一种焊接组合管及其制造方法和应用
技术领域
本发明涉及管材领域,特别是一种焊接组合管及其制造方法和应用。
背景技术
在各种领域的产品中,经常需要使用连接管,而连接管两头连接的部件的材质通常不同。以目前现有技术中的压缩机排气管、吸气管等为例,大多数整根为铜材质,一端与其他铜管焊接,另一端通过银焊料火焰钎焊与压缩机的铁质上盖或铁质壳体连接。采用火焰钎焊时,一般采用铜管镶嵌在铁质上盖或铁质壳体内,通过火焰对焊料进行加热融化来填充铜管和铁质材料间的间隙,从而达到铜管铁管通过填充在间隙中的焊料将三者焊接在一起。焊接时焊接温度高于焊料温度,而低于铜管和铁质上盖或壳体的温度,从而实现焊料的添缝焊接。采用此种方法焊接时,必须采用工件通过镶嵌在铁质材料中以增大接头连接面面积,以弥补钎焊强度的不足,而且银焊料成本、铜管成本较高,同时还会因使用焊料而产生大量二氧化碳,以致污染环境。
为此,人们一直研究是否可以一端铜质材料,一端铁质材料先进行焊接,再将铁质端与上盖或壳体实现电阻焊,从而实现焊料成本的递减。采用目前常规的焊接工艺焊接铜材质和铁材质,都需要使用焊料。
中国专利申请201210589384.6,公开了一种压缩机排气管,其铜管段和铁管段通过闪光焊对接焊接,无需焊料。制备工艺为:a.预热:将所述压缩机排气管的铜管段和铁管段对接装配于焊接变压器次级连接的夹钳中后,对其施加大电流,铜管段和铁管段多次迅速接触呈闭路,又迅速分开呈开路,形成断续闪光,使对接端形成高热,直至对接端被熔融;b.顶锻:当对接端被熔融的长度达到设定的熔融长度时,迅速施加顶锻力完成铜管段与铁管段的焊接。
但是,采用上述工艺来焊接铜管段和铁管段是比较困难的,由于闪光焊主要适合于同种金属的焊接,因为焊接时两端部焊接口可同时达到焊接的温度,两端部口可同时熔化,达到结合。但其使用与铜管与铁管焊接时,焊接过程中铜管段端面与对接的铁管段端面获得的热量分配只能是相等的,而铜和铁的物理性能却差异较大所致。铜管的熔点为1000℃左右,铁管的熔点为1500℃左右。如采用铜类似的温度焊接时,铁无法熔接,此时的焊接状态为融化的铜仅仅附着在铁管端面表层,并未形成铜铁的结晶体。其焊接完的管件表面看很漂亮,但是其焊缝处的强度一般。如采用铁管类似的温度焊接时,铜管将会发生过烧,出现下流,铜铁管无法焊接。
而且,一方面,闪光焊接时由于铜铁的热传导系数存在5倍左右的关系,而闪光焊时由于铜铁管间的分离靠近的动作,导致铜管端部温度的大幅度波动,在铜管段的端面上不易形成稳定的液态金属层,也很难维持稳定的闪光过程;另一方面,当铜管段的端面达到其熔点时,它就迅速大段地软化,也就必须提高顶锻速度。这样的结果将产生两方面的不良,一为管道易变性,二为需要夹紧铜管和铁管来实施顶锻力,夹紧力易夹伤铜管和铁管表面,使得焊接后需要对夹痕进行处理。
发明内容
为解决上述问题,本发明的目的是提供一种焊接组合管,其不同金属的管段之间熔合良好。
本发明的另一目的是提供上述焊接组合管的制造方法,其工艺简单易行。
本发明还有一个目的是上述焊接组合管在压缩机或空调器的应用。
本发明的目的是这样实现的:一种对接焊接组合管的制造方法,所述的焊接组合管包括两种以上不同金属材料的管段,其特征在于:所述不同金属材料的管段通过氩弧焊、等离子焊、高频焊、激光焊、埋弧焊或二氧化碳保护焊的自熔式环形焊道的焊接方法,按热量分配关系为高熔点金属分配较高热量,低熔点金属分配较低热量,使异种材料的管段的对接口处同步自熔对接焊接。
所述不同金属材料的管段采用氩弧焊、等离子焊、激光焊、埋弧焊或二氧化碳保护焊,所述的供热设备为单焊枪时,该单焊枪喷嘴的加热区域往较高熔点的金属管段方向偏移,焊接前异种材料的管段的对接口接触;或者,所述的供热设备为双焊枪时,输出较高热量的焊枪喷嘴对应处理较高熔点的金属管段,焊接前异种材料的管段的对接口接触;或者,所述的供热设备为单环形多焊枪结构,该单环形焊枪的加热区域往较高熔点的金属管段方向偏移,焊接前异种材料的管段的对接口接触或留有0.5毫米以下的间隙;或者,所述的供热设备为双环形多焊枪结构,输出较高热量的环形多焊枪喷嘴对应处理较高熔点的金属管段,焊接前异种材料的管段的对接口接触或留有间隙。
所述的供热设备为单焊枪或双焊枪时,单焊枪或双焊枪固定不动,异种材料的管段同步转动,或者单焊枪或双焊枪转动,异种材料的管段固定不动;供热设备为单环形多焊枪或双环形多焊枪时,环形焊枪固定不动,异种材料的管段不旋转。
所述不同金属材料的管段采用高频焊,所述的供热设备为单线圈时,该单线圈的加热区域往较高熔点的金属管段方向偏移,焊接前异种材料的管段的对接口接触或留有0.5毫米以下的间隙;或者,所述的供热设备为双线圈时,输出较高热量的线圈对应处理较高熔点的金属管段,焊接前异种材料的管段的对接口接触或留有间隙。
所述供热设备为单线圈或双线圈时,线圈固定不动,异种材料的管段不旋转。
所述的异种材料管段在对接口的熔融金属进行融合时,焊接组合管两端沿轴向方向施加相对的压力。
所述的异种材料管段的对接口处设有第三种金属,焊接时三者自熔形成混合的结晶体。
所述的不同金属的管段分别为铜管段和铁/钢管段,按热量分配关系为铁/钢管段高分配较高热量,铜管段分配较低热量,使铁/钢管段和铜管段对接口处同步自熔对接焊接;或者所述的不同金属的管段分别为铜管段和铝管段,按热量分配关系为铜管段分配较高热量,铝管段分配较低热量,使铜管段和铝管段对接口处同步自熔对接焊接;所述的不同金属的管段分别为铜管段和铁/钢管段时,两管段间的对接口处设有镍,按热量分配关系为铁/钢管段高分配较高热量,铜管段分配较低热量,焊接时三者自熔形成混合的结晶体。
上述焊接组合管在压缩机或空调器的应用。
上述焊接组合管在压缩机或空调器的应用,所述的焊接组合管为压缩机的排气管、吸气内管、吸气外管、储液器进气管或储液器出气管;所述的焊接组合管为空调器的配管、连接管、换向阀管或膨胀阀管。
本发明的焊接组合管的不同金属的管段,采用可精确分配热量的氩弧焊、等离子焊、高频焊、激光焊、埋弧焊或二氧化碳保护焊等焊接工艺进行焊接,控制供热设备自由分配热量的原理将较多的热量分配给较高熔点的金属管段。由于热量是根据管段金属的熔点进行适当分配,因此焊接时可以使相邻管段的对接口处同时或几乎同时分别达到自身金属的熔融温度,从而实现良好的熔合,提高了焊接品质,焊接口平滑光亮,减少了污染,也降低了焊料的成本,同时由于焊接时移动管段的力小,夹持力也非常小,不会导致管段表面的夹伤。本发明的焊接组合管可应用在压缩机或空调器等领域。
附图说明
图1是本发明的压缩机排气管的实施例1生产原理示意图;
图2是本发明的压缩机排气管的实施例2生产原理示意图;
图3A、图3B分别是本发明的压缩机排气管的实施例3生产原理示意图以及A-A剖面图;
图4是本发明的压缩机排气管的实施例4生产原理示意图。
具体实施方式
本发明是一种焊接组合管的制造方法,所述的焊接组合管包括两种以上不同金属材料的管段,其特征在于:所述不同金属材料的管段通过氩弧焊、等离子焊、高频焊、激光焊、埋弧焊或二氧化碳保护焊等的自熔式环形焊道的焊接方法,按热量分配关系为高熔点金属分配较高热量,低熔点金属分配较低热量,使异种材料的管段的对接口处同步自熔对接焊接。管段对接口处的端口外径均大于相对的另一管段的端口内径,因此焊接时两管段只能是端口与端口对接,而非套接。以对接口为中心线,采用上述焊接工艺可以控制供热设备例如焊枪喷嘴或线圈的的加热区域,向较高熔点的金属管段偏移并精确定位;或者控制供热设备输出较高热量的焊枪或线圈对应加热较高熔点的金属管段,而输出较低热量的焊枪或线圈对应加热较低熔点的金属管段。
例如,采用氩弧焊、等离子焊、激光焊、埋弧焊或二氧化碳保护焊进行焊接,供热设备为单焊枪时,该单焊枪喷嘴的加热区域往较高熔点的金属管段方向偏移,焊接前异种材料的管段的对接口接触;或者,供热设备可以为双焊枪,输出较高热量的焊枪喷嘴对应处理较高熔点的金属管段,焊接前异种材料的管段的对接口接触;或者,供热设备可以单环形多焊枪结构,该单环形焊枪的加热区域往较高熔点的金属管段方向偏移,焊接前异种材料的管段的对接口接触或留有0.5毫米以下的间隙;或者,供热设备可以为双环形多焊枪结构,输出较高热量的环形多焊枪喷嘴对应处理较高熔点的金属管段,焊接前异种材料的管段的对接口接触或留有间隙。当供热设备为单焊枪或双焊枪时,单焊枪或双焊枪固定不动,异种材料的管段同步转动,或者也可以是单焊枪或双焊枪转动,异种材料的管段固定不动。当供热设备为单环形多焊枪或双环形多焊枪时,视乎焊枪的数量,如果焊枪的数量足以同时对对接口的周向进行焊接,环形焊枪可以固定不动,异种材料的管段也不旋转。
例如,采用高频焊进行焊接,供热设备为单线圈时,该单线圈的加热区域往较高熔点的金属管段方向偏移,焊接前异种材料的管段的对接口接触或留有0.5毫米以下的间隙;或者,供热设备可以为双线圈时,输出较高热量的线圈对应处理较高熔点的金属管段,焊接前异种材料的管段的对接口接触或留有间隙。供热设备为单线圈或双线圈时,由于可以同时对对接口的周向进行焊接,因此线圈固定不动,异种材料的管段也不旋转。
优选的,异种材料管段在对接口的熔融金属进行融合时,焊接组合管两端沿轴向方向施加相对的压力,例如,当焊接前异种材料管段的对接口接触无间隙时,可在开启喷枪或线圈进行加热同时施加力F,当焊接前异种材料的管段的对接口不接触有间隙时,可在开启喷枪或线圈进行加热分别熔化两侧金属后,再施加力F使之接触对接融合在一起。
为了提高焊道的强度,还可在异种材料管段的对接口处设有第三种金属(例如附着有第三种金属层,该第三种金属层设在熔点高于它的管段上;或者,添加第三种金属的焊丝,该焊丝置于高于它熔点的温度区域中),焊接时三者自熔形成混合的结晶体,一般强度较两种金属融合的结晶体上升1.2倍。添加第三种金属的方法是将该第三种金属设在异种材料管段的对接口处,这样当管段的金属达到熔融温度,该第三种金属也已熔融,从而最终达到三者自熔。采用此方法与传统添加焊料的目的完全不同,传统添加焊料的目的只是焊料自熔,而两端材料不熔,起到过渡焊接的目的,而本发明的目的是让三者自熔,达到三者的结晶物。
上述不同金属的管段可以分别为铜管段和铁(或钢)管段,按热量分配关系为铁(或钢)管段高分配较高热量,铜管段分配较低热量,使铁(或钢)管段和铜管段对接口处同步自熔对接焊接。或者上述不同金属的管段分别为铜管段和铝管段,按热量分配关系为铜管段分配较高热量,铝管段分配较低热量,使铜管段和铝管段对接口处同步自熔对接焊接。上述的不同金属的管段还可以分别为铜管段和铁(或钢)管段时,铁(或钢)管段的对接口一侧的端口附着有镍层或者在高于镍熔点的温度区域中添加镍丝,按热量分配关系为铁(或钢)管段高分配较高热量,铜管段分配较低热量,焊接时三者自熔形成混合的结晶体。
由上述制造方法制得的焊接组合管。所制得的焊接组合管可应用在压缩机或空调器,例如压缩机的排气管、吸气内管、吸气外管、储液器进气管或储液器出气管;空调器的配管、连接管、四通阀管或膨胀阀管等等。
以下以压缩机排气管为例结合附图对本发明进行进一步阐释,但本发明并不限于此特定例子。压缩机排气管1如图1所示,由铜管段11和铁管段12对接焊接而成。
实施例1
在本实施例中制备压缩机排气管1采用的是氩弧焊机2。如图1所示,首先将内径相等且外径相等的铜管段11和铁管段12按对接的位置关系固定安装于夹具3上,焊接前铜管段11和铁管段12端口接触,对接口13无需焊料。当铜管段11与铁管段12端口接触时,在铜管段11另一端部和铁管段12的另一端部分别施加方向相对的作用力F,使铜管段11和铁管段12对接口处在整个焊接过程中保持接触。然后确定对接口13与焊枪喷嘴21的相对位置,在本实施例采用的供热设备是单焊枪,使焊枪喷嘴21往铁管段12方向偏移。偏移量按两种金属的熔点温度确定,将较多的热量分配给高熔点金属,以尽量使得两种金属可以同时达到各自的熔点温度。在本实施例中焊枪喷嘴21向铁管段12偏移,以对接口13为界,使焊接电弧22约3/5的加热区域对应位于铁管段12上方,约2/5的加热区域对应位于铜管段11上方。开始焊接时,通过控制夹具3按图中所示箭头缓慢同步转动铜管段11和铁管段12,使整个对接口13沿周向形成铜-铁混合的结晶物,从而被密封焊接。或者,也可以焊枪喷嘴21转动,而铜管段11和铁管段12不动。
实施例2
在本实施例中制备压缩机排气管1采用的是氩弧焊机4,如图2所示首先将铜管段11和铁管段12按对接的位置关系固定安装于夹具3上,焊接前铜管段11和铁管段12端口接触,对接口13无需焊料。当铜管段11与铁管段12端口接触时,在铜管段11另一端部和铁管段12的另一端部分别施加方向相对的作用力F,使铜管段11和铁管段12对接口处在整个焊接过程中保持接触。然后确定对接口13与焊枪喷嘴41的相对位置,在本实施例采用的供热设备是双焊枪,两把焊枪的输出热量分别独立控制,输出较高热量的一把焊枪喷嘴41对应加热铁管段端口,控制温度让铁自熔;输出较低热量的另一把焊枪41对应加热铜管段端口,控制温度让铜自熔,同时两把焊枪的对应的铜管段11和铁管段12对接口的起点相同。开始焊接时,通过控制夹具3按图中所示箭头缓慢同步转动铜管段11和铁管段12,焊接电弧42使整个对接口13沿周向形成铜-铁混合的结晶物,从而被密封焊接。或者,也可以焊枪喷嘴41转动,而铜管段11和铁管段12不动。
实施例3
在本实施例中制备压缩机排气管1采用的是氩弧焊机5。如图3A所示,首先将铜管段11和铁管段12按对接的位置关系固定安装于夹具3上,对接口13无需焊料。进行焊接前,铜管段11和铁管段12的对接口可先接触,也可留有小于0.5mm以下的间隙。
本实施例采用的供热设备为单环形多焊枪,如图3B所示,由3支以上(本实施例为4支)的焊枪按圆周均匀分布构成一个圆环状。应合理分配焊枪的圆周分布角度,最好让每支焊枪熔解的金属区与相邻焊枪熔解的金属区重叠,那么整个焊接圆周面可分解为n个小熔池,而每个小熔池的边界重叠。多支焊枪同时起弧和收弧,从而实现可以实现静止焊接,即铁管段和铜管段都不旋转,焊枪也不旋转。
焊接时确定对接口13与焊枪喷嘴51的相对位置,使焊枪喷嘴21往铁管段12方向偏移。偏移量按两种金属的熔点温度确定,将较多的热量分配给高熔点金属,以尽量使得两种金属可以同时达到各自的熔点温度。在本实施例中焊枪喷嘴51向铁管段12偏移,以对接口13为界,使焊接电弧52约3/5的加热区域对应位于铁管段12上方,约2/5的加热区域对应位于铜管段11上方。
当焊接前铜管段11和铁管段12对接接触时,在铜管段11另一端部和铁管段12的另一端部分别施加方向相对的作用力F,使铜管段11和铁管段12对接口处在整个焊接过程中保持接触。当焊接前铜管段11和铁管段12留有小于0.5mm以下的间隙时,启动焊枪,使铜管段11和铁管段12对接口处的端口熔解,此时向压缩机排气管1两端施加一顶锻力F,使铜管段11和铁管段12对接口的金属熔融融合形成铜-铁混合的结晶物,从而被密封焊接。
实施例4
在本实施例中制备压缩机排气管1采用的是高频焊机6。如图4所示,首先将铜管段11和铁管段12按对接的位置关系固定安装于夹具3上,对接口13无需焊料。进行焊接前,铜管段11和铁管段12的对接口可先接触,也可留有小于0.5mm以下的间隙。
本实施例采用的供热设备为单线圈61。焊接时确定对接口13与单线圈61的相对位置,使单线圈61往铁管段12方向偏移。偏移量按两种金属的熔点温度确定,将较多的热量分配给高熔点金属,以尽量使得两种金属可以同时达到各自的熔点温度。在本实施例中单线圈61向铁管段12偏移,以对接口13为界,使约3/5的加热区域对应位于铁管段12上方,约2/5的加热区域对应位于铜管段11上方。
当焊接前铜管段11和铁管段12对接接触时,在铜管段11另一端部和铁管段12的另一端部分别施加方向相对的作用力F,使铜管段11和铁管段12对接口处在整个焊接过程中保持接触。当焊接前铜管段11和铁管段12留有小于0.5mm以下的间隙时,接通单线圈61,使铜管段11和铁管段12对接口处的整个端口材料熔解,此时向压缩机排气管1两端施加一顶锻力F,使铜管段11和铁管段12对接口的金属熔融融合形成铜-铁混合的结晶物,从而被密封焊接。
实施例5
在本实施例中,供热设备采用双环形多焊枪,每套环形多焊枪也如图3B所示,由3支以上的焊枪按圆周均匀分布构成一个圆环状,两套环形多焊枪共八支焊枪。每套环形多焊枪的输出热量分别独立控制。输出较高热量的一套环形多焊枪对应加热铁管段端口,控制温度让铁自熔;输出较低热量的另一套环形多焊枪对应加热铜管段端口,控制温度让铜自熔。焊接前铜管段11和铁管段12对接接触时,在铜管段11另一端部和铁管段12的另一端部分别施加方向相对的作用力F,使铜管段11和铁管段12对接口处在整个焊接过程中保持接触。或者,焊接前铜管段11和铁管段12之间留有间隙,开启焊枪,使铜管段11和铁管段12对接口处的整个端口材料熔解,然后再向压缩机排气管1两端施加一顶锻力F,使铜管段11和铁管段12对接口的金属熔融融合形成铜-铁混合的结晶物,从而被密封焊接。
实施例6
在本实施例中制备压缩机排气管1,其铁管段12对接口一侧的端口附着有镍层,其他同实施例2。焊接时使铜管段11和铁管段12对接口的金属熔融融合形成三者混合的结晶体,从而被密封焊接。
实施例7
在本实施例中制备压缩机排气管1,其在铜管段11和铁管段12对接口处,高于镍熔点的温度区域中添加镍丝,其他同实施例4。焊接时使铜管段11和铁管段12对接口的金属熔融融合形成三者混合的结晶体,从而被密封焊接。