1、- 38 - 化工建设工程 2001年第23卷第3期铜管典型焊接方法的应用宋克俭(淮南工业学院职业技术学院，谁南2307)摘要着重介绍紫铜管焊接中，钎焊焊接技术的原理、焊接工艺和实例。关键词铜管钎焊工艺应用实例工业上使用的铜管，主要有纯铜(又称紫铜)和铜台金。相对来说，紫铜的焊接以熔焊居多。本文以紫铜管钎焊方法的应用，简要介绍钎焊的原理、钎料及钎剂的选用、钎焊工艺和特点。1 概述国产工业纯铜的代号、成分和用途见表1。裹l 工业纯铜的代号、成分和用连纯铅号 代号 Cu(1 塑 月逮Bi p I 一一号铜 T1 99蛄 0(12 0005电线 电境、化工用蒸二号铜 亿 99帅 0 (12 j o0
2、05 j发器、储存器和各种管道三号镉 13 9970 0002 i 00l0 l电器开关、垫圈、垫片、四号铜 T4 9950 0 003 I o050 I铆钉、管嘴、油管、管道纯铜的密度为89，熔点1083，结晶后具有面心立方品格，无同素异构转变。钝铜的强度不高(cb=2002 mtd)，硬度较低(rmscw)4o一50，杂质主要有铝、铋、氧、硫、磷等，均会降低纯铜的导电性、耐腐蚀性能。以美国柯达公司在国内某厂胶片生产车间，部分介质采用铜管输送，规定选用钎焊施工为例，介绍分析钎焊技术的应用。11 工艺条件是设计选用的铜管为紫铜管，牌号为幔Y-其化学成分见表2，相当于表l中的Tl、rI2。裹2
3、啦Y的规格戚份组别 牌号 产品规格 成份0l()j p() Bi() ()99蝤0。 9x10 9993l 0(122 O1 01忱2x11 99帅i 0仇9 O1 O位99qq607 TPzY 铜管 6xI3 9991】0位3 0l O位9990509 35 xl 4 99901 0 018 0 1 O 仍299晒1 x1 8 99921 0 021 0 】 O 212 输送的介质、压力、温度见表3表3 介质、工作压力和工作温度2 钎焊原理及特点21 钎焊原理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，填充接头间隙并与母
4、材相互扩散实现连接焊件的方法。22 钎焊特点钎焊与其它熔焊方法相比，其优点是：加热温度低、焊件组织和力学性能变化较小，变形较小、接头光滑、平整、美观，可连接不同的材料，生产效率高。其主要缺点是接头强度相对较低。3 钎料及钎剂的选用31 选用的原则为达到外方规定的工艺要求及质量(费洛丹尼尔的企业标准：“铜及铜台金软钎焊接头标准”，以下简称丹尼尔标准。)。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，在规定的工艺条件，不因液化而偏析也不应有
5、强挥发性并不含对母材有害的元素；(4)利用此钎料得到的钎焊接头应满足规定的物理、化学性能和力学性能。32 钎料的选用根据“丹尼尔标准”和上述原则，特选用牌号HLSn60PbSbA(即60A锡铅锑焊料)作为钎料，其熔化温度区间为183oC190oC；强度(廿b)为46MPa，主要成分是sn为(59 61)、Sb(03 08)，余量为Pb。此焊料相当于我国的HI10。33 焊剂的选用331 基本要求能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；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；增强表面活化作用，增加钎料流动性，改善液态钎料对钎焊金属的润湿
6、。维普资讯 http:/2001年第23卷第3期 宋克幢：铜管典型焊接方法的应用 39332 钎剂选用为满足上述基本要求，特选用牌号为 A的松香类有机钎剂，其适用温度范围是150C300C，其主要成分是松香30、水杨酸2_8，三乙醇胺14、余量则为酒精。经使用适用于此类钎焊。4 接头结构设计紫铜管连接时，其接头形式，作者推荐采用承扦连接，确保连接强度和密封性能。4I 接头形式为了保证钎焊连接易于实施，应检测接头部分的尺寸，加工精度，配合尺寸及配合间隙。同时还应检查弯头、管接头和三通等管件。接头形式如图1(a)、图1(b)，配合尺寸见表4；配合间隙如图2(a)、图2(b)，因为接头配合间隙对钎焊
7、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，过太则钎料流失严重，因此，推荐采用：(1)垂直位置：配合间隙：8=005010mm；(2)水平位置：配合间隙8=010020nr-。曲瑟(b)插入端 承插墙圈1 承插连接嫡构示意田寰4 瞥于管件尺寸 R K F C T 0管 I n12 I1508 15 9 1400 l5 l6 ” 074 214计 l笠 15 笠25 21 笠28 2238 I9 O钳 l81 l船5o 船63 240D 船65 2875 0D 102 24891 5 l4117 41 33 290D 4135 4148 船0D 130 竹342 l 55
8、g7 54 360D 54晒 5418 34 0D 1 54 49 28圈2 承插连接配合阃际示蠹圈5 钎焊施工51 切管建议采用专用切管器，其特点是切除的管口变形小，端口平整且毛刺较小。切管后用半圆锉修去管口处的毛刺，再用3 4 砂纸仔细打磨，直至符合要求。52 表面处理521 表面去油建议采用丙酮处理，即先用汽油轻轻擦去待焊管子、管件表面的油污，再用丙酮洗净，而后吹干即可。522 去氧化膜建议采用混合溶液处理，因管子、管件的表面氧化物主要是Cu20、CuO其化学稳定性较差，易被还原清除。可选用125(体积百分比)的 SO4、1 3(质量百分比)的N c03与 O的混合溶液。将管子、管件连接
9、段浸入该溶液中35rMn，温度保持在2O 77，尔后用清水冲净即可。清洗干净后的焊件应立即进行装配或妥善保管。53 装配定位531 根据配合间隙的规定，仔细选配管子及管件。将插入端外表面涂抹一层钎剂，伸人承扦端管孔内，然后轻轻转动，使管孔内表面各部分能均匀涂抹上钎剂，再用棉布将管孔内多余的钎剂擦掉。532 为保证连接接头管子与管孔之间的配合间隙均匀一致，定位时应特别注意，对小尺寸管子及管件，可利用操作平台上面的台钳固定调整，对于太尺寸管子及管件，则应设计专用的固定装置进行调整与固定。54 钎焊操作541 加热加热时，一是控制加热温度一般为2O8250，加热火焰应垂直于管端，利用铜管自身传热给接
10、头的各部分，加热(这是预热)区域由管子(或管件)的尺寸而定；二是对管子、管件要交替加热，并同时加热钎料，直到钎料溶化；三是当钎料达到熔化温度后(注意不要过烧，以防止钎剂燃烧)，继续对承插端根部加热，使熔化的钎料进入毛细间隙。542 填加钎料(1)对水平位置的接头，沿管端两侧均匀填充，待填充一周后，再沿原先位置重复填充。(2)对重直位置的接头，选择一个合适的壤加位置，按水平位置同样操作。(3)因为钎焊主要依赖毛细作用使液态钎料流动填充，而与送丝的位置无关。543 冷却和清洁i下转41页)盛维普资讯 http:/2001年第23卷第3期 澍世民：Dl,200球墨蒋铁蛤水管道安装操作要点一 暑1 基
11、三j一田4 压兰与覃口间陬(4)将胶圈推入承口内，如果胶圈插入有困难，可用铁锤等工具轻轻敲入，切不可划伤胶圈，然后将压兰压住胶圈，用螺栓与承口法兰联接，稍微上紧。注意压兰螺栓 L与承口法兰螺栓孔的同轴度。(5)用仪器测量管位中心线和管位标高，符合设计要求后，用力矩扳手紧固联接螺栓，要求用力轻缓、均匀、对称，以防止胶圈受力不均。压兰与承口法兰之间的间隙应为18ram一23mm(tn图4所示)。然后要有专人对螺栓进行逐个检查，防止漏装、漏紧。(6)每个接口安装结束后，及时填写安装记录，并计算胶圈的压缩比。标准压缩比Pn=52、17，最大压缩比P1=5434 ，最小压缩比 =2717。压缩比P按下列
12、公式计算：P：一d-(D_-D4)2 1(30n式中：d：胶圈的球头直径D ：承口内径 ：插口外径(7)安装就位管球管按设计要求及时回填，注意留下接口位置。17 管线水压试验，除按给水排水管道工程施工及验收规范(GB5026897)执行，还必须采取以下几项技术措施：(1)拆除管线上的自动放气阀，安装临时盲板和临时排气装置，并在管最高点设临时排气装置。(2)锁紧伸缩器的限位法兰，防止伸缩器在试压时受外力作用而损坏其密封面。(3)DN2200球管试验压力，若按11MPa，则两端堵板所受的推力约为420t，要支承这样大的推力，关键在于靠背支墩，支墩要采用3：7灰土分层夯实，密实度达到95以上，干密度
13、达到16 c 以上。该支墩受力断面为45 x 55 ，长度为lOm。靠背采用加强型钢制靠背，其断面为45m2。千斤顶可采用uYs500双作用液压千斤顶。千斤顶的推力要和堵板的推力相平衡，随着试验压力的升高，要随时提高千斤顶的推力，千斤顶的推力要略大于盲板推力1030t。(4)水压试验时，用水准仪观察两堵板及靠背的位移情况，并作好记录，堵板位移不允许超过60n ，如果发现位移，要及时通过千斤顶来调整。2 在施工中，我们在按照给水排水管道工程施工及验收规范(GB5026897)同时，还严格执行以上这些操作技术要点。目前，DN2200球墨铸铁给水管管道已全线试压成功。这就证明，这些操作技术要点在保证
14、工程质量方面，是起了很重要的作用，收到了良好的效果。(收稿日期：2OOl一03一(上接39页)一般允许接头自然冷却(如用水快速冷却会使接头处产生残余应力)，注意避免其它意外。冷却过程中可用湿棉布擦去多余残余钎剂。6 焊后检验61 外观检查一般检查焊缝表面，应光滑、无气孔、无未熔融或焊瘤等缺陷；检测接头处的尺寸、变形应符合规定。62 试压对压缩空气系统和工业水系统，可分别试压。试压介质可分别选用空气和清洁水，其试压压力分别为：7=107125=134(MPa)P =09l150=137(MPa)经保压25min后，确认焊缝处无泄露即可。7 结束语本次施工，均一次性通过试压合格，质量完全符台该外企“铜及铜合金软钎焊接头标准”的规定。综上所述，在工业纯铜管道的焊接施工中，必须注意分析焊件的材质、钎剂、钎料的成分，熟知质量标准，组织有关人员反复试验，精心施工，才能确保焊接质量。参考文献1 (金属材料及多属工艺学)，中国劳动出版社2 (焊接工艺，化工出版社3 施工小结 中化三公司(收稿日期：2,01一 一l0)维普资讯 http:/_
