CN101082332A - 压缩机、用于将流体管道焊接到压缩机外壳的方法和流体输送管道 - Google Patents

压缩机、用于将流体管道焊接到压缩机外壳的方法和流体输送管道 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种压缩机、一种将流体管道焊接到压缩机外壳的方法以及一种尤其适用于封闭式压缩机的流体输送管道，其取代了钎焊步骤，并将流体流通管道直接焊接到压缩机外壳上。封闭式压缩机包括外壳(5)和流体输送管道(9)，流体输送管道经由通道孔(10)穿过外壳(5)，流体输送管道(9)包括可焊接的连接装置(11)，可焊接的连接装置(110)由流体输送管道(9)的直径加宽部构造成，直径加宽部具有比通道孔(10)直径大的尺寸，并沿其长度构造成，可焊接的连接装置(11)靠近通道节流孔(10)的边界(12′)直接焊接。本发明还描述了一种将流体管道焊接到压缩机外壳的方法以及一种尤其适用于封闭式压缩机的流体输送管道。

Description

压缩机、用于将流体管道焊接到压缩机外壳的方法和流体输送管道
技术领域
本发明涉及一种压缩机、一种将流体经过管道焊接到压缩机外壳的方法、以及一种尤其适用于封闭式压缩机的流体输送管道，从而取代了钎焊步骤，并提供将流体经过管道直接焊接(direct welding)到压缩机外壳上。
背景技术
用于冷却系统的封闭式压缩机安装在钢质外壳中，并通过焊接密封。穿过外壳的用于使冷却气体和润滑油流通的连接管也应当保证组件的密闭性，同时保持适合于其应用的机械性能。目前，通过机械固定或通过钎焊可以实现铜质的流体通过器(fluid-passers)的连接。
钎焊是用于将铜质连接件连接到封闭式压缩机的钢质外壳上的最常用方法之一。连接件也被称为流体流经管道或流体通过器，并且用作冷却气体和润滑油的流道。当然，封闭式压缩机装备有吸入流体、排出流体和工艺流体通过器，并且借助火焰钎焊、加热炉、或感应焊接从而连接到钢质连接件上。然后，该钢质连接件电阻焊接到压缩机体壁上。
钎焊需要使用添加料，添加料的基本特性是应当比要连接的材料(在封闭式压缩机的情况下为铜和钢)的熔点低，具有低的表面张力，液态时的高程度的毛细作用，以及在要连接的材料表面上的良好的湿润性。这些特性由与焊剂(flow)一起使用的银基添加料提供，焊剂有助于从要连接的表面上除去油脂和氧化物，保证熔化在基体材料上的附着金属的润湿性。
除了投入(添加材料和熔剂)高成本之外，这种操作还需要一定的准备时间，用于熔剂的涂敷，附加材料的定位，以及流体流经管道与钢质连接件之间的连接处的局部加热。然后，钢质连接件仍然通过电阻焊连接到外壳上，这对该操作来说还需要额外的时间和能量。
使用传统电源(直流或交流、单相、两相或三相电流)的电阻焊接通常与由频率为50或60Hz的电网供给的变压器一起工作。由于只能控制电源(power)，这种类型的电源不能控制焊接电流值，并且不容许焊接时间的精确调整。焊接电流取决于次级电路的电阻和由变压器产生的有效电压两者，次级电路的电阻包括钳子、电极、要焊接的部件和接触电阻。
不能直接控制电流以及不可能精确控制焊接时间的事实使得难以连接具有高的导热率和小的电阻率的材料，例如，具有385W/m-K的导热率和1.7×10-6ohm.cm的电阻率的铜。在这些情况下，必须将焊接器件产生的热量准确集中在要进行结合的连接处上，不允许热量扩散到邻近焊接处的区域。在焊接区域热量的产生和集中的这种控制只能利用短时间内的强电流脉冲。利用传统电源，不可能在短时间内产生受控制值的强电流脉冲，这使得难以使用这些电源来连接不同厚度的部件以及具有高导热率的材料的部件，通过使用传统电源不能实现良好的技术效果。
进行焊接的另一个方法是，在焊接操作期间使用基于电容器组放电的电源(电容放电)，其允许短时间内流过强电流。但是，仍然不能直接控制电流以及焊接时间的数值。电流和焊接时间取决于电容器组的电荷电势、电路的电容、以及次级焊接电路的总阻抗。因而，电极之间和要连接的部件之间的接触电阻的微小变化会导致电路阻抗的明显波动，并从而导致电流和焊接时间的明显波动，导致管结合部分的形状畸形缺陷或熔料排出。电容放电焊接的这些特性降低了产品的品质，通常导致压缩机的泄漏故障，并产生由于焊接期间液态材料的排出而形成的极其尖锐的边缘，这意味着职业事故的潜在危险。由于这些特性，利用基于电容放电的电源对于在封闭式压缩机外壳上焊接流体通过器来说是不可行的。
已知的现有技术之一在专利文件US 6,2257,846[sic.]中描述，其涉及一种连接封闭式压缩机的管道的方法。依照该文件的教导，为了使连接密闭，使用同心对齐的管，这样，外管将收集(trap)气体，内管将输送气体。这样的构造解决了密闭问题，但是构造复杂，需要控制管道测量误差，否则不能解决气体泄漏问题。该文件还描述了一种焊接方法，其中将管道表面直接焊接到压缩机上。但是，这种解决方案不能实现焊接过程的理想控制，所以连接结合不令人满意。
另一个类似的解决方案在专利文件US 4,240,774中描述。依照这种技术，使用紧固到压缩机壁上的管，以便获得密闭连接。虽然这种解决方案实现了密闭的连接，但是它也带来了实用性问题，这是因为应当充分地控制管道测量容许误差，以防止气体泄漏。
发明内容
本发明的目的是，利用中间频率转换电阻焊电源，取代了用于将由铜制成的吸入流体、排出流体和工艺流体通过器借助直接焊接连接到封闭式压缩机的钢质外壳的钎焊法。为此，提供了用在铜质流体通过器上的法兰连接几何形状，法兰连接几何形状焊接到封闭式压缩机外壳的预置(planned)区域上，以及提供了具有适合于接头类型和要连接的材料类型的几何形状的焊接电极。这样，通过由仅仅将铜质流体通过器(或流体流经管道)直接焊接到压缩机外壳来取代钎焊法，可以减少压缩机制造时间。
为了实现这个目的，使用了转换电源，也称为逆变器，因为这些开关电源具有在焊机的变压器中利用晶体管电桥产生具有大约为1kHz特有频率的矩形波交流电压的能力。这些电源也被称为中间频率开关电阻焊电源。较高工作频率的使用减少了变压器中所需的含铁量，从而在没有性能损失的情况下减小体积和重量。另外，功率晶体管的运用使人们能够控制焊接电流的平均值，与电网电压的变化或次级电路的阻抗无关。焊接时间也可以调节到毫秒分辨率(resolution)。这样，可以在短时间内产生数值受控制的高电流脉冲，这使得能够连接具有高导热率和导电率以及具有不同厚度的金属。
本发明的目的是借助于封闭式压缩机来实现的，其包括外壳和流体输送管道，流体输送管道经由通道孔穿过外壳，流体输送管道包括可焊接的连接装置，可焊接的连接装置由流体输送管道的直径加宽部构造成，直径加宽部具有比通道孔大的尺寸，并沿其长度构造成，可焊接的连接装置可靠近通道孔的边界直接焊接。
此外，本发明的目的是借助于封闭式压缩机来实现的，其包括外壳和流体输送管道，流体输送管道经由通道孔穿过外壳，流体输送管道包括可焊接的连接装置，可焊接的连接装置是由流体输送管道的直径加宽部构造成的法兰，直径加宽部具有比通道孔大的尺寸，并沿其长度构造成，外壳具有在孔附近的预置部分，法兰包括压缩壁，压缩壁与压缩外壳的预置部分形成一角度，该角度大于零。
本发明的另一个目的是提供一种将流体管道焊接到压缩外壳上的方法，其中，省去了钎焊。该目的是借助于包括以下步骤的焊接方法来实现的：将流体输送管道靠近通道孔布置，使得相应的法兰置靠通道孔的边界；将外壳电极和管道电极分别靠近外壳的预置部分和靠近流体输送管道的主体和法兰布置；朝法兰压紧管道电极并靠在通道孔上；通过管道电极和外壳电极循环电流和保持电流循环，直到法兰的接触边缘已经连接到通道孔的边界上。
此外关于该方法，本发明的目的通过以下步骤实现：朝法兰压紧管道电极，当电流通过法兰循环时，朝外壳移动管道电极，以便使法兰逐渐变形，并减少法兰的压缩壁与外壳之间形成的角度，使得法兰的变形，直到法兰的压缩壁与外壳之间形成的角度已经减小到零。
此外，本发明的目的还借助于尤其适用于封闭式压缩机的流体输送管道来实现，封闭式压缩机包括具有用于流体输送管道的通道孔的外壳，流体输送管道包括由流体输送管道的直径加宽部构造成的可焊接的连接装置，直径加宽部具有比通道孔直径大的尺寸，并沿其长度构造成，可焊接的连接装置可靠近通道孔的边界直接焊接。
附图说明
现在参照在附图中表示的实施例更详细地描述本发明。其中：
图1是现有技术的管结合部分形式的示意性剖视图，将铜质流体-通过器钎焊到钢质连接件上，然后借助于电阻焊将其密封地连接到压缩机外壳上；和
图2表示流体输送管道在压缩机外壳的钢质表面上的直接焊接，利用带有为本发明构造的几何形状的管道和电极的特定几何形状实现；
图3显示了电阻焊期间金属表面之间的电阻变化曲线图。
具体实施方式
在图1中可以看到，依照现有技术，由铜制成的流体通过器(fluid-passer)(或流体流经管道)的管结合部分(union)施加到在冷却系统中使用的封闭式压缩机的钢质外壳上。在该构造中，管道1借助感应焊接(indution)或在炉子中火焰钎焊从而连接到由碳钢制成的圆筒形连接件2上。钎焊操作之后由管道1和圆筒形连接件2形成的组件接着借助于电阻焊从而在外侧上连接到(未示出的)压缩机的钢质外壳4上。
在图2中可以看到，依照本发明的教导，为了实现所希望的目的，通过仅仅将流体输送管道9焊接到压缩机外壳5上，以便省去钎焊和圆筒形连接件2的使用。
图3显示了焊接方法的步骤，其包括阶段I至V，这些阶段具有以下动作：在阶段I，金属表面彼此置靠在一起。在显微镜下观察，金属表面是粗糙的，在该步骤中，只有各个表面的粗糙顶点彼此接触，则存在由氧化物和油脂覆盖的表面的断路。应当注意，由于氧化物和油脂失效时，电阻急速下降，当粗糙度减轻时，工序进入阶段II，应当注意，在点α，电阻最小。该阶段之后，工序进入阶段III，温度升高，这引起电阻再增大，直到工序进入阶段IV，这时开始熔化，并开始形成焊接晶状体(weld lens)，也就是说，表面开始熔化，到达接近点β的电阻稳定点。在下一个阶段，即阶段V，出现焊接晶状体的增长和机械塌陷(mechanical collapse)，这可以在曲线中引起的齿形中清楚地看到，这表示，一旦材料受热并承受熔化金属排出的这种力，就会导致飞溅和火花。
考虑到依照本发明的这种特性，可以预见到用于压缩机的构造和能够精确地控制焊接时间的焊接方法，这样，到达阶段III，因而保证压缩机元件之间的结合，不会出现密闭问题或金属飞溅。
一般而言，应当注意，封闭式压缩机包括外壳5和流体输送管道9，流体输送管道通过通道孔10穿过外壳5。
流体输送管道9包括可焊接的连接装置11，该可焊接的连接装置由流体输送管道9的直径加宽部构造成，直径加宽部具有比通道孔10的直径大的尺寸，并沿其长度构造成，这样，其可靠近通道孔10的边界12直接焊接。
优选地，可焊接的连接装置11由在流体输送管道上直接形成的法兰11构造成，从而形成接触边缘12。法兰壁11′应当与预置部分(planned portion)6形成数值大于零的孔径角“A”(参见图2)，更具体地说，形成一锐角，以便使法兰11′与预置部分6的接触具有尽可能小的接触面积。该接触边缘12直接置靠在压缩机外壳5上，这样，外壳5和法兰11′将在通道孔10处彼此焊接在一起，该焊接是借助流通电流实现。
为了保证流体流通管道9的法兰11′与在通常具有圆筒形几何形状的压缩机外壳表面之间的连续电接触以及阶段I至III的焊接工序的连续性，必须设置(plan)较小的外壳区域，这样便于在孔10附近形成预置部分6。
内部电极或外壳电极7应当借助平的接触表面13保证与预置部分6良好的电接触。但是，该外壳电极7不应当接触流体流通管道9，这样会使电流只通过接触表面13循环。平的接触表面13的尺寸应当确保外壳电极7与预置部分6之间的接触电阻小于靠近边界12′的边界12的接触电阻。
管道电极8靠近流体流通管道9设置，并成型成便于提供管状接触表面14以包含流体流通管道9，从而保证部件之间的电接触。
在该结构构造中，电流穿过流体流经管道9和压缩机外壳5流过边界接触边缘12、平面部分13、管状部分14。在电流经过期间，外壳电极7同时被压紧在平的接触表面13上，(参见施加于外壳电极和管道电极的F力的指示方向)。
法兰11′应当构造成，在焊接的时候，可以沿流体输送管道9的延伸方向推压法兰11′，并可增大靠近通道孔10的边界12′的接触边缘12的面积，形成法兰11 ′的流体输送管道9的直径加宽部形成压缩壁1l″，该压缩壁11″构造成，在焊接的时候，管道电极8可以朝外壳5压紧压缩壁11″，以便扩大靠近通道孔10的边界12′的接触边缘12的面积。
在操作中，电流施加于电极，以强电流通路流经以下电路，该电路是由经平的接触表面13连接于外壳5的外壳电极7、经外壳5的边界12′连接于法兰11′的接触边缘12、以及借助管表面14连接于流体流通管道9的管道电极8的连接而形成的。一旦电流借助受控制的脉冲流过，就会在接触边缘12上出现局部加热。这样，在流体流通管道9上形成的法兰11′达到高温，高温与由外壳电极7和管道电极8引起的压力一起促使法兰11′变形。在通道孔10附近预置部分6上的压缩壁表面也借助由穿过接触边缘12的电流通路引起的焦耳效应而加热。当流体流通管道9的法兰11′借助上述效应而变形时，该区域12的接触边缘面积逐渐增大。由于该变形以及由于由焦耳效应引起的加热，接触边缘12的区域的接触电阻发生变化。但是，在这期间，因为电流由用于该焊接的中间频率转换电源恒定地控制，电流值不会改变。如果使用电阻焊的传统电源或者甚至电容放电的电源，电流不会保持恒定，这是因为接触边缘12的电阻变化将引起次级电路总阻抗的变化，从而导致焊接电流的波动。
接触边缘12处的流体流通管道9的高温、由外壳电极7和管道电极8引起的压力、以及通道孔10处的外周表面的热量，共同地促进流体流通管道的材料在压缩机外壳的材料粗糙表面上的扩散和融合，流体流通管道的材料可以是铜，但不局限于该材料，压缩机外壳可以由碳钢制成，但不局限于该材料。中间频率转换电源的使用允许焊接时间处于最小值与最大值之间，最小值保证变形表面结合部分12的足够尺寸，以便使焊接具有足够的机械性能，最大值防止其中一种材料熔化，材料熔化可能导致液态材料的排出，形成飞溅并切削焊接接头的表面。用于该工序的时间选择范围通常短于5ms，这个事实使得使用传统电源不可行，在传统电源中，焊接时间的分辨率为8ms(频率为60Hz的供电系统的半个循环)。
该过程的结果是流体流通管道9与外壳5的材料的理想结合，这保证组件总成的密闭性，其机械性足够应用于冷却系统中的压缩机，并且不需要钎焊。这个结果不可能用主要通过采用电容放电电源的焊接技术的现有技术来实现，这是由于依照先前使用的这种技术，压缩机外壳免受金属材料的飞溅，这给产品带来了不受欢迎的光洁度以及品质有瑕疵的密闭结果。此外，由于在使用电容放电电源的情况下，不能直接控制电流和时间，从部件之间的氧化物和油脂的量的小小变化就会引起焊接质量的急剧变化。
至于本发明的方法本身，可以构想道以下步骤：
-将流体输送管道9布置成靠近通道孔10，使得相应的法兰11′置靠通道孔10的边界12′；
-分别靠近外壳的预置部分6和流体输送管道9的法兰11′布置外壳电极7和管道电极8；
-朝法兰11′将管道电极8压靠在通道孔10上，当电流循环经过法兰11′时，朝外壳5移动管道电极8；
-使得电流循环流经管道电极和外壳电极，并保持电流循环，直到法兰11′的接触边缘12已经布置在通道孔的边界12′上，并且使得电流循环流经法兰11′，直到管道9的材料锚固在外壳5的接近该孔10的表面的粗糙处，以便保证具有良好机械性能的密闭结合。
在循环电流的步骤中，可以预见，应当在阶段III进行焊接，根据焊接过程，在朝法兰11′压紧管道电极的步骤中，当电流通过法兰11′循环时，应当朝外壳5移动管道电极8，以便逐渐使法兰11′变形以及减少法兰11′的压缩壁11″与外壳5之间形成的角度“A”，直到角度“A”减小至零，法兰11′的压缩壁11″与外壳5平行。
借助本发明的教导的压缩构造以及对于上述方法提出的方法步骤，可以省去先前技术中预见的钎焊步骤和对钢质连接器的需求，省去在生产过程中制造步骤和部件，从而实现低成本的压缩机。
虽然已经描述了优选实施例，但是，应当明白，本发明的范围包括其它可能的变形，本发明的范围仅仅由包括可能的等同形式的后附权利要求书的内容限定。

Claims (24)

1.一种封闭式压缩机，其包括外壳(5)和流体输送管道(9)，该流体输送管道经由通道孔(10)穿过该外壳(5)，
该流体输送管道(9)包括可焊接的连接装置(11)，
该压缩机的特征在于，所述可焊接的连接装置(11)由该流体输送管道(9)的直径加宽部构造成，该直径加宽部具有比该通道孔(10)直径大的尺寸，并沿其长度构造成；
所述可焊接的连接装置(11)可靠近该通道孔(10)的边界(12′)直接焊接。
2.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，可焊接的连接装置(11)由在流体输送管道(9)上直接形成的法兰(11′)构造成，法兰具有接触边缘(12)，接触边缘(12)直接置靠在压缩机外壳(5)壁上，外壳(5)和法兰(11′)彼此焊接在一起。
3.如权利要求2所述的压缩机，其特征在于，外壳(5)和法兰(11′)之间的焊接在通道孔(10)处进行。
4.如权利要求3所述的压缩机，其特征在于，法兰(11′)如此构造成，即，使得在法兰(11′)与孔(10)之间进行焊接时，在法兰(11′)与通道孔(10)之间的交界面上对电流的通过存在较大的电阻。
5.如权利要求4所述的压缩机，其特征在于，法兰(11′)如此构造成，即，在焊接期间，焊接电极(7、8)与流体输送管道(9)之间以及一个电极与外壳(5)之间的接触电阻小于流体输送管道(9)与外壳(5)之间的交界面的电阻。
6.如权利要求5所述的压缩机，其特征在于，外壳(5)具有接近所述孔(10)的预置部分(6)。
7如权利要求6所述的压缩机，其特征在于，法兰(11′)包括压缩壁(11″)，压缩壁与压缩机外壳(5)的预置部分(6)形成一角度(A)。
8.如权利要求7所述的压缩机，其特征在于，该角度(A)大于零。
9.如权利要求7所述的压缩机，其特征在于，该角度(A)为锐角。
10.如权利要求6所述的压缩机，其特征在于，法兰(11′)如此构造成，即，在焊接时可以沿流体输送管道(9)的延伸方向压紧法兰(11′)，并增大边界(12′)的靠近通道孔(10)的接触边缘(12)的面积。
11.如权利要求7所述的压缩机，其特征在于，流体输送管道(9)的形成法兰(11′)的直径加宽部包括压缩壁(11″)，其构造成，在焊接时焊接电极(8)可以朝外壳(5)压紧压缩壁(11″)，以便增加边界(12′)的靠近通道孔(10)的接触边缘(12)面积。
12.如权利要求11所述的压缩机，其特征在于，压缩壁(11″)构造成，在焊接时，该角度(A)随着焊接过程的进行而变成零。
13.如权利要求11所述的压缩机，其特征在于，流体输送管道(9)由铜制成，外壳(5)由钢制成。
14.如权利要求13所述的压缩机，其特征在于，在焊接时，构造成用于支撑预置部分(6)的外壳电极(7)置靠在外壳(5)的平的接触表面(13)上，管道电极(8)构造成便于提供包含流体流通管道(9)的管状接触表面(14)。
15.一种封闭式压缩机，其包括外壳(5)和流体输送管道(9)，该流体输送管道(9)经由通道孔(10)穿过该外壳(5)，
流体输送管道(9)包括可焊接的连接装置(11)，
该压缩机的特征在于，所述可焊接的连接装置(11)是由该流体输送管道(9)的直径加宽部构造成的法兰(11′)，该直径加宽部具有比该通道孔(10)直径大的尺寸，并沿其长度构造成，
该外壳(5)具有接近该孔(10)的预置部分(6)，
法兰(11′)包括压缩壁(11″)，该压缩壁(11″)与压缩机外壳(5)的预置部分(6)形成一角度(A)，该角度(A)大于零。
16.如权利要求15所述的压缩机，其特征在于，该角度为锐角。
17.一种将流体管道焊接到压缩机外壳的方法，流体输送管道(9)经由通道孔(10)穿过外壳(5)，该方法的特征在于，其包括以下步骤：
-将流体输送管道(9)靠近通道孔(10)布置，使得相应的法兰(11′)置靠该通道孔(10)的边界(12′)；
-分别将外壳电极(7)和管道电极(8)布置成靠近该外壳的预置部分(6)和该流体输送管道(9)的法兰(11′)；
-朝该法兰(11′)将该管道电极(8)压靠在该通道孔(10)上；
-使得电流循环经过所述管道电极和外壳电极，并保持电流循环，直到该法兰的接触边缘(12)已经连接该通道孔的边界(12′)上。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在朝法兰(11′)压紧管道电极的步骤中，当电流循环经过法兰(11′)时，管道电极(8)朝外壳(5)移动，以便使法兰(11′)逐渐变形，并减少法兰(11′)的压缩壁(11″)与外壳(5)之间形成的角度(A)。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，法兰(11′)的变形应当持续，直到法兰(11′)的压缩壁(11″)与外壳(5)之间的角度A减少至零。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，利用中间频率转换电源、也称为中间频率逆变器作为焊接电源进行焊接。
21.一种尤其适用于封闭式压缩机的流体输送管道，该封闭式压缩机包括外壳(5)，该外壳具有用于流体输送管道(9)的通道孔(10)，
该流体输送管道(9)包括可焊接的连接装置(11)，该流体输送管道的特征在于，所述可焊接的连接装置(11)由流体输送管道(9)的直径加宽部构造成，该直径加宽部具有比通道孔(10)直径大的尺寸，并沿其长度构造成，
所述可焊接的连接装置(11)可靠近通道孔(10)的边界(12′)直接焊接。
22.如权利要求21所述的管道，其特征在于，可焊接的连接装置(11)由在流体输送管道(9)上直接形成的法兰(11′)构造成，法兰(11′)具有接触边缘(12)，接触边缘(12)可直接支撑在压缩机外壳(5)壁上，外壳(5)和法兰(11′)彼此可焊接在一起。
23.如权利要求22所述的管道，其特征在于，法兰(11′)如此构造成，即，在法兰(11′)与孔(10)之间进行焊接时，在法兰(11′)与通道孔(10)之间的交界面上对电流的通过存在较大的电阻。
24.如权利要求23所述的管道，其特征在于，法兰(11′)如此构造成，即，在焊接时，焊接电极(7，8)与流体输送管道(9)之间以及电极与外壳(5)之间的接触电阻小于流体输送管道(9)与外壳(5)之间的交界面的电阻。
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