以展現(xiàn)，故障經(jīng)常是批量性的，造成的損失也是巨大的。造成此種缺點的原由有以下兩種要素:原資料晶粒不平均：2004年在進行YZG25RT1生產(chǎn)時，曾發(fā)生儲液筒被震落故障，斷裂發(fā)圖一斷裂件斷口容貌圖二斷裂件斷口容貌生在出氣管與儲液筒筒體連結(jié)處，宏觀斷口呈鋸齒狀，有很多閃亮小斷面；對原資料進行成分剖析，結(jié)果切合資料技術(shù)要求；在電鏡下察看斷裂件，斷口為典型的宏觀脆性、微觀塑性斷口，斷口呈沿晶斷裂，二次裂紋許多，在晶面上有很多小韌窩，見圖一、圖二。對故障件進行金相檢查發(fā)現(xiàn)：晶粒較大且不平均，晶界較粗，見圖三、在晶界處有雜質(zhì)齊集，見圖四；對原資料進行金相查驗發(fā)現(xiàn)：晶粒大小不平均，銅管雙側(cè)晶粒渺小、中間較大，見圖五。圖三斷裂件金相組織圖四斷裂件晶界圖五原資料金相組織經(jīng)過剖析，我們以為原資料組織不平均是造成儲液筒銅管斷裂的主要原由，因為原資料組織的不平均性，在焊接過程中晶粒異樣長大，雜質(zhì)向晶界齊集，造成晶界弱化，致使斷裂發(fā)生。所以，在生產(chǎn)查驗過程中，應(yīng)嚴格控制銅管的晶粒度和雜質(zhì)含量，往常原資料晶粒度控制在0.015～0.020mm,焊接后晶粒度控制在0.15mm以下。(2)釬料雜質(zhì)含量過多：2002年我企業(yè)的一個分供方供給的上外罩組件，在查驗時發(fā)現(xiàn)：上外罩銅管輕輕一碰即發(fā)生斷裂，隨后，我們對該批組件與其余批次組件在振動試驗機長進行了對照試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：該批組件數(shù)分鐘即發(fā)生斷裂，而其余批次組件數(shù)小時都不停。我們又對斷裂件進行了掃描電鏡剖析、能譜剖析及金相顯微剖析：掃描電鏡察看，斷裂件起裂源位于銅管外邊沿，呈沿晶斷裂特點，斷裂源區(qū)晶粒較為粗大，晶粒尺寸約為80～100μ，斷口無韌性變形特點(見圖六、圖七)。在裂紋源區(qū)進行能譜剖析，成分正常，無雜質(zhì)元素；對斷裂面磨制金相試樣，能夠看到晶粒較為粗大。圖六斷裂件斷口容貌圖七斷裂件斷口容貌對生產(chǎn)過程進行檢查中，據(jù)工人反應(yīng)該批產(chǎn)品焊接過程中，難以焊接，需長時間加熱。隨即，我們又對釬料進行了成分剖析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：雜質(zhì)Bi與Pb、AL、Fe含量較高，經(jīng)過以上剖析，我們以為焊接工藝不正常是