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摘 要：在制冷设备当中所有零件之间普遍采用铜质管道来连接，而这些铜质管道与系统中的其他管道和零件之间的衔接部位，是依靠焊接来实现的，所以，焊接技术的高低直接影响着设备中接头的优劣以及流动的畅通性。经调查研究发现，在制冷系统中普遍产生的故障大多是系统内部有杂物、堵塞以及制冷剂泄漏等问题，而这些引发这些问题的根源通常都是因为焊接的技术过低，质量不达标，所以，先进、高超的焊接技术是生产制冷设备中至关重要的一部分。
关键词：制冷设备 焊接 铜质管道
中图分类号：TU83 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（b）-0071-02
某一系列制冷设备在生产和输送期间，其中有一些设备的接头以及距接头3 mm范围内的铜管有断裂的情况产生，导致开箱的故障率增高。经过排除法分析研究发现，是由于接头的质量不过关，追究其根源是由于钎料的选择不得当。为了处理这个难题，笔者在本文中就钎料的选择以及接头的连接形式等问题进行了深入的研究和分析。
1 接头的特点与要求
如果要把制冷设备里的所有接头部位，根据接头的形式以及振动载荷的受力等方面做分类处理的话，能够把这些接头分为A、B、C、D四类接头。
1.1 A类接头
所谓A类接头就是在制冷系统当中没有振动载荷的胀管插进去的接头，比如说翅片式换热器里面的U形管道和弯头之间的接头等，就是属于A类接头。因为A类接头的焊接部位不用经受振动冲击的载荷，所以对焊接的韧性方面没有过高的专门要求[1]。这种接头全都是等直径的管道，先利用胀管的办法将一根管道扩张顶端部位的直径，然后在将另一根管道插进胀管的部位。
1.2 B类接头
这种接头则是那些需要经受非常小的一部分振动载荷的胀管插入式的接头，比如膨胀阀、视液镜、蒸发器和电磁阀等零件与零件之间的接头等。B类接头只需要经受很少一部分的振动载荷，因此对焊接的韧性方面也没有很高的要求。
1.3 C类接头
这种接头就是指那些需要经受比较大的振动载荷的胀管插入式的接头，例如排气管和压缩机的接头等。C类接头和上述A类型的接头是一样的接头形式，不同的是压缩机的接口管道普遍是钢质的管道，只是在外表镀了一层铜而已。压缩机和这种接头的振动周期拥有一样的转动速度，但是因为它连接部分的直径相对来说比较大，因此焊接部位能够经受得住较强的冲击。
1.4 D类接头
这种接头则是指需要经受一定程度的振动载荷的不等直径管道连接直接插入的接头，比如蒸发器和毛细管之间、毛细管和干燥过滤器之间的接头。其振动的原因主要是由于压缩机振动对设备产生了影响，从而导致整体发生振动，以至于带动小直径管的自身振动[2]。除此之外，在制冷设备的运输过程中，由于受到外力的冲击，同样会导致小直径的接管出现比较大幅度的位移，并且在接口部位形成比较强的剪切力。D类接头的接头形式是将小直径的管道直接插进大直径的管道，但是因为接头左右两端的管道直径有比较大的差异存在，因此小直径的管道振动剧烈，非常容易在接口出发生断裂。这种接头需要经受的振动载荷一般情况下都来源于管路自身的振动。尽管振动载荷不是很大，可是因为接管的直径太小，焊接的部位不能够经受比较大的冲击，因此对韧性方面有着最高标准的要求。
2 钎料与钎剂的选择
钎料的优劣与否对焊接接头的性能有着决定性的影响，应该从多方面入手进行综合全面的考虑。通常情况下，所选钎料的主要成分应该和母材的成分一样或者相近，并且对母材应该具备非常好的填充与浸润性能，钎料的熔点相对于铜的熔点来说应该比其低40℃～50℃，并且熔化区间越小越好，应该具备非常好的塑性、强度与抗腐蚀性。在制冷系统当中所选用的钎料的主要成分应该是铜（不包括氨系统）。在对低碳钢、黄铜和黄铜之间进行焊接时，可以采用铜磷银钎料、银铜锌钎料和铜磷钎料等等[3]。铜磷银钎料具备良好的填充性能和润湿性能，同时价格低廉，并且在焊接时不需要使用钎剂。而银铜锌钎料在同样具备良好的填充性能和润湿性能的同时，还具备较强的抗冲击载荷能力和良好的综合性能，但是价格相对来说比较高，在焊接时还需要使用钎剂。
由于A类接头因为焊接部位不用承受振动冲击载荷、对韧性没有要求，所以，采用BCU89PAg这类钎料。它的抗拉强度为519 MPa，用于钎接铜时的接头抗拉强度为180 MPa，抗剪强度为169 MPa[4]。由于B类接头所经受的振动载荷比较小、接管直径比较大并且对焊接的韧性要求较低，因此，采用BCu89PAg类型的铜磷银钎料仍然能够满足焊接的要求。因为C类接头所需要经受的振动载荷比较大，并且由于铜镀层比较薄，所要求的焊接温度比较低、时间较短，所以采用Bag25CuZn类型的钎料，钎料的抗拉强度为353 MPa，用于钎接铜时的接头抗拉强度为170 MPa、抗剪强度为165 MPa。由于D类接头的韧性要求很高，所以选择采用Safety-silv45T或者Bag45CuZn钎料，后者的抗拉强度为386 MPa，用于钎接铜时的接头抗拉强度为180 MPa、抗剪强度为177 MPa。钎剂的主要用途是对钎料表面和焊件产生的氧化物进行清理的，进而预防焊件在温度高的情况下持续发生氧化，使钎焊金属表面的湿润性和钎料的流动性得到改善。和银铜锌钎料一起组合使用的钎剂的主要成分普遍是氟化物与硼砂，例如QJ101和QJ102等等。在做选择的时候，通过质检、工艺等部门三人对吸湿性、湿润性和流动性以及焊接后的清洁难度3个方面进行分析和研究，最终决定选择采用STAY-SILV的白色焊膏。
3 钎焊过程控制
首先，安装前要对管道进行清洗。（1）制冷管道在安装前必须进行除锈、清洗和干燥，管内要清洁且不能有水分。（2）可用人工或机械方法清除管内污物及铁锈，再用棉纱、破布浸煤油反复拉洗干净。（3）对于弯管，应用吹洗的方法将管腔清洗干净。
在工艺中，依据钎料性质，规定钎焊搭接长度Lwl等于0.65D2（D2是搭接时候相对较小的管径），但是，3 mm小于等于Lwl小于等于9 mm[5]。需要在焊接之前提前通0.03 MPa的N2，等到焊口冷却到两百摄氏度左右时停止通气，目的是为了使铜质管道内的表面在高温度情况下发生的氧化得以减少，可以为系统内部的干净程度提供保障。黄铜和纯铜、纯铜和纯铜在焊接时选择使用中性焰，而碳钢和纯铜在焊接的时候则选择使用碳化焰。焊接结束后大约等待一分钟，然后利用浸过水的湿布块进行冷却处理，根据钎剂和金属的热膨胀系数的差异，从而导致钎剂在铜质管道的表面脱落，以此来避免钎剂会对金属产生腐蚀作用[6]。
4 结论
研究制冷设备的铜质管路的焊接工艺的同时，应该根据接头的形式与受振动载荷两个方面，对接头部位进行归纳分类。接头的类型不同，所需要的钎料和钎剂也不同，这主要取决于振动载荷和管径的大小。
参考文献
[1] 关朋.氟利昂制冷系统管路的计算与分析[J].制冷与空调，2009（5）：159-160.
[2] 高云青，王纪，李颂宏.X80级管线钢全自动焊焊接工艺[J].焊接技术，2010（1）：63.
[3] 杨林丰.焊接实践教学模式探讨[J].焊接技术，2010（1）：107-109.
[4] 张鑫，张柯柯，涂益民，等.急冷型Sn-Ag-Cu系钎料钎焊接头力学性能与显微组织[J].焊接技术，2010（1）：27-28.
[5] 吴永智，宁立芹，毛建英，李海刚.Al/Cu异种接头钎焊和扩散焊的研究进展[J].新技术新工艺，2010（6）：13.
[6] 刘群生，隋继学.氟里昂并联机组的制冷系统管路设计[J].制冷，2008（2）：34-35.
关键词：制冷设备 焊接 铜质管道
中图分类号：TU83 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（b）-0071-02
某一系列制冷设备在生产和输送期间，其中有一些设备的接头以及距接头3 mm范围内的铜管有断裂的情况产生，导致开箱的故障率增高。经过排除法分析研究发现，是由于接头的质量不过关，追究其根源是由于钎料的选择不得当。为了处理这个难题，笔者在本文中就钎料的选择以及接头的连接形式等问题进行了深入的研究和分析。
1 接头的特点与要求
如果要把制冷设备里的所有接头部位，根据接头的形式以及振动载荷的受力等方面做分类处理的话，能够把这些接头分为A、B、C、D四类接头。
1.1 A类接头
所谓A类接头就是在制冷系统当中没有振动载荷的胀管插进去的接头，比如说翅片式换热器里面的U形管道和弯头之间的接头等，就是属于A类接头。因为A类接头的焊接部位不用经受振动冲击的载荷，所以对焊接的韧性方面没有过高的专门要求[1]。这种接头全都是等直径的管道，先利用胀管的办法将一根管道扩张顶端部位的直径，然后在将另一根管道插进胀管的部位。
1.2 B类接头
这种接头则是那些需要经受非常小的一部分振动载荷的胀管插入式的接头，比如膨胀阀、视液镜、蒸发器和电磁阀等零件与零件之间的接头等。B类接头只需要经受很少一部分的振动载荷，因此对焊接的韧性方面也没有很高的要求。
1.3 C类接头
这种接头就是指那些需要经受比较大的振动载荷的胀管插入式的接头，例如排气管和压缩机的接头等。C类接头和上述A类型的接头是一样的接头形式，不同的是压缩机的接口管道普遍是钢质的管道，只是在外表镀了一层铜而已。压缩机和这种接头的振动周期拥有一样的转动速度，但是因为它连接部分的直径相对来说比较大，因此焊接部位能够经受得住较强的冲击。
1.4 D类接头
这种接头则是指需要经受一定程度的振动载荷的不等直径管道连接直接插入的接头，比如蒸发器和毛细管之间、毛细管和干燥过滤器之间的接头。其振动的原因主要是由于压缩机振动对设备产生了影响，从而导致整体发生振动，以至于带动小直径管的自身振动[2]。除此之外，在制冷设备的运输过程中，由于受到外力的冲击，同样会导致小直径的接管出现比较大幅度的位移，并且在接口部位形成比较强的剪切力。D类接头的接头形式是将小直径的管道直接插进大直径的管道，但是因为接头左右两端的管道直径有比较大的差异存在，因此小直径的管道振动剧烈，非常容易在接口出发生断裂。这种接头需要经受的振动载荷一般情况下都来源于管路自身的振动。尽管振动载荷不是很大，可是因为接管的直径太小，焊接的部位不能够经受比较大的冲击，因此对韧性方面有着最高标准的要求。
2 钎料与钎剂的选择
钎料的优劣与否对焊接接头的性能有着决定性的影响，应该从多方面入手进行综合全面的考虑。通常情况下，所选钎料的主要成分应该和母材的成分一样或者相近，并且对母材应该具备非常好的填充与浸润性能，钎料的熔点相对于铜的熔点来说应该比其低40℃～50℃，并且熔化区间越小越好，应该具备非常好的塑性、强度与抗腐蚀性。在制冷系统当中所选用的钎料的主要成分应该是铜（不包括氨系统）。在对低碳钢、黄铜和黄铜之间进行焊接时，可以采用铜磷银钎料、银铜锌钎料和铜磷钎料等等[3]。铜磷银钎料具备良好的填充性能和润湿性能，同时价格低廉，并且在焊接时不需要使用钎剂。而银铜锌钎料在同样具备良好的填充性能和润湿性能的同时，还具备较强的抗冲击载荷能力和良好的综合性能，但是价格相对来说比较高，在焊接时还需要使用钎剂。
由于A类接头因为焊接部位不用承受振动冲击载荷、对韧性没有要求，所以，采用BCU89PAg这类钎料。它的抗拉强度为519 MPa，用于钎接铜时的接头抗拉强度为180 MPa，抗剪强度为169 MPa[4]。由于B类接头所经受的振动载荷比较小、接管直径比较大并且对焊接的韧性要求较低，因此，采用BCu89PAg类型的铜磷银钎料仍然能够满足焊接的要求。因为C类接头所需要经受的振动载荷比较大，并且由于铜镀层比较薄，所要求的焊接温度比较低、时间较短，所以采用Bag25CuZn类型的钎料，钎料的抗拉强度为353 MPa，用于钎接铜时的接头抗拉强度为170 MPa、抗剪强度为165 MPa。由于D类接头的韧性要求很高，所以选择采用Safety-silv45T或者Bag45CuZn钎料，后者的抗拉强度为386 MPa，用于钎接铜时的接头抗拉强度为180 MPa、抗剪强度为177 MPa。钎剂的主要用途是对钎料表面和焊件产生的氧化物进行清理的，进而预防焊件在温度高的情况下持续发生氧化，使钎焊金属表面的湿润性和钎料的流动性得到改善。和银铜锌钎料一起组合使用的钎剂的主要成分普遍是氟化物与硼砂，例如QJ101和QJ102等等。在做选择的时候，通过质检、工艺等部门三人对吸湿性、湿润性和流动性以及焊接后的清洁难度3个方面进行分析和研究，最终决定选择采用STAY-SILV的白色焊膏。
3 钎焊过程控制
首先，安装前要对管道进行清洗。（1）制冷管道在安装前必须进行除锈、清洗和干燥，管内要清洁且不能有水分。（2）可用人工或机械方法清除管内污物及铁锈，再用棉纱、破布浸煤油反复拉洗干净。（3）对于弯管，应用吹洗的方法将管腔清洗干净。
在工艺中，依据钎料性质，规定钎焊搭接长度Lwl等于0.65D2（D2是搭接时候相对较小的管径），但是，3 mm小于等于Lwl小于等于9 mm[5]。需要在焊接之前提前通0.03 MPa的N2，等到焊口冷却到两百摄氏度左右时停止通气，目的是为了使铜质管道内的表面在高温度情况下发生的氧化得以减少，可以为系统内部的干净程度提供保障。黄铜和纯铜、纯铜和纯铜在焊接时选择使用中性焰，而碳钢和纯铜在焊接的时候则选择使用碳化焰。焊接结束后大约等待一分钟，然后利用浸过水的湿布块进行冷却处理，根据钎剂和金属的热膨胀系数的差异，从而导致钎剂在铜质管道的表面脱落，以此来避免钎剂会对金属产生腐蚀作用[6]。
4 结论
研究制冷设备的铜质管路的焊接工艺的同时，应该根据接头的形式与受振动载荷两个方面，对接头部位进行归纳分类。接头的类型不同，所需要的钎料和钎剂也不同，这主要取决于振动载荷和管径的大小。
参考文献
[1] 关朋.氟利昂制冷系统管路的计算与分析[J].制冷与空调，2009（5）：159-160.
[2] 高云青，王纪，李颂宏.X80级管线钢全自动焊焊接工艺[J].焊接技术，2010（1）：63.
[3] 杨林丰.焊接实践教学模式探讨[J].焊接技术，2010（1）：107-109.
[4] 张鑫，张柯柯，涂益民，等.急冷型Sn-Ag-Cu系钎料钎焊接头力学性能与显微组织[J].焊接技术，2010（1）：27-28.
[5] 吴永智，宁立芹，毛建英，李海刚.Al/Cu异种接头钎焊和扩散焊的研究进展[J].新技术新工艺，2010（6）：13.
[6] 刘群生，隋继学.氟里昂并联机组的制冷系统管路设计[J].制冷，2008（2）：34-35.