《空调器中的铜管焊接分析.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《空调器中的铜管焊接分析.doc（4页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、空调器中的铜管焊接分析温筠（西安庆安制冷设备股份有限公司 710075）The Analysis For The Welding of Copper Tube in Air-conditionerWen yun(Xian QingAn Refrigeration Equipment Co.,Ltd.,710075) 摘要：本文对空调器中应用的铜管的性质及影响因素进行了阐述，对焊接工艺及常出现的故障进行了分析。关键词： 铜管焊接、钎焊、故障Abstract：This paper sets forth the character and the influence factor of copper
2、 tube applying in the air-conditioner. It also presents a fundamental research to the Welding craft and the common failures.Key word：Welding of Copper Tube fusion welding failure0引言：近几年，中国空调业飞速发展，成为占全球空调总产量约60% 的第一大空调生产国和占全球空调需求量约30% 的最大空调消费国，有力推动着全球空调产业以5%左右的速度增长。作为空调两器(冷凝器和蒸发器)所用的高效散热管路，大量应用铜管，在两器
3、及压缩机的连接处都需焊接并且对焊接质量要求较高。空调器中一般选用T2、TP2、TU2铜管，焊接方法常用钎焊（炉中钎焊、火焰钎焊等），焊接母材有钢与铜连接、铜与铜连接。由于焊接过程是在热力学不平衡的条件下进行的（冶金因素、结构因素、几何形状、应力几种因素），所以极易出现裂纹及晶粒长大等各种故障，现分别叙述如下：1.铜的性质及杂质影响 纯铜的密度为8.9,熔点1083,钝铜的强度不高(Gb=200250N/mm2),硬度较低（HBSCW40-50)。 铜为面心立方晶格, 具有较多的形变滑移系, 室温、高温变形能力很好, 退火状态的铜, 不经中间退火可压缩85% 95% 而不产生裂纹。但铜在500
4、600呈现“中温脆性”，在焊接过程中, 易在此温度区间发生裂纹。据研究, “中温脆性”和杂质的性质、含量、分布、固溶度等有关,杂质主要有铅、铋、氧、硫、磷等。杂质的存在对铜的焊接性有很大的影响，B i 与Pb 是铜中的主要杂质, 它们均不溶于固态铜, 微量的Pb 形成低熔点共晶组织(Cu+ Pb) , 其共晶温度为326 ; B i 与Cu 也形成低熔点共晶组织(Cu+ B i) , 其共晶温度为270 , 这些共晶体最后结晶, 集中在晶界上, 会使铜产生脆性, 在焊接过程中形成裂纹, 因此, 应限制B i、Pb 在铜中的含量, 通常B i 0.002% , Pb 0.1% 时, 铜就会有热脆
5、性, 焊接时热状态就产生裂纹。O很少固溶于铜, 与铜生成Cu2O , 含氧铜冷凝时, Cu2O分布在晶体的晶界, 这就降低了铜的塑性和耐腐蚀性,也使其焊接性变差。氧含量在铜焊接中极易产生缺陷，尤其是在铜管焊接中更应严格控制氧含量。由于铜中含有一定量的氧, 焊接过程中, 氢就会向铜中扩散, 发生如下反应:Cu2O + H2 2Cu+ H2O反应所形成的H2O , 不溶解于铜中, 在铜的凝固过程中, 来不及逸出以气体形态聚集于晶界, 造成氢侵蚀裂纹。2.焊接工艺 空调器及压缩机中的铜管焊接一般采用钎焊，常用的工艺有：炉中钎焊和火焰钎焊。钎焊是利用比母材熔点低的金属材料作为钎料，将焊件和钎料加热到高
6、于钎料熔点,但低于母材熔点温度,利用液态钎料润湿母材,填充接头间隙实现连接焊件的方法。 钎料应满足以下要求: (1)应具有良好的润湿性,并在规定的钎焊温度范围内,易于填充填钎料间隙; (2)应具有适宜的熔点和流动性,具有较好的相互扩散性,能形成牢固的高质量的接头; (3)钎料应具有稳定、均匀的成分,不因液化而偏析,也不应有强挥发性、对母材有害的元素; (4)得到的钎焊接头应满足规定的物理、化学性能和力学性能。 根据以上原则，我们常选用银-铜焊丝作为钎料。从工艺控制方面来讲，Ag45CuZn钎料最好，Ag15CuZn或黄铜焊丝也可以用，但在生产各个环节都须严格控制，采用Ag15CuZn或黄铜焊丝
7、故障率较高。 焊剂的选用也很重要，首先它要能清除钎焊金属及钎料表面的氧化膜, 为液态钎料在钎焊金属表面铺层创造条件;其次，能以液态薄层覆盖钎焊金属和钎料表面,隔绝空气,防止在加热过程中氧化;第三，增强表面活化作用,增加钎料流动性,改善液态钎料对铜管的润湿；第四，有利于清除焊缝中的O2、H2、S 等杂质。 配合间隙也是获得良好焊接质量的重要环节，它对钎焊接头的严密性及强度影响很大,间隙过小,钎料难以将钎剂挤出,形成夹层,过大则钎料流失严重, 3.常见故障及预防措施 空调器及压缩机制造中焊接方法常用钎焊，焊接母材有铜与铜连接、钢与铜连接。空调器中的连接通常是铜管与铜管的焊接，工艺较为简单,重要的是
8、预热、保温,采用较快的焊接速度, 不使晶粒长大即可。而在压缩机制造中主要是铜管与钢板的焊接，如排气管与上外罩的连接、进气管与筒体的连接、储液筒与进气管的连接等，由于Fe 与Cu 的熔点、导热系数、线胀系数差异较大，因此造成焊接难度较大，出现故障的几率也很大。主要出现以下故障：1. 间隙未填满 产生这种故障的原因主要是：配合间隙不合适；表面清洗不充分；钎料选择不当；钎焊区温度不够或温度不均匀；钎料数量不足。 这种故障的预防很好解决，针对造成故障的原因，采取相应的措施即可。2. 裂纹 常见的裂纹往往出现在储液筒的铜管焊接中，主要是由于在预热过程中，铜管被保护气氛中的氢侵入，钎焊时导致氢侵蚀裂纹。
9、另外一种裂纹常出现在火焰焊过程中，由于铜管的线膨胀系数比钢板大15%,而收缩率又比与钢板大1倍多,再加上Cu的导热能力强,焊接热影响区宽,因此在焊缝处存在很大的内应力，而火焰焊接又容易造成加热不均匀，所以火焰焊过程常出现裂纹。 此类故障的解决主要在于控制焊接时除氢、尽量保证均匀加热。3. 气孔 在钎焊缝中常常出现一些形状不一、不规则的小气孔，造成这种气孔的原因主要是钎料或母材中析出气体。另外钎料过热、间隙不均也是造成此故障的原因，如小间隙处先填满钎料，在较大间隙处汇合时将气体封闭形成气孔。解决此类故障，一是在原材料采购过程中控制铜管、焊丝的氧含量和杂质含量，二是在焊接过程中严格操作程序。4.
10、铜管组织晶粒粗大 以上三种缺陷（间隙未填满、裂纹、气孔）都是显性的，并不可怕，通过相关手段都可以检测出来，一般不会造成重大损失，可怕的是焊接后铜管组织晶粒粗大，此种缺陷是隐形的，一般的检验难以测出，往往是在运转过程中才得以显现，故障常常是批量性的，造成的损失也是巨大的。造成此种缺陷的原因有以下两种因素:(1) 原材料晶粒不均匀：2004年在进行YZG25RT1生产时，曾发生储液筒被震落故障，断裂发图一 断裂件断口形貌 图二 断裂件断口形貌生在出气管与储液筒筒体连接处，宏观断口呈锯齿状，有许多闪亮小断面；对原材料进行成分分析，结果符合材料技术要求；在电镜下观察断裂件，断口为典型的宏观脆性、微观塑
11、性断口，断口呈沿晶断裂，二次裂纹较多，在晶面上有许多小韧窝，见图一、图二。对故障件进行金相检查发现：晶粒较大且不均匀，晶界较粗，见图三、在晶界处有杂质聚集，见图四；对原材料进行金相检验发现：晶粒大小不均匀，铜管两侧晶粒细小、中间较大，见图五。 图三 断裂件金相组织 图四 断裂件晶界 图五 原材料金相组织经过分析，我们认为原材料组织不均匀是造成储液筒铜管断裂的主要原因，由于原材料组织的不均匀性，在焊接过程中晶粒异常长大，杂质向晶界聚集，造成晶界弱化，导致断裂发生。因此，在生产检验过程中，应严格控制铜管的晶粒度和杂质含量，通常原材料晶粒度控制在0.0150.020mm,焊接后晶粒度控制在0.15m
12、m以下。(2) 钎料杂质含量过多：2002年我公司的一个分供方提供的上外罩组件，在检验时发现：上外罩铜管轻轻一碰即发生断裂，随后，我们对该批组件与其它批次组件在振动试验机上进行了对比试验，结果发现：该批组件数分钟即发生断裂，而其它批次组件数小时都不断。我们又对断裂件进行了扫描电镜分析、能谱分析及金相显微分析：扫描电镜观察，断裂件起裂源位于铜管外边缘，呈沿晶断裂特征，断裂源区晶粒较为粗大，晶粒尺寸约为80100，断口无韧性变形特征(见图六、图七)。在裂纹源区进行能谱分析，成分正常，无杂质元素；对断裂面磨制金相试样，可以看到晶粒较为粗大。 图六 断裂件断口形貌 图七 断裂件断口形貌对生产过程进行调查中，据工人反映该批产品焊接过程中，难以焊接，需长时间加热。随即，我们又对钎料进行了成分分析，结果发现：杂质B i 与Pb、AL、Fe含量较高，经过以上分析，我们认为焊接工艺不正常是导致断裂的重要因素，杂质含量较高、尤其是AL含量高时，熔融的AL由于比重较轻浮在表面，改变了钎料的流动性、降低了润湿性，延长了焊接时间，引起晶粒粗大。4 结论焊接是成本较低、施工简便、效率高的一种连接方法，但因焊接过程是在热力学不平衡的条件下进行的，也是最易出现故障的一种工艺，因此，在铜管的焊接过程中应严格控制铜管及钎料的成分、焊接温度及时间、配合间隙、零件表面的状态等问题。