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铜铝焊接和铁铝焊接的操作技巧和方法

铜铝焊接法,由于铝在焊接过程中极其活跃,容易氧化,所以在焊接类似铝铝和铜铝的钎焊接头时,通常需要进行焊前试验,以确定合适的焊接材料和焊剂。

首先,焊料的选择

选择焊料合金时需要考虑几个因素。首先,还需要注意连接金属的相容性、接头间隙、钎焊温度、加热方法、工作温度和环境因素。

近年来,随着新型钎焊材料的出现,在有色金属的主动焊接实践中,使用药芯焊丝作为填充材料(不需要其他焊剂)可以获得良好的焊接接头。应注意控制焊接接头的装配间隙和焊接零件的表面清洁。使用XR-FC22、HD110等药芯焊丝,在不使用其他焊剂的情况下,更容易获得良好的焊接接头。

焊丝XR-FC0215是为电器行业设计生产的新一代高性能环保焊接材料,适用于铜与铝之间、铜母线与铝箔之间、铝与铝之间的焊接。

铜铝药芯焊丝XR-FC20A流动性适中,焊接强度和导电性高于FC0215,是铜铝焊接的理想材料。铜铝药芯焊丝XR-FC22的流动性低于XR-FC20A,具有较好的焊接强度,适用于大间隙工件的钎焊。焊接时比XR-FC0215更容易形成沉积物和填充间隙。铜铝管钎焊推荐使用XR-FC22,更容易形成致密性好的接头。外径大、穿透深度高的产品建议使用铜铝钎焊丝XR-BW200和铜铝钎焊膏FS312C。

二、钎焊接头的设计

接头样式的设计是牢固接头的开始。为了确保接头的最高强度,通常选择大于最薄基底金属厚度4倍的接头长度。对于板接头,通常选择搭接接头,而对于管道,通常选择承插接头来实现钎焊。尽可能避免使用对接接头很重要。如果由于各种原因不可避免,可以通过套管将对接改为塞接。

插座间隙是直接影响接头强度的主要因素之一,因为钎焊工件是毛细管,接头间隙决定毛细管效应。对于25mm以下直径的铜铝管,选用上述钎焊材料,间隙通常控制在0.05~0.15mm范围内,大直径钎焊接头的间隙一般不超过0.2 mm,钎焊不同材料的金属时,确定接头间隙时必须考虑每种金属在钎焊温度下的热膨胀率。

铜铝管承插接头,最好将铜管设计成承插,插入铝管,因为铜具有良好的延展性和塑性,容易形成美观的接头。其次,插入铝管后,在钎剂的作用下,容易形成相对封闭的熔池,防止高温下氧化铝的出现。需要注意的是,制作铜管插座时,应使用合适直径的芯轴和外卡环作为夹具。大于30mm的铜管,建议采用扩口器扩口,以保证美观的接头和装配间隙。

第三,焊接前清洁

钎焊接头的焊前清洁决定了焊接质量,最佳的毛细作用发生在清洁的钎焊工件上。表面有油污的工件应使用有机溶剂或有机溶剂蒸汽(如丙酮)清洗,焊接件20毫米以内的氧化层应使用金相砂纸或配套锉刀彻底清洗,尤其是扩口套筒的内表面,必须仔细彻底清洗。

四.焊接

在钎焊过程中保持工件的一致布置(在适当的位置)对于确保有效的毛细作用极其重要,这通常可以通过工件本身的重力来实现,也可以通过其他辅助夹具来实现。当工件需要夹紧时,夹具应设计得尽可能小,材料导热性能弱,以减少钎焊接头在加热过程中的热损失。

对于搭接接头,焊接前彻底清除母材上的油污。用刷子在焊接部位均匀涂抹钎焊膏,封闭铜铝母材,保持焊件平整,并用合适的夹具固定。加热过程中,可以看到钎焊膏由糊状变为白色固体,继续加热。当固体变成液体时,钎焊膏达到活性温度,及时向焊缝添加钎焊丝。当焊缝中充满钎料时,用火焰稍微扫过焊接位置,使残留的钎料从焊缝中排出,避免夹渣。

对于承插钎焊接头,焊接方法和搭接接头没有严格的区别。来回移动焊枪均匀加热焊接部件,先加热铜部件,再加热铝部件

。一旦工件到达钎焊温度(450-500°C,可目测到铜管焊接区域有一定的“湿润”感觉,加热时间与焊件直径、截面、散热条件等因素有关,例如Ф19mm标准铜管,在环境温度为25℃,微风,利用RTM-027 MAPP焊枪,约25秒左右即可达到焊接温度), 则开始应用钎料合金进行钎焊,毛细管作用将引领钎料合金填充工件完成接头连接。将钎料加入焊接部位时,让焊丝均匀熔化流入焊缝中,不可用火焰直接对准焊丝加热。迅速将钎料与施焊区接配,使其熔化并渗入到装配间隙中形成焊缝。添加钎料时,焊枪应随同钎料在熔池周围前后摆动,以促使钎料流动并充满整个焊接区域。当熔池充满钎料时,再用火焰微微扫一下焊接部位,使残留的钎剂能从焊缝中溢(排)出,避免夹渣和气孔。
       移开焊枪,待工件自然冷却后,即可完成焊接。由于不均匀加热造成的热量失衡压力可能会导致焊件裂缝,这就要求接头温度至少降到焊件固态或熔解温度的50%以后,才能进一步加快冷却过程,冷却焊件时不能松开固定夹具,以免产生造成接头裂缝的残留应力。
       当焊接大管径、大壁厚或散热条件快的焊件时,为提高焊接速度和得到高质量的焊接接头,应采用适当的保温措施(用保温材料缠绕、辅助加热等)。


五、焊后清洁

      因为钎剂具有腐蚀性, 任何残留物将有可能最终影响, 弱化接头牢固性. 可使用热水浸泡并洗刷掉钎剂残留物。当钎剂已经开始浸蚀并有可能留下有害的残留物时, 这种情况下必须进行酸洗才能去除残渣。


六、接头强度

       接头强度是检验钎焊接头完成后的重要指标,由于维修作业现场往往不具有进行压力试验的可能,这就需要首先进行焊接工艺评定,确定焊接工艺及焊接参数,制作现场焊接指导书。现场作业过程中,严格按照焊接工艺评定报告所规定的钎料、钎剂、操作方法进行,只要遵从上述条件,即可得到强度等同于试验件的焊接接头强度。

      以铜铝承插接头为例(Ф19×1标准铜管),采用铜铝药芯焊丝XR-FC22,在环境温度为10~30℃、风力为2级,遵守前文所述装配间隙、焊前清理、焊接、冷却等要求得到的焊接接头,当两侧均为75MPa拉力时,断裂位于铝管一侧,焊缝处完好。

      水压试验:铜管一端封堵,在铝管一端加水压,试件在18MPa的压力下,保持3min,试件无变形、无裂纹、无泄漏。水压加到20~21MPa时,管路出现泄漏,破裂位置均在铝管上,焊缝处完好,不泄漏。