CN102151974B - 一种铜-铝管异种金属的连接方法 - Google Patents

一种铜-铝管异种金属的连接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铜-铝管异种金属的连接方法,包括如下步骤:(1)先把铜管待连接处浸上液态钎剂,铝管待连接处涂上膏状无腐钎剂,然后将铝管插入铜管内搭接成待焊接头;(2)把搭接好的待焊接头放入高频电源的感应器内,采用高频电源加热工件,待氟铝酸钾钎剂熔化时,即刻施加轴向压力并保持压力,待铜管端面形成润湿圆角后,切断电源,即完成连接。得到的搭接接头完全无氧化夹渣,具有高强度和高致密性,而且接头的搭接长度可以在大范围内任意调节。

Description

一种铜-铝管异种金属的连接方法
技术领域
[0001] 本发明属于焊接技术领域,涉及异种金属的连接方法,特别指的是铜-铝管异种金属的连接方法。
背景技术
[0002] 由于不可再生资源的过度使用,铜及其铜合金的价格不断上涨,大大增加了生产厂家的制造成本。为使不可再生资源得以合理配置、节省原材料成本,在许多工业领域都提出了以铝代铜来降低制造成本的要求。但铜及其合金机械压合时能提供良好的气密性和电导性,而铝及其合金则易氧化及变形,导致气密性和电导性降低。因此,要满足以铝代铜 的技术需求,必将涉及到铜-铝异种金属的连接问题。
[0003] 铜-铝异种金属的连接方法,现一般采用摩擦焊、电阻焊及钎焊等连接技术。摩擦焊、电阻焊等固相焊连接方法主要还是用于连接小管径和有一定壁厚的铜-铝管接头,特别是电阻焊小管径的铜-铝管(专利号:CN 101274389B和CN200510042495. 5),现已在制冷行业得以应用。但该方法存在如下的质量不稳定问题:1)焊接时的工艺窗口较窄。由于采用铜-铝界面的接触电阻作为主要热源,因此影响界面接触电阻的因素都将影响加热工件的热量,从而影响焊缝质量。如所加压力的大小;工件的加工尺寸精度;工件表面的加工状态;焊接面的氧化程度等等。2)焊缝不能形成明显的润湿圆角,易产生应力集中,降低焊缝的力学性能(特别是抗弯曲的性能)。3)采用机械摩擦的方法去除工件表面的氧化膜,同时氧化膜还停留在焊缝的端部。在挤出不完全的情况下,还会造成焊缝夹渣。现阶段人们也在研究铜-铝管钎焊的可能性。如采用Al-Si系钎料和无腐钎剂,但由于钎焊时间较长,钎料/铜界面的金属间化合物过度生长,接头可靠性降低。也有采用Zn-Al系合金作为钎料、钎剂为氟铝酸铯无腐钎剂,可以得到外观良好的钎缝。但接头的长期可靠性还是一个未知数(主要涉及接头的耐腐蚀性),另外氟铝酸铯钎剂价格昂贵,增加制造成本。
发明内容
[0004] 本发明的目的是为了很好地解决电阻焊方法及钎焊方法带来的缺点,特别是在大管径的情况下,更显示其技术优势,从而提供一种铜-铝管异种金属的连接方法。
[0005] 本发明的目的通过以下技术方案实现:
[0006] 一种铜-铝管异种金属的连接方法,包括如下步骤:
[0007] (I)先把铜管待连接处浸上液态钎剂,铝管待连接处涂上膏状无腐钎剂,然后将铝管插入铜管内搭接成待焊接头;
[0008] (2)把搭接好的待焊接头放入高频电源的感应器内,采用高频电源加热工件,待氟铝酸钾钎剂熔化,即刻施加轴向压力并保持压力,待铜管端面形成润湿圆角后,切断电源,即完成连接。焊后得到完全无氧化夹渣的高强度、高致密的搭接接头。由于选用的钎剂无腐蚀性或腐蚀性较低,采用简单的水洗就可得到清洁的接头。
[0009] 所述搭接接头的间隙采用过渡配合,搭接长度可根据强度及气密性要求选取,优选搭接长度为5〜30mm。
[0010] 优选地,所述液体钎剂为硼酸三甲脂型液体钎剂,所述无腐钎剂为氟铝酸钾型无腐针剂。
[0011] 优选地,所述施加的轴向压力为5〜lOMPa,保持压力的时间为I〜3s。
[0012] 优选地,所述高频电源加热的温度为560〜600°C。
[0013] 本发明的技术原理是利用了铜、铝金属的不同热膨胀系数特征及借鉴钎焊时钎剂的去除氧化膜的机理来完成的。首先把接头设计成铝管为内管,铜管为外管。由于铝的膨胀系数大于铜的膨胀系数,同时接头采用过渡配合装配,在加热过程中,可使接头间隙几乎为零。这就限制了界面金属间化合物的生长,即使由于原子的扩散形成金属间化合物也会 被随后的轴向压力挤出连接界面。由于添加了钎剂,挤出的液态金属将很好的润湿接头端面,形成良好的润湿圆角,从而提高接头的密封性能和抗弯曲性能,此为优点一。 [0014] 本发明的优点二 :不仅可以连接小管径(小于20_)的铜-铝管接头,还可连接大管径(大于20mm)的铜-铝管接头,并且搭接长度可以在大范围内任意调节,以得到满足不同可靠性要求的铜-铝管接头。
[0015] 本发明的优点三:和钎焊相比,由于不使用钎料合金,没有钎焊时液态钎料的毛细填缝过程,接头也就不会出现钎焊填缝时的钎焊缺陷(夹渣、气孔、未润湿等);由于不需要等候液态钎料填缝过程所耗费的时间,因此生产效率极高。和电阻焊方法相比,其加热峰值温度较低,加热温度可控性好,界面金属间化合物的生长受到抑制,从而提高接头的气密性及抗疲劳性能。
附图说明
[0016] 图I是本发明连接方法的示意图。
具体实施方式
[0017] 实施例I
[0018] 一种铜-铝管异种金属的连接方法,如图I所示,
[0019] I)采用外径为Φ 10_、壁厚为O. 8mm的铜管I、招管2各一段,在铜管的待连接面扩口,使扩口处3的内径为Φ 10mm,取正公差,扩口深度为8mm(即搭接长度)。铝管的外径
取负公差。
[0020] 2)把铜管I的待连接面浸入硼酸三甲脂液体钎剂中,把铝管2的待连接面(外表面)涂上氟铝酸钾膏状钎剂。然后把铝管2插入铜管I内。
[0021] 3)把装配好的接头放入感应器4内加热。当氟铝酸钾钎剂熔化时(560°C,由温控器控制),施加轴向压力(6MPa)并维持ls,而后卸压、关断高频电源。让接头凝固后取出工件,完成连接。
[0022] 4)接头性能检测结果:气密性检验5MPa无泄漏;拉伸试验断铝管;金相检验连接面缺陷率< 2%。
[0023] 实施例2
[0024] 一种铜-铝管异种金属的连接方法,如图I所示,
[0025] I)采用外径为Φ30mm、壁厚为I. 2mm的铜管I、招管2各一段,在铜管的待连接面扩口,使扩口处3的内径为Φ 30mm,取正公差,扩口深度为15mm (即搭接长度)。铝管的外
径取负公差。
[0026] 2)把铜管I的待连接面浸入硼酸三甲脂液体钎剂中,把铝管2的待连接面(外表面)涂上氟铝酸钾膏状钎剂。然后把铝管2插入铜管I内。
[0027] 3)把装配好的接头放入感应器4内加热。当氟铝酸钾钎剂熔化时(560°C,由温控器控制),施加轴向压力(SMPa)并维持2s,而后卸压、关断高频电源。让接头凝固后取出工件,完成连接。
[0028] 4)接头性能检验结果:气密性检验5MPa无泄漏;拉伸试验断铝管;金相检验连接面缺陷率< 2%。
[0029] 实施例3
[0030] 一种铜-铝管异种金属的连接方法,如图I所示,
[0031] I)采用外径为Φ60mm、壁厚为3. Omm的铜管I、铝管2各一段,在铜管I的待连接面扩口,使扩口处3的内径为Φ60·ι,取正公差,扩口深度为25mm(即搭接长度)。铝管的外径取负公差。
[0032] 2)把铜管I的待连接面浸入硼酸三甲脂液体钎剂中,把铝管2的待连接面(外表面)涂上氟铝酸钾膏状钎剂。然后把铝管2插入铜管I内。
[0033] 3)把装配好的接头放入感应器4内加热。当氟铝酸钾钎剂熔化时(560°C,由温控器控制),施加轴向压力(9MPa)并维持3s,而后卸压、关断高频电源。让接头凝固后取出工件,完成连接。
[0034] 4)接头性能检验结果:气密性检验5MPa无泄漏;拉伸试验断铝管;金相检验连接面缺陷率< 2%。
[0035] 上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1. 一种铜-铝管异种金属的连接方法,其特征在于,包括如下步骤: (1)先把铜管待连接处浸上液态钎剂,铝管待连接处涂上膏状无腐钎剂,然后将铝管插入铜管内搭接成待焊接头; (2)把搭接好的待焊接头放入高频电源的感应器内,采用高频电源加热工件,待氟铝酸钾钎剂熔化时,即刻施加轴向压力并保持压力,待铜管端面形成润湿圆角后,切断电源,即完成连接。
2.根据权利要求I所述的连接方法,其特征在于,所述搭接接头的间隙采用过渡配合,搭接长度为5〜30mm。
3.根据权利要求I所述的连接方法,其特征在于,所述液体钎剂为硼酸三甲脂型液体钎剂,所述无腐钎剂为氟铝酸钾型无腐钎剂。
4.根据权利要求I或2或3所述的连接方法,其特征在于,所述施加的轴向压力为5〜lOMPa,保持压力的时间为I〜3s。
5.根据权利要求4所述的连接方法,其特征在于,所述高频电源加热的温度为560〜600。。。
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Denomination of invention: Dissimilar metal connection method for copper-aluminum pipe

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Record date: 20130910

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