一种铜铝管无钎剂钎焊方法技术

本发明专利技术公开了一种铜铝管无钎剂钎焊方法，该方法先采用热胀法将铜、铝管任意一支的一端扩成承插口，采用冲压成型方法将钎料合金片制成钎料薄管放置于承插口内，然后将另一支焊接管的一端插入钎料薄管内使其端口紧抵承插口底部形成紧密配合，再装配在焊接夹具上对接头部位进行局部感应加热，施加适当的焊接压力和超声振动。通过该方法可以实现薄壁铜铝管的无钎剂钎焊，熔合线长、焊缝致密、无夹渣，大大改善了接头气密性和结合强度，可靠性高，焊接时间短，有着很大的生产使用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属材料间的钎焊方法，尤其是一种铜铝管间无钎剂钎焊的方法。
技术介绍
铜铝管的连接技术在制冷行业被广泛应用。采用铝管替代铜管作为换热器内部管道、连接管、循环系统管道的主材料，不仅可以减少设备重量，还能大幅度的降低产品成本。 正因为如此，薄壁铜铝管连接技术的开发一直以来都是制冷行业关注的热点。铜铝管接头的技术指标包括接头强度、耐腐蚀能力以及气密性，而影响这些技术指标的因素主要有接头溶合线长度，接头内应力、接头杂质和气孔含量、以及接头组织的构成与分布。由于铜铝异质金属连接时存在一系列难点，如铜与铝的物理性能(熔点、热导率、线膨胀系数、熔化热等)差异较大，直接焊接时容易在焊缝中残存较大的内应力；此外， 铜铝之间容易形成层状的脆性金属见化合物，该化合物将对铜铝管接头的接头强度、耐疲劳性、以及可塑性等造成重要影响；再者，铝材表面存在的致密氧化铝薄膜对母材表面的润湿产生了很大阻碍作用。因此，缓解异质母材间物理性能的差异，减少层状脆性金属间化合物的形成，以尽可能的促进母材表面的润湿并增加熔合线的长度是获得优质铜铝焊接接头的关键。目前生产上常用的铜铝管连接方式主要为固相焊和钎焊。其中，铜铝管的固相连接方法主要包括有摩擦对焊、电阻焊以及储能焊三种，由于是铜与铝的直接结合，因此通过这些方式制备的铜铝接头都有着一定厚度的脆性金属间化合物(IMC)并残存有较大内应力；这些方法在实施过程中均需要对母材施加较大的顶锻压力，并进行剧烈的相互摩擦或放电以使母材局部熔化，因此该类方法不适合于超薄铜铝管(如管壁厚度低于O. 5mm)的连接；再者，通过固相焊的方法很难获得有较长熔合线的铜铝管接头(一般小于5mm)。相比固相焊，钎焊在异种材料的连接中要更为普遍。与熔焊和固相焊相比，钎焊中钎料的使用缓解了异质母材间物理性能的差异，增强了接头的耐疲劳载荷能力；此外，钎焊还具有对复杂工件的适应性强，接头密封性好，溶蚀母材能力弱，在线生产能力强等众多优点。然而钎焊也有着较为突出的劣势，那就是必须使用钎剂。当通过钎焊的方法来制备铜铝管接头时，钎剂的使用一方面容易在焊缝内产生气孔和夹杂，从而极大地降低接头的耐腐蚀能力；另一方面还容易造成从焊缝中溢出的钎料在管壁上粘接，使得焊后除渣困难。此外，在有钎剂钎焊中，焊缝在升温的过程中一旦温度达到钎剂的活化温度，母材表面便被钎料所润湿，从而增加了钎料与母材的反应时间，钎料与母材间较长的反应时间，一方面将造成母材的过度溶蚀，从而不利于薄壁铜铝管接头的制备；另一方面还易滋生较厚的脆性金属间化合物，从而导致较差的接头可靠性。中国专利申请CN102151930A异质金属材料间的钎焊方法，公开了一种通过超声振动辅助实现异种金属管材或棒材的无钎剂钎焊方法，该专利申请对超声辅助铜铝管无钎剂钎焊的原理、接头形状、卡具以及相关技术指标等作了详细说明。但通过进一步的研究发现，采用该专利技术方法所制备的铜铝管焊接接头熔合线较短、焊接成功率低等缺点，而且该方法不适用于超长管以及非直管接头的焊接。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种铜铝管无钎剂钎方法，采用本专利技术方法可获得较长熔合线铜铝管焊接接头。本专利技术采用的技术方案是，所述铜、铝管均包括需焊接的直管段，所述钎焊方法包括钎焊预置接头的准备步骤和超声振动辅助钎焊步骤，所述钎焊预置接头的准备步骤包括以下分步骤Al、将所述铜、铝管任意一支的直管段作为第一焊接管，采用热胀法将其一端扩成承插口，另一支的直管段作为第二焊接管；所述承插口包括承插直管部和承口过渡部，所述承插直管部的内径比第二焊接管的外径大50-800Mm，承插直管部的深度为5_20mm ；A2、采用冲压成型方法将钎料合金片制成钎料薄管，所述钎料薄管的内径比第二焊接管外径小0-50Mm，钎料薄管的管壁厚度比所述第一焊接管承插直管部内径与第二焊接管外径差值的一半大0-50Mm，钎料薄管的长度比所述承插直管部的深度大I-IOmm ；A3、将所述钎料薄管放置于第一焊接管的承插直管部内，随后将第二焊接管的一端插入钎料薄管内使其端口紧抵第一焊接管的承口过渡部，所述第一焊接管的承插直管部与钎料薄管、钎料薄管与第二焊接管之间形成紧密配合，得到钎焊预置接头；所述超声辅助钎焊步骤包括以下分步骤BI、将钎焊预置接头装配在焊接夹具上将第一焊接管、第二焊接管中的一支采用固定装置夹紧，而另一支焊接管装配在限定夹具上以使该管仅能沿其轴线方向上滑动(可轴向滑动的焊接管);B2、通过感应加热的方式对焊接预置接头的承插口部分进行局部加热使钎料薄管温度达到焊接温度，对可轴向滑动的焊接管施加沿该管轴线方向的焊接压力，压力大小为O.5-1OMPa ；B3、对可轴向滑动的焊接管施加超声振动，超声作用时间为O. 5-20秒；B4、在超声振动停止后或者超声振动停止前O. 1-5秒关闭感应加热,并继续保持压力装置的压力直至焊接接头冷却至20-300°C。其中所述的钎料合金为铝基钎料、锡基钎料、锌基钎料、铜基钎料或者银基钎料合金。作为进一步的改进，所述步骤B2中通过超声变幅杆从可轴向滑动的焊接管的顶部直接施加焊接压力，步骤B3中超声振动的方向平行于焊接管的轴线方向。作为进一步的改进，所述步骤B3中的超声振动从可轴向滑动的焊接管的侧部以单点或者多点点接触式超声振动的方式施加，超声振动的方向垂直于所接触管壁的切面， 超声变幅杆与管壁的接触压力为O. l-5MPa。作为进一步的改进，所述步骤BI中的限定夹具为超声变幅杆，所述超声变幅杆的头部包括紧固装置，所述超声变幅杆具有平行于焊接管轴线方向的自由度，所述紧固装置用于固紧所述的另一支焊接管使该管仅能沿其轴线方向滑动；所述步骤B2中的焊接压力和所述步骤B3中的超声振动通过所述超声变幅杆的紧固装置施加，所述焊接压力的方向平行于所述焊接管的轴线方向，所述超声振动的方向垂直或者平行于所述焊接管的轴线方向。优选的，上述技术方案中，所述步骤B2中的焊接温度比所述钎料合金的熔点高 1-150。。。优选的，上述技术方案中，所述步骤B3中超声振动的频率为10_70kHz，振幅为 8_60Wno本专利技术的铜铝管无钎剂钎焊方法具有如下有益技术效果1、本专利技术方法中焊接接头采用杯型管口及紧密配合的整体钎料片方式，结合超声在焊缝内的均匀作用促进了熔合线的形成，实现了较长熔合线焊缝的制备，而且接头致密、孔隙率低、焊缝组织细密均匀，从而大大改善了接头气密性和结合强度；2、减少了层状IMC的形成，其IMC层能有效控制在3Mm以下，大大低于铜铝焊接接头中因脆性IMC引起接头时效时的IMC层临界厚度值(约10Mm)，提高了接头的可靠性；3、在超声振动施加之前母材与钎料间将不发生润湿反应，从而缩短了钎料与母材的反应时间，减弱了钎料对母材的溶蚀，适合于薄壁铜铝管的连接；4、在接头管壁外的区域即便有钎料溢出也会因为管壁的抖动而被甩离管壁；铜铝管插入管口与杯型扩口底部配合紧密加上在铜铝管轴向施加有恒定压力，使得熔融钎料将很难在管内溢出，因此采用该方法焊接后基本无顽固残渣；5、本专利技术方法焊接时间短，生产效益高，可以实现自动化焊接；6、通过改变超声振动施加位置，可以实现弯管以及较长铜铝管的连接。附图说明图I是超声振动作用于铝管顶部的焊接示意图2是超声振本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李明雨，肖勇，马鑫，
申请(专利权)人：李明雨，深圳市亿铖达工业有限公司，
类型：发明
国别省市：