关于采用高频感应钎焊技术焊接分流器与毛细管的应用探讨

一、前　言

高频焊接起源干上世纪五十年代,而高频感应钎焊工艺在制冷行业应用的并不广泛。主要是这种焊接方式对感应器、工装的设计要求较高,通用性不强,这些都制约了其发展。但目前各企业对产品质量的要求越来越高,传统的火焰钎焊技术也越来越无法满足生产和质量控制的要求,采用高频感应钎焊技术容易实现自动化焊接,能够解决一些火焰钎焊焊接相对困难的工件。

二、多孔分流器与毛细管的焊接

在很大一部分制冷设备中,分流器常常需要与毛细管配合焊接。由于毛细管的内径很小往往只有1-3毫米,因此工件被加热的温度,被加热的位置以及添加钎料的时刻、多少都对焊接质量有很大的影响。同时,由于分流器上有多个焊点,相邻焊点之间的距离又非常接近,手工焊接时势必会对相邻的焊点造成影响,导致焊接缺陷。采用传统手工火焰钎焊技术焊接此类工件时,对焊接人员的技能要求很高。现代企业生产中“人为因素”是造成产品质量波动的主要因素之一,这也是此类工件焊接不合格率相对较高的一个主要原因。

三、高频感应钎焊技术的应用

高频感应钎焊技术是利用电磁感应、集肤效应和热传导原理对工件进行加热,由于其不需要外部热源,故热损耗低,工作环境清洁,被加热工件温度上升快,加热时间短。并且容易获得焊接过程的精确过程控制。

下面介绍采用高频感应钎焊技术焊接多孔分流器与毛细管的焊接工艺。

首先是感应器的设计,往往每种工件都有一种最佳形式和规格的感应器。感应器可设计为单匝或多匝,单匝的感应器结构简单便于制作,但是用其焊接多孔分流器效率往往不高。实践证明采用同样功率的高频电源设备,多匝感应器能够提高工件被加热的速度。不过匝数越多,高频电源的负荷就会越重,同时设备损耗就会增大。因此对于不同尺寸规格的分流器需要设计配备不同规格的感应器。

多匝感应器分为轴向多匝和径向多匝,轴向多匝感应器适用于工件尺寸大,受热面积大,焊缝长的工件;径向多匝感应器适用于工件尺寸规格相对较小,受热面积小,焊缝长度较短的工件。由于多孔分流器基本都为圆形,与毛细管配合的焊缝深度只有10MM,因此感应器一般设计为圆形径向多匝的形式,匝数根据分流器的外形尺寸确定,但是一般不超过4圈。

第二是被加热工件与感应器的相对位置。影响工件均匀受热的因素主要是工件与高频感应器的相对位置:工件距离感应器越近,产生的感应电流越大,工件被加热的速度就越快,反之,工件被加热的速度就越慢。工件均匀受热,使分流器上的每个毛细孔与毛细管同时达到钎焊温度,这样才能保证各个焊点焊接质量的一致性。否则会造成分流器表面温度分布有高有低,导致焊接缺陷,因此必须利用工装夹具确保工件放置在感应器的中心位置。

在垂直方向上,感应器应放置在分流器的上方,这样能使分流器上方的毛细管部分优先达到焊接温度,实践证明,这更加有利于钎料流动,保证钎料充分填充焊缝。

第三是焊接过程的控制。采用高频感应钎焊工艺焊接多孔分流器与毛细管,整个焊接过程分为三个部分。一是加热过程,主要是提高工件的温度使之达到钎焊温度。二是保温过程。主要是保持工件的温度,使钎料充分流动,填充焊缝,与母材融合。三是冷却过程,加热停止,使焊好的工件冷却。

加热、保温和保温、冷却切换点的选择很关键,采用红外测温技术能够很好的把握这些切换点,同时也能实时监测焊接过程中工件的温度。

由于分流器上表面有毛细管和钎料覆盖,而且也有感应器遮挡,因此选择侧面(图3中标记A处)作为温度检测点是最佳位置。

当监测点的温度达到设定温度T1时,高频电源自动从加热过程切换到保温过程,当监测点的温度达到设定温度T2时,高频电源自动从保温过程切换到冷却过程,见图4。这样整个焊接过程都被监控起来,使工件焊接的稳定性、一致性得到提高。

第四是钎料的添加方式。钎料的添加有两种方式,一种是待工件被加热到钎焊温度时对焊缝添加钎料,这比较适用于单点焊接的工件。分流器与毛细管需要一次性焊接多个焊点,这样的添加钎料方式往往很难做到各个焊点的同步性。钎料添加的另一种方式是将钎料做成环状,事先套在两个工件的焊缝处,随工件一起被加热,这种方式比较适用于自动焊接。分流器与毛细管的高频感应钎焊可以实现为自动化焊接的模式,因此可将钎料做成小环套在各个毛细管上,也可以将钎料做成大环直接套在分流器的外沿,而后者在提高生产效率方面更有优势。

四、采用高频感应钎焊技术焊接分流器与毛细管应注意的问题

1、钎料必须在母材达到焊接温度前先融化。经过实验验证,这样更加适合自动焊接。由于工件升温很快,如果钎料没有融化母材就达到了焊接温度,那么在钎料继续融化的过程中,母材会继续升温,超过焊接温度,产生焊接缺陷,甚至会导致母材的融化。

必须使分流器上方的毛细管先与分流器达到焊接温度。我们知道钎料融化后有一个特征,其会向温度高的地方流动,而分流器上方的毛细管与钎料焊环是相接触的(见图3)。因此这部分毛细管首先达到焊接温度会促使液态钎料包围毛细管,这对焊缝的填充非常有利。否则,由于集肤效应分流器外部的温度始终高于内部,加之重力因素,钎料往往会向外流动,使内侧焊缝钎料不足导致焊接缺陷。

必须防止分流器外沿过烧。根据集肤效应高频电流对于母材的穿透深度与导体的电阻率的平方根成正比,与频率和磁导率的平方根成反比。由于工件和感应器固定不变,因此电阻率、频率和磁导率都不会变化,这样工件被感应加热的穿透深度就为一固定值。分流器内部温度是靠热传导提高,因此分流器的外沿温度始终高于内部。当内部温度达到焊接温度时,必须控制外沿温度不至于过高而导致焊接缺陷的产生。

2、分流器的材质一般分为黄铜和紫铜,在焊接黄铜分流器的过程中,要注意以下两个方面:

黄铜的焊接温度与紫铜不同,同时其导热性、导电性也比紫铜差。因此在高频感应焊接时必须注意分流器、毛细管和感应器的相对位置,防止黄铜分流器发生过烧。

黄铜的氧化层对于焊接质量有很大的影响,助焊齐4的添加能够有效的除去其氧化层,使焊料具有更好的流动性,更好的填充焊缝与母材融合。但是过多的助焊剂流入分流器内部,污染系统,因此必须注意助焊剂的添加量。

五、小　结

高频感应钎焊的质量由设备和工艺参数决定,不受人为因素的影响,能够保证焊接质量的稳定性和一致性;对于多点钎焊的工件,能够提高这类工件的焊接效率;其利用电能作为动力源,能够改善了员工的工作环境;对于能源的利用率比传统火焰焊接要高,可以一定程度的降低生产成本。