一釺料的選擇
當選擇釺料合金時需要考慮幾個因素. 首先是被連線金屬的兼容性, 接頭間隙, 釺焊溫度, 加熱方法, 工作溫度及環境因素也需要引起重視。
近年來新型釺焊材料的出現,在進行較為活潑的有色金屬焊接實踐中,採用藥芯焊材作為填充材料可得到良好的焊接接頭(不需要其他助焊劑)。注意控制焊接接頭的裝配間隙和施焊部位的表面清理,選用XR-FC22、HD110等藥芯焊絲,在不需要其他助焊劑的情況下,能更容易地得到良好的焊接接頭。
焊絲XR-FC0215是針對電器行業設計及生產的新一代高性能環保焊接材料,它適用於在銅鋁之間、銅母線與鋁箔之間、鋁鋁之間的焊接作業。
銅鋁藥芯焊絲XR-FC20A的流動性適中,有著超越FC0215的焊接強度和導電性,是實現銅鋁焊接的理想材料。
銅鋁藥芯焊絲XR-FC22的流動性低於XR-FC20A,具有較好的焊接強度,適合較大間隙的工件釺焊,焊接時比XR-FC0215更易形成堆積,填滿縫隙。對銅鋁管的釺焊推薦使用XR-FC22,其更易形成緻密性好的接頭。對於銅鋁管外徑較大,滲透深度要求較高的產品,建議使用銅鋁釺焊絲XR-BW200和銅鋁釺劑膏FS312C。
二 釺接接頭的設計
接頭樣式的設計是牢固接頭的開始, 為保證接頭擁有最高的強度, 常選用大於4倍最薄母材厚度的接頭長度,對於板材接頭,通常選用搭接接頭,而對於管材,則往往選用承插接頭來實現釺接,重要的是儘量避免採用對接接頭形式,如因各種原因不能避免時,則可以用套管的方式將對接接頭改為插接(崁入式接頭)。
承插間隙是直接影響接頭強度的主要因素之一,因為釺焊工件通過毛細管作用,接頭間隙決定了毛細作用效果。對於直徑在Ф25mm以下的銅鋁管材,選用前述釺接材料是,間隙通常應控制在0.05~0.15mm範圍內,對於大管徑的釺接接頭間隙,一般也不宜超過0.2mm。當釺焊不同材質的金屬,確定接頭間隙時一定要考慮各金屬在釺焊溫度下的熱膨脹速度。
對於銅-鋁管材承插接頭,最好是將銅管設計成承口,將鋁管插入,這是因為銅的延展性和塑性較好,容易形成外觀漂亮的接頭,其次是鋁管插入後在釺劑作用下,容易形成一個相對密閉的熔池,以防止高溫下氧化鋁的發生。需要注意的是製作銅管承口時,應採用直徑合適的芯棒和外卡圈作為胎具,對於大於Ф30mm的銅管,建議採用脹管器進行擴口,以保證接頭美觀和裝配間隙。
三 焊前清潔
釺接接頭的焊前清理決定著焊接質量的優劣,最佳的毛細管作用發生在清潔的釺焊工件上. 對表面有油污的工件, 應該用有機溶劑或有機溶劑蒸汽清洗(如丙酮),焊接部位20mm範圍內的氧化層套用金相砂紙或什錦銼徹底清理,尤其是經過擴口的承口內表面,清理一定要細心、徹底。
四 焊接
在釺焊過程中維持工件始終如一的排列( 處於合適的位置) 對保證有效的毛細管作用是及其重要的, 通常可以依靠工件自身的重力達到, 也可以藉助其他一些輔助的夾具完成。當工件需要夾固時, 夾具應該儘可能地設計為小體積且材料為弱導熱性的, 以減少加熱過程中釺焊接頭的熱損耗。
對於搭接接頭,焊接前徹底清除母材的油污等,可用毛筆等在焊接部位均勻地塗上釺焊膏,合上銅鋁母材,保持焊件的平整,套用適當的夾具固定。加熱時從焊縫處可看到釺焊膏先由膏狀變成白色固體,繼續加熱,當固體變成液態時,釺劑膏達到活性溫度,及時添加釺焊絲到焊縫中,當焊縫中流滿釺料時,再用火焰微微掃一下焊接部位,使殘留的釺劑能從焊縫中排出,避免夾渣。
對於承插釺接接頭,焊接方法與搭接接頭沒有嚴格區別。來回移動焊槍均勻加熱焊接部位,先加熱銅件,後加熱鋁件。一旦工件到達釺焊溫度(450-500°C,可目測到銅管焊接區域有一定的“濕潤”感覺,加熱時間與焊件直徑、截面、散熱條件等因素有關,例如Ф19mm標準銅管,在環境溫度為25℃,微風,利用RTM-027 MAPP焊槍,約25秒左右即可達到焊接溫度), 則開始套用釺料合金進行釺焊,毛細管作用將引領釺料合金填充工件完成接頭連線。將釺料加入焊接部位時,讓焊絲均勻熔化流入焊縫中,不可用火焰直接對準焊絲加熱。迅速將釺料與施焊區接配,使其熔化並滲入到裝配間隙中形成焊縫。添加釺料時,焊槍應隨同釺料在熔池周圍前後擺動,以促使釺料流動並充滿整個焊接區域。當熔池充滿釺料時,再用火焰微微掃一下焊接部位,使殘留的釺劑能從焊縫中溢(排)出,避免夾渣和氣孔。
移開焊槍,待工件自然冷卻後,即可完成焊接。由於不均勻加熱造成的熱量失衡壓力可能會導致焊件裂縫,這就要求接頭溫度至少降到焊件固態或熔解溫度的50%以後,才能進一步加快冷卻過程,冷卻焊件時不能鬆開固定夾具,以免產生造成接頭裂縫的殘留應力。
當焊接大管徑、大壁厚或散熱條件快的焊件時,為提高焊接速度和得到高質量的焊接接頭,應採用適當的保溫措施(用保溫材料纏繞、輔助加熱等)。
五 焊後清潔
因為釺劑具有腐蝕性, 任何殘留物將有可能最終影響, 弱化接頭牢固性. 可使用熱水浸泡並洗刷掉釺劑殘留物。當釺劑已經開始浸蝕並有可能留下有害的殘留物時, 這種情況下必須進行酸洗才能去除殘渣。
六 接頭強度
接頭強度是檢驗釺焊接頭完成後的重要指標,由於維修作業現場往往不具有進行壓力試驗的可能,這就需要首先進行焊接工藝評定,確定焊接工藝及焊接參數,製作現場焊接指導書。現場作業過程中,嚴格按照焊接工藝評定報告所規定的釺料、釺劑、操作方法進行,只要遵從上述條件,即可得到強度等同於試驗件的焊接接頭強度。
以銅鋁承插接頭為例(Ф19×1標準銅管),採用浙江新銳焊接材料有限公司生產的銅鋁藥芯焊絲XR-FC22,在環境溫度為10~30℃、風力為2級,遵守前文所述裝配間隙、焊前清理、焊接、冷卻等要求得到的焊接接頭,當兩側均為75MPa拉力時,斷裂位於鋁管一側,焊縫處完好。
水壓試驗:銅管一端封堵,在鋁管一端加水壓,試件在18MPa的壓力下,保持3min,試件無變形、無裂紋、無泄漏。水壓加到20~21MPa時,管路出現泄漏,破裂位置均在鋁管上,焊縫處完好,不泄漏。