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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 inAir-conditionerWen yun(Xi an 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 Tubefusion 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溢右的速度增长。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，在两器及压缩机
3、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、TU2I同管，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1083c，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500600
4、 c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、钿、氧、硫、磷等。杂质的存在对铜的焊接性有很大的影响，Bi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 C; B i与Cu也形成低熔点共晶组 织(Cu+ B i),其共晶温度为270 C,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在铜中白含量，通常B i 0.002% , Pb0.1%时，铜就会有热脆性，焊接时热状态就产生裂纹。a艮少固溶于
5、铜，与铜生成C&O ,含氧铜冷凝时，Cu 2。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：CuO + H2 I一2Cu+ H2。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于钎料熔点 , 但低于母材熔点温度利用液态钎料润湿母材,
6、 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干料最好，Ag15CuZ诚黄铜焊丝也可以用，但在生产各个环节都须严格控制，采用Ag15CuZ或黄铜焊丝故障率较高。焊剂的选用也很重要，首先它要能
7、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
8、的是预热、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. 铜
10、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YZG25RT住产时，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、微观塑性
11、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0.015C0.020mm,焊接后晶粒度控制在 0.15mm以下。(2) 钎料杂质含量过多：2
12、002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80100g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Pd 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。
