火焰钎焊在空调生产中的应用.ppt

洛阳理工学院毕业设计（论文）,火焰钎焊在空调生产中的应用研究,机电工程系焊接技术及自动化,姓名：学号：指导教师：崔老师2011.6.5,火焰钎焊在空调生产中的应用研究摘要,火焰钎焊是一种常用的焊接方法，它具备多方面的优点。本文以空调生产中的管路焊接为研究对象，通过对空调的结构分析，焊接材料的选择，焊接工艺的制定，焊接缺陷分析及注意事项等研究，阐述了火焰钎焊在空调生产中的重要性。由于空调管路对强度和气密性要求比较高，因此对火焰钎焊有了更高要求。焊接质量的好坏关乎空调的性能，合理选择钎料和钎剂，制定合理的焊接工艺对减小焊接缺陷有至关重要的作用。空调两器和管路焊接时容易出现的焊接缺陷有：1钎焊后接头强度和气密性低2容易发生接头气孔3母材局部氧化烧损严重4接头夹渣、夹气我们通过焊接试验和焊接工艺评定来确定最合理的焊接工艺参数并严格实施。关键词：空调两器及其管路，火焰钎焊，焊接质量，焊接缺陷，焊接工艺,前言,空调即空气调节器(roomairconditioner)，空调系统利用制冷剂的压缩循环，实现对室内环境温度的改变，同时通过新风系统保持室内的空气清洁、新鲜。空调按用途分为家用空调，车用空调等，由于其制冷原理和结构都相似，而本文主要研究的是车用空调。与家用空调相比，车用空调要承受剧烈而频繁的震动和冲击，这要求车用空调的零部件应有足够的强度和震动能力，接头牢固并密封可靠；其次，由于车内成员密度大，要求车用空调系统单位面积的制冷、制热能力要强：第三，由于车厢内外温度相差较大，因此要求车用空调降温升温速度要快。另外，车用空调还应具有除霜（除雾）功能以及结构紧凑、质轻等特点。由于车用空调特殊的要求，对其个零部件，和管路的连接有了更高的要求。焊接时有了要高的要求，要严格按照所制定的焊接工艺执行，对焊工操作者增加了要求。空调中需要焊接的部位主要有扩口（缩口）通过焊接、毛细管焊接、分液头焊接、分液器焊接、叉型管焊接、两器U型管与弯头焊接等。,第1章车用空调概述及发展现状,车用空调概述空调系统利用制冷剂的压缩循环，实现对车厢内的空气降温的目的，同时通过新风系统保持车厢内的空气清洁、新鲜。车用空调由压缩机、冷凝器、节流元件、蒸发器、风机及必要的控制部件构成，用于调节车室内的温度、湿度，给乘员提供舒适环境的空调系统。交通工具主要指各种汽车、铁道列车车厢、飞机和船舶。与建筑空调相比较，交通工具的空调有如下特点：每个乘客占的面积小，尤其是运输高峰期的满员车辆；空调空间的围护结构中，玻璃窗面积占的比例较大；行驶的地区环境变化大，设计负荷必须考虑严寒和酷暑的气候条件；空调设备的质量和尺寸受到较大的限制，并要求有很高的可靠性；设备、控制仪表等均应有耐震要求；由于人员数量多变，外部环境多变，应采取必要的负荷调节措施。,汽车空调的分类,汽车种类繁多，有轿车、中小型旅行车、大型客车等，其通风、供暖和空调的要求也不尽相同。按驱动方式分为非独立式和独立式，非独立式又称被动式，以汽车发动机为动力直接驱动压缩机工作；独立式汽车空调装置的压缩机是专门设置的辅发动机带动。按机组型式分为独立整体式和分散式，独立整体式是把空调装置的各个组件统统装在专用机架上，自成体系；分散式是指压缩机，冷凝器和蒸发器各自独立的总成，分散安装在汽车的适当部位。按蒸发器和冷凝器的布置方式为内置式、顶置式、混合置式、被置式。,汽车空调的结构与原理,汽车空调系统主要由制冷部分、电气控制部分、取暖部分和操纵机构组成。汽车空调系统的制冷部分主要有压缩机、冷凝器、蒸发器、节流降压装置（孔管或膨胀阀）、储液干燥器（或积累器）和连接管路等组成。客车空调，小型客车多以主动机带动空调压缩机，少数也有辅机带动，特殊用途车也有用地面电源驱动。压缩机则有活塞式和螺旋式两种。通常压缩机、蒸发器、冷凝器等全套制冷系统与辅助发动机均装在一个机架上，构成独立空调装置。,制冷系统工作循环,压缩过程：压缩机吸入蒸发器出口处得低温低压的制冷剂气体，把它压缩成高温高压的气体，然后送入冷凝器。此过程的主要作用是压缩增加，以便气体易于液化。压缩过程中，制冷剂状态不发生变化，而温度、压力不断升高，形成过热气体。冷凝过程：高温高压的过热制冷剂气体进入冷凝器（散热器），在冷凝风机的作用下，通过冷凝器向周围环境散热。由于压力及温度的降低，制冷剂气体冷凝成液体，并放出大量的热。此过程作用是排热、冷凝。冷凝过程的特点是制冷剂的状态发生变化，即在压力、温度不变的情况下，由气态逐渐向液态转变。冷凝后的制冷剂液体是中温高压液态制冷剂。制冷剂液体过冷，过冷度越大，在压缩其蒸发吸热的能力也越大，制冷效果越好，即产冷量相应增加。节流过程：高压中温制冷剂液体经过贮液器、干燥过滤器干燥过滤后经膨胀阀节流降温、降压，变成低温低压的气液混合物（雾状小液滴）进入蒸发器。蒸发过程：经膨胀阀节流后的低温低压气液混合物进入蒸发器，在蒸发风机的作用下，吸收周围环境的热量汽化成低温低压的气态制冷剂，经压缩机吸入再次进行压缩，完成一次制冷循环。在压缩机不停的作用下，上述制冷过程连续不断地进行，从而实现制冷作用。,目前车用空调发展现状,目前国内汽车空调市场基本被上海三电、上海三电贝洱、奥特佳、电装、松下、建设以及杰克塞尔几家大企业所垄断，并且在乘用车空调领域（轿车、SUV、MPV）、货车空调领域、客车空调领域都形成了主要竞争格局，竞争形势严峻，内资中小企业的生存更加艰难。与国外企业相比，我国汽车空调行业起步较晚，20世纪80年代初仍是空白，汽车空调主要依赖CKD组装。随着汽车工业迅速发展，汽车空调市场需求日趋增长。由于当时大多数企业技术装备不符合生产需求，不少企业陆续从国外引进技术和生产设备，也有很多地方开始招商引资，争上汽车空调项目。从那时起，国内掀起了汽车空调热，大规模重组由此出现。从20世纪90年代开始，国内汽车空调产业开始快速稳步发展。由于各企业引进的技术、设备来自不同国家，行业没有统一技术标准可依，各自为政，加上缺乏核心技术，我国汽车空调业承受着来自国外同行的威胁。国际上，汽车空调压缩机生产一直集中在日本和美国几大公司中。日本电装占鳌头，技术水平位居前列，市场份额约占全世界的1/3。此外，杰克赛尔、三电、精工、松下、三菱重工等都是世界空调压缩机行业龙头企业。美国主要是德尔福、伟世通和克莱斯勒三家。如今，这些企业在中国基本上已建立合资或独资公司，其中不少在我国拥有不止一家生产基地。这些公司，占据了中国车用空调压缩机很大一部分市场。总体来看，目前本土车用空调企业仍居劣势，大部分整车配套市场掌握在外资公司手中。随着国内汽车空调制造水平进步，也出现了几家优秀企业。如重庆建设、南京奥特佳等。此外，浙江、广东等地区出现小范围的车用空调产业集群。,本文研究的意义,车用制冷空调系统管路的焊接强度和气密性，直接影响整个机组的可靠运行。统计空调机组出厂试验及售后维修的质量问题发现：87%是因为机组系统管路堵塞或漏氟所引起的机组故障。而解决这一问题的关键是采取有效的工艺措施，提高铜管的钎焊质量。本文主要从如何让提高空调管路钎焊工艺面进行研究。,第2章车用空调结构分析,对车用空调的结构分析对研究空调的火焰钎焊有很重要的意义。汽车空调所需焊接的部位主要有扩口（缩口）通过焊接、毛细管焊接、分液头焊接、分液器焊接、叉型管焊接、两器U型管与弯头焊接等空调两器结构分析空调的蒸发器和冷凝器统称为空调两器。但结构相似，都是由U管，弯头和翘片组成。通过叠片、穿管、胀管等工序加工成办成品，再将弯头按照设计的接管方式，多采用自动钎焊将U型管连接成一个或多个密封回路。,图2-1管片式冷凝器图2-2蒸发器结构图,图2-3蒸发器图空调两器所需焊接的部位有弯头和U型管的焊接、U型管与集气管的焊接等,空调储液器结构分析储液器通常可按其结构可分为多种。所焊的储液器为壳体与弯管、壳体与U型管或Z型管的组合图2-4储液器的结构图,空调其它管路的结构分析空调的其它管路焊接部位指的是视液镜两端的管路连接、截止阀两端得管路连接、毛细管的连接、干燥器连段的连接、分液头的焊接和分液器的焊接等。由于各管路的粗细不同形状各异，但连接方式大致相同。,第3章焊接方法、原理、设备特点工艺参数,焊接方法的选择空调两器指的是冷凝器和蒸发器，但结构相似，都是由U管，弯头和翘片组成。通过叠片、穿管、胀管等工序加工成办成品，再将弯头按照设计的接管方式，多采用自动钎焊将U型管连接成一个或多个密封回路。由于管路系统多而复杂，焊接量大，目前以火焰钎焊为主,钎焊概述,钎焊不同于熔化焊接，钎焊仅是钎料熔化，母材不熔化；在熔化焊中焊材和母材都熔化。同熔焊方法相比，钎焊具有以下优点：1钎焊加热温度较低，对母材组织和性能的影响较小；2钎焊接头平整光滑，外型美观；3钎焊焊件变形较小，尤其采用均匀加热（如炉中钎焊）的钎焊方法，焊件的变形可减少到最低程度，容易保证焊件的尺寸精度；4某些钎焊方法可一次可焊成几十条或成百条钎缝，生产效率高；5可以实现异种金属、金属与非金属的连接。当然，钎焊也有不足之处。例如，钎焊接头的强度一般比较低，耐热能力较差较多采用搭接接头形式，增加了母材消耗和结构重量，因此，必须根据产品的材料、工作条件和结构特点，选择合理的连接方法。钎焊较适宜于连接精密、微型、复杂、多钎缝、异种材料的焊件。,钎焊加工原理,在钎焊过程中，将钎焊组件的温度提高到钎料熔点以上，组件之间的接头空隙如图所示，在大多数场合融化的钎料和母材相互作用导致在钎料凝固时生成冶金结合。图31所描述的是相对简单的钎焊示意图,火焰钎焊的应用,在很多工业生产中可以找到应用火焰钎焊的场合，这种钎焊方法不受产品数量限制，一个接头到几百几万个接头都可以很便宜的使用火焰钎焊加工出来。加热器具、空调器和制冷工业利用火焰钎焊方法连接这些产品中的大量管路接点；在压缩机工业中，管子被连接到压缩机壳体上既可以采用手工火焰钎焊也可采用半自动的带有火焰设备的转位工作台完成钎焊。在管件工业中，大部分黄铜和紫铜水龙头组件是靠自动火焰钎焊连的。一些产品，例如碳素工具钢、汽车部件、家具配件、家庭用品、阀门等，每年靠火焰钎焊加工几百个接点。,火焰钎焊工艺方法和参数确定,钎焊接头设计钎焊接头的设计是影响钎焊质量和接头性能的重要因素，在在设计钎焊接头是必须要考虑以下几个方面：接头的行形式、钎料的放置方法、街头的定位方法和装配间隙。良好的接头设计对获得优质钎焊接头是必不可少的。,1空调管路钎焊接头形式如下图31所示2搭边长度搭边长度类论可按下式计算，即L=bt式中母材板厚，mm；b母材抗拉强度，Mpa；t钎焊接头的抗拉强度，Mpa。生产中可更具经验式L=（23）选取搭接长度，薄件时为装配方便，取L=(45)。搭接长度太短，不能满足强度要求，若太长，不但消耗材料，增加构件质量，而且，还会产生低应力破坏。,接头间隙为保证接头钎缝强度和致密性，焊接接头间必须留有适当的间隙。间隙太小，某些焊料不能流过小间隙。另外，铜管的毛刺或不规则的边缘会影响钎料的流动或部件的装配间隙，所以，通常配管前要注意对毛刺进行清理。不同母材、不同钎料常用的接头间隙不同。经过工艺试验，我们总结空调管路焊接设计间隙一般取0.050.1mm（单边），对直径较大的管16mm以上），间隙取0.15mm（单边），22mm以上的管，间隙取0.15mm（单边）。,综上所述U型管接头设计如下焊接设备的选择用于火焰钎焊的设备，无论是手工的还是自动的，都要完成几种功能。它必须有你能力以正确的混合和正确的流速，将燃气和氧气（或空气）送到焊炬的焊嘴上。这些参数将影响火焰温度、加热速度、火焰气氛的性质。在自动钎焊的场合下，必须允许设备在钎焊中自动加钎剂、加热及冷却，以生产出牢固的满足使用要求的接头。,燃气燃烧的特性随氧气与燃气比例的变化，对每一种火焰状态，火焰的特性和效果是不同的。在火焰钎焊中最常用的火焰状态是还原焰和中性焰。氧化焰不被推荐到火焰钎焊。当碳氢燃气在没有通过焊炬补充氧气或空气的条件下燃烧时，通常会产生微黄色的火焰，因为空气中的氧不能完全支持燃烧，所以存在烟尘微粒。这种火焰不能用于钎焊。当氧气与液化气的比例改变时，火焰的性质及其应用也相应改变。中性火焰、还原性火焰、氧化性火焰，分别如图32（a）、（b）、（c）所示。,图3-2不同氧气与燃气燃烧时火焰的状态,钎料的选择,钎料是在钎焊过程中加入的一种金属或合金，它们的钎焊温度在液相线温度以上。钎料在钎焊过程中起着非常重要的作用。钎料是钎焊时的填充材料，钎焊件依靠熔化的钎料连接起来，钎料自身的性能及其母材间的相互作用在很大程度上决定了铅焊接头的性能，因此钎焊接头的质量主要取决于钎料。钎料的选择受钎焊母材、加热方式、工件使用要求、钎焊温度、接头设计、钎料形状和施工安全等因素影响。钎料温度的选择主要取决与：要连接的材料；所使用的钎料；采用的钎焊工艺；设计接头的形状(包括接头间隙)；空调的管路多为紫铜和黄铜，从经济效益和使用要求一般选择使用铜基钎料。,钎剂选用,钎剂是在钎焊过程中用于防止工件表面氧化、清除母材和钎焊表面氧化物，其目的是通过防止母材和钎料氧化，配合钎料促进钎焊接头的形成。钎剂在钎焊中起溶解和清除焊料和母材表面的氧化物、改善钎料对母材的润湿能力、促进界面活化及有效的保护焊件和液态钎料在钎焊过程中不被氧化的作用。某些钎料，对一些合金起自钎剂作用，例如铜磷钎料在铜钎焊中起到钎剂作用。铜磷钎料（BCuP）仅在熔化的状态下有自钎剂作用，并能在加热和冷却的热循环中自身氧化。,焊前清理,焊前清理是钎焊前十分重要的准备工作之一，如焊接前焊缝处存在油污或氧化物，必须将焊件清洗干净，以便使钎料在结合面上良好的湿润和流布。母材上的所有的污垢、脂肪油、残留的油漆和氧化物都必须清除。使用有机溶剂脱脂通常可以洗去各种油。然而，这些溶剂通常不能清除氧化物和为了防止进一步氧化而涂抹的有机涂层。清洗应保证清理掉污物，而不影响母材。采用轻轻地磨削管口和插口是最好的方法，应使用合适的线性锉、细颗粒的砂纸和纱布。在机械清理之后，应避免在管口连接面上的颗粒。,加热,将工件接头上下两部分尽可能均匀地加热到钎焊温度730830，焰芯距工件表面应保持1520mm的距离，并用滚动和扫动焊枪的方法保持温度。注意拿住焊料靠住焊枪火焰外层使之预热，仅达到钎焊温度后才开始加钎料（加入钎料时，必须从火焰加热方向的背面添加焊料）用铜管的热量使焊料熔化，通过毛细管作用力使焊料吸入整个接头中。不应当用火焰直接加热使焊料熔化。注意加热时要温度均匀，防止过烧。待液态钎料填满间隙后，移开焊料，同时火焰焰芯与焊件的距离应加达到3545mm，以防钎料过热或焊件过烧，从而使接头的性能变坏。火焰应该沿着管路轴向移动，在套管或管路上的同一个部位加热时间太长将导致局部过热，使钎剂失效，管路变形，甚至烧破工件。,综上所述空调钎焊参数如下：,焊后处理1钎焊接头的冷却2焊接后如发现焊缝有焊渣，因焊渣对接头有腐蚀作用且影响外观，故须进行清理。3焊后接头表面喷涂,焊接检验,在制冷管路系统中，钎焊接头中致密性是最容易发生故障的缺陷，通常采用氦质朴检漏仪对接头进行逐个接头的致密性检查。气密性实验也是检验钎焊接头质量的常用方法，将充满气体的管路接头放到清洁的水中，观察有无气泡溢出。制冷系统的接头强度和寿命通常是靠钎焊选择材料、接头设计来保证的。空调两器焊接后要进行气密性试验，一般充氮气，气压大约为2.25Mpa，浸入到清洁的从水中，时间不小于3分钟，观察无气泡冒出为合格。在其它管路焊后，在总装时，要对管路系统充氮气，在连接部位涂上肥皂水并进行检查，不产生肥皂泡沫为合格。总成后要充氮气0.81.2Mpa，保压24小时候在测试气压检验。,第4章空调焊接中主要存在的问题,空调在火焰钎焊时容易出现的问题有：接头强度不足；接头存在气孔；接头夹渣、夹气；接头部位易形成氧化皮；接头开裂；接头局部过热甚至烧流；接头未钎透等缺陷。,问题产生原因分析及防治措施,接头强度不足的原因很多，主要是由于接头形式不符合要求，接头的装配间隙过大，破坏钎料的毛细管作用，钎料不能填满接头间隙而流失，因而造成接头强度降低。要提高接头强度主要从接头设计着手，合理设计接头形式和间隙及搭接长度。,接头产生气孔是的原因是：1钎焊温度太高或保温时间太长2钎剂反应生成的气体和钎料中溶解的气体3钎焊金属析出的气体4钎焊前没清洗净接头防治措施：降低钎焊温度，缩短保温时间；钎料除气，选择合适的钎剂和钎料；母材选择是不能选择含气体和夹杂物得材质；仔细清楚焊件表面氧化膜。,接头夹渣、夹气产生的原因：1在平行间隙中，由于液体钎剂、钎料的填缝速度不均匀、填缝前沿不规则引起“小包围”所造成；钎剂未去膜或未安全去膜处发生“小包围”而形成夹渣或夹气-夹渣2钎料沿焊件处外围流动较快而造成“大包围”所造成3加热不均匀4间隙尺寸不正确防治措施：选择合适的间隙避免过大或过小；钎料从一端加入；注意钎料和钎剂的熔点匹配；钎剂用量要适中。钎缝中产生裂纹的原因：钎焊后冷却太快；钎料和钎焊金属线膨胀系数相差太大；接头设计不合理；形成脆性扩散区。防治方法主要有：减慢冷却速度；选择线膨胀系数与钎焊金属接近的钎料；降低钎焊温度，缩短保温时间。,第5章空调火焰焊接中主要注意事项,接头设计、装配和毛细作用制冷空调系统的连接多采用铜管套接钎焊方式。2个配接的铜管的径向间隙，对钎焊质量有很大的影响。通常2个管之间的单边间隙在0.050.25mm时能获得较好的钎料毛细填缝作用、良好致密性和较高的接头强度。而这一点往往被设计人员所忽视，在企业工作所见许多管路零件图上只标注了管子长度尺寸，未标注接头装配尺寸(铜管内、外径和插人深度)。铜管套接时的长度对性能也有影响:长度过短，影响接头强度;长度过长，钎缝难以完全填满，钎剂残渣、气体不易排除，还会产生应力破坏。,制冷空调系统火焰钎焊多使用中性焰，氧气、乙炔中性焰的距离、温度分布见图51。使用单头钎炬时通常使用距离焰心1525mm处的外焰(120025000C)加热接头区。火焰应首先加热接头处的插人管部分，然后再重点加热外层套管，通过热传导加热内管，火焰应沿着管路轴向上下移动，同时绕周向摆动(空间允许时)。如管路直径大于50mm或管壁较厚时建议使用多头钎炬或两人对烧，其目的是使接头加热均匀。,其他常见问题和注意事项1）配管滚切后应铰孔，以清除毛刺或不规则边缘，否则会影响钎料的流动和部件的装配间隙。2)在可能的情况下，插人管件时适当地旋转几下，以纠正形变和保证间隙均匀、对中。3)毛细管焊接插人深度不够，易形成钎料堵塞。4)铜管套接时，常向内壁充氮气保护，以防止高温时内壁产生氧化膜。不合理的充氮方式见图52，这样充人铜管内的是氮气和空气的混合气体，不能起到良好的防氧化作用，还浪费氮气，应该堵住进口周边，防止空气的进人，使管内充人氮气。,5)施焊开始时钎料上不能蘸过多的钎剂，因为多余的钎剂会流人管路内部，难以清除，会对制冷系统产生腐蚀。这也是引发系统慢性泄漏的原因。6)钎剂活性不良、过期失效时也会出现纤缝致密性缺陷，焊工要时常注意检查。7)当母材加热不充分时，将出现“冷接头”具有凹凸不平接缝外观，钎料甚至显球状。氧化物、油污等杂质未清干净，液态钎料会聚成球状而难以铺展。8)使用铜锌钎料(黄铜)焊接要注意温度的控制，不能过热，否则在接头中锌的蒸发会引起沙眼，火焰钎焊时要用氧化焰，以减少锌的蒸发。9)过高的温度会造成钎料的流失，还可能引起钎料中低沸点元素蒸发，产生溶蚀现象和脆性金属层，使接头的力学性能变差;温度过低，钎料黏度增大，流动性差，填不满接头间隙。若加热不均匀，前述2种不良现象都会出现。10)翅片换热器一端被焊弯头直管段过小或没有，套接施焊时产生倾斜，造成一边接头间隙过大，另一边过小，从而产生未钎透缺陷。11)钎焊后将焊件放到水中或浇水有利于去除残渣和氧化膜，提高接头强度，但最好不要立刻浇凉水，因为接头冷却速度过快，易形成过大的内应力，产生裂纹，使气体来不及逸出而形成气孔，产生漏点。,结论,通过本文的研究，关于空调火焰钎焊得出以下结论火焰钎焊时选择的钎料为BCu93P，规格为1.6mm丝火焰钎焊黄铜管路是必须使用钎剂，常用钎剂为硼酸三甲酯+甲醇+丙酮，钎焊紫铜管路时由于钎料的自钎剂作用可不选钎剂钎焊温度一般为730830，焊炬离工件距离为5065mm焊后检验方法一般为气密性试验本文对空调火焰钎焊的研究对其它行业有借鉴意义,