CN104439646A - 铜和钢的焊接方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铜和钢的焊接方法及应用。铜和钢的焊接方法包括铜和钢两种材料的待焊接端对接，形成接触面。供热设备的加热部在惰性气体的保护下加热熔化铜和钢两种材料的待焊接端，加热部顶端向铜材料所在的方向偏移，偏移距离在0.1毫米～1.5毫米间，使得铜和钢两种材料的待焊接端同时达到熔化状态进而互熔形成焊缝，偏移距离为加热部顶端至接触面的距离。该方法应用于焊接压缩机吸气管内管、吸气外管、排气管，储液器进气管或储液器出气管，消音器上配管、气液分离器或油气分离器用配管，截止阀配管、空调器的配管、管路件、连接管、制冷上用电磁换向阀上配管、空调用电子膨胀阀上配管。
Description
技术领域
本发明涉及管材领域，且特别涉及一种铜和钢的焊接方法及应用。
背景技术
随着社会发展，国家节能降耗政策的不断推进，每个行业都在不断节约资源和降低能源消耗，在制冷行业里面，具有良好塑性和强度的贵金属—铜却一直作为主要原材料进行生产加工。在这些年的行业发展历程中，许多科技人员对此进行了各种材料的替代研究工作，大家熟知的就是用铝这种金属来替代铜。虽然铝具备良好的塑性，但无奈其强度和重量无法满足制冷或空调领域的普遍要求，所以铝金属只能少部分替代铜，所以找到一种既具备一定强度有具有塑性加工性能的材料确实是一件有利于行业、有利于国家发展的一件迫在眉睫的大事。
钢是一种强度和质量都能满足制冷行业要求的材料。铜和钢的焊接属于两种不同金属的焊接。两种不同的金属焊接，由于熔点不同、热传导率不同、液态状态下的金相组织差异，是很难直接无焊料焊接的。所以一般针对不同金属的焊接均是添加焊料进行焊接，尤其常见的是添加熔点低于母材熔点的焊料进行焊接，但这种添加焊材的方式不仅成本高而且在遇到二次焊接时面临第一次焊接点被再次熔化的风险，所以不同金属焊接在实际焊接生产实践中还是有很大的局限性。
在中国专利申请“201310438861.3”和“201310695224.4”中均公开了：不同金属材料的管段在焊接时按热量分配关系为高熔点金属分配较多热量，低熔点金属分配较少热量。从该描述中可知，在铜和钢的焊接过程中，由于钢材料的熔点高于铜材料，在焊接过程提供热量的加热件(如钨针)应偏向钢材料这一端。
在实际使用中，若严格按上述三个专利中提供的方法进行铜材料和钢材料的焊接将出现铜材料永远无法顺利熔化的局面。出现这种状况的原因在于：虽然钢材料的熔点要大于铜材料的熔点，但铜材料的热导率是钢的热传导率的6倍之多(钢的热导率λ是40～60W/(K·m)，铜的热导率λ是380W/(K·m))。铜材料导热速度快，热量分配少，当然无法与钢材料同步熔化。事实上，即使加热件在两种金属焊缝正中间也无法使两种金属同步熔化。
发明内容
本发明为了克服采用现有技术焊接铜材料和钢材料两种不同金属时，铜材料无法顺利熔化的问题，提供一种铜和钢的焊接方法及应用。
为了实现上述目的，本发明提供一种铜和钢的焊接方法，包括：
铜和钢两种材料的待焊接端对接，形成接触面；
供热设备的加热部在惰性气体的保护下加热熔化铜和钢两种材料的待焊接端，加热部顶端向铜材料所在的方向偏移，偏移距离在0.1毫米～1.5毫米间，使得铜和钢两种材料的待焊接端同时达到熔化状态进而互熔形成焊缝，偏移距离为加热部顶端至接触面的距离。
于本发明一实施例中，偏移距离在0.2毫米～0.3毫米间。
于本发明一实施例中，铜和钢两种材料的焊接处设置有惰性气体保护装置，在焊接过程中，惰性气体保护装置为焊接处提供惰性气体保护。
于本发明一实施例中，在焊接过程中，在铜材料和钢材料远离焊接处的一端同时施加相向的作用力。
于本发明一实施例中，在焊接过程中，供热设备的加热部指向焊接处，且加热部的中轴线与焊接处所在的平面间的夹角为5度～175度。
于本发明一实施例中，加热设备为焊枪，加热部为钨电极。
于本发明一实施例中，钢材料为碳钢或不锈钢。
上述焊接方法应用于焊接压缩机吸气管内管、吸气外管、排气管，储液器进气管或储液器出气管，消音器上配管、气液分离器或油气分离器用配管，截止阀配管、空调器的配管、管路件、连接管、制冷上用电磁换向阀上配管、空调用电子膨胀阀上配管。
综上所述，本发明提供的铜和钢的焊接方法与现有技术相比，具有以下优点：
在焊接过程中，考虑到铜材料的热导率远大于钢材料，即铜材料的散热快于钢材料。通过设置为焊接提供热量的加热部的位置，使加热部顶端偏向铜材料所在的方向，来使得分配至铜材料待焊接端的热量大于钢材料的焊接端，使得两种材料达到同步熔化的状态，进而无界限互熔，无泄漏以及无裂纹的焊缝。
此外，为避免在焊接过程中焊缝产生气孔，除加热部受惰性气体保护外，还在焊接处增加提供惰性气体保护的惰性气体保护装置，有效地隔离空气或其他气体，避免产生焊接气孔。且为使两种不同的金属在熔化条件下互熔效果更好或者焊缝结合强度更高，在铜材料和钢材料远离焊接处的一端同时施加作用力相向的顶端力。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1所示为本发明提供的铜和钢焊接方法中，不同偏移距离的试验数据表。
图2所示为本发明提供的铜和钢焊接方法的生产原理图。
图3所示为本发明提供的铜和钢焊接方法中，增加惰性气体保护装置后的生产原理图。
图4a和图4b分别为本发明实施例一提供的铜和钢焊接方法应用于焊接储液器进气管焊接和出气管焊接的生产原理图。
图5a和图5b分别为本发明实施例二提供的铜和钢焊接方法应用于焊接气液分离器进气管焊接和出气管焊接的生产原理图。
图6a和图6b分别为本发明实施例三提供的铜和钢焊接方法应用于焊接四通电磁换向阀中C管(S管或E管)焊接和D管焊接的生产原理图。
图7a、7b和7c分别为本发明实施例四提供的铜和钢焊接方法应用于焊接压缩机吸气外管焊接、吸气内管焊接以及排气管焊接的生产原理图。
图8所示为本发明实施例五提供的铜和钢焊接方法应用于焊接截止阀配管焊接的生产原理图。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明提供一种铜和钢的焊接方法，包括：
铜和钢两种材料的待焊接端对接形成接触面；
供热设备的加热部在惰性气体的保护下加热熔化铜和钢两种材料的待焊接端，加热部顶端向铜材料所在的方向偏移，偏移距离在0.1毫米～1.5毫米间。偏移距离为加热部顶端至接触面的距离。该设置使得铜材料待焊接端获得较多热量从而使两种不同金属同时达到熔化状态进而互熔而形成焊缝，只有这样焊缝才具备可靠的抗拉强度和适应疲劳应力要求。
实施例一
如图4a和图4b所示，本实施例提供的铜和钢焊接方法应用于储液器的进气管的焊接和出气管的焊接。铜材料的待焊接端1和钢材料2的待焊接端对接，形成接触面。于本实施例中，铜材料1和钢材料2的厚度相同，加热设备4为焊枪，加热部41为钨电极，钢材料2为碳钢。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，铜材料1和钢材料2的厚度可以不同，且钢材料2可为不锈钢。
铜材料1的待焊接端和钢材料2的待焊接端的边缘对接，形成接触面，且接触面无需焊料。在铜材料1远离焊接处的一端和钢材料2远离焊接处的一端同时施加相向作用力F，使铜材料1和钢材料2的待焊接端在整个焊接过程中保持接触。然后,确定接触面与加热部41顶端的相对位置。虽然铜材料1的熔点低于钢材料2的熔点，然而，由于铜材料1的导热率是钢材料2的导热率的六倍。因此，在焊接过程中，为了使铜材料1的待焊接端和钢材料2的焊接端同步熔化，设置加热部41的顶端向铜材料1所在的方向偏移，且偏移距离D设置在0.1毫米～1.5毫米间。
如表1所示，当偏移距离D设置在0.1毫米～1.5毫米间时，经焊接后形成的焊缝3圆滑饱满，且由于铜材料1的焊接端和钢材料2的焊接端同步熔化后互熔，形成的互熔区无界限。焊接后，经正反180度的抗折试验后，焊缝3无裂纹；经抗扭强度试验以及抗拉强度等破坏性试验后，均发现断口在铜材料1这一侧，焊缝3无任何影响；且经反复耐压试验后，焊缝3无泄漏。进一步的，焊接后焊缝3形成的晶粒度等级较大，即晶粒的直径较小，在0.04毫米～0.09毫米之间，具有很好的焊接效果。
故采用本发明所提供的焊接方法对铜材料1和钢材料2进行焊接后形成的焊缝不仅外观满足要求，同时所有的强度试验以及耐压试验均满足标准。优选地，设置偏移距离D为0.2毫米～0.3毫米间。从图1中可以看出，当偏移距离D为0.2毫米时，焊接后形成的晶粒的直径最小，只有0.04毫米。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，用户可以根据实际的焊接要求合理的选择偏移距离D为0.1毫米～1.5毫米中的其它值。
于本实施例中，为使得铜材料1的待焊接端和钢材料2的待焊接端在熔化条件下互熔效果更好或焊缝3结合强度更高，设置加热部4的中轴线与焊接处所在的平面间的夹角θ为5度～175度。
在焊接时，焊接处在惰性气体保护装置5提供的惰性气体保护下开始焊接，相对移动加热部41和焊缝3。于本实施例中，该相对移动是通过转动加热设备4，而铜材料1和钢材料2不动来实现。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，该相对移动可以通过转动铜材料1和钢材料2，而加热设备4不动来实现。该相对移动使整个焊缝3形成铜-钢混合的结晶物，从而被密封焊接。且焊接处在惰性气体的保护下焊接形成的焊缝3无气孔，具有更高的强度。
实施例二
如图5a和5b所示，本实施例提供的铜和钢的焊接方法应用于气液分离器进气管焊接和出气管的焊接。
于本实施例中，铜材料1的待焊接端和钢材料2的待焊接端的边缘对接，形成接触面，且接触面无需焊料。在铜材料1远离焊接处的一端和钢材料2远离焊接处的一端同时相向的作用力F，使铜材料1和钢材料2的待焊接端在整个焊接过程中保持接触。且于本实施例中，钢材料2为碳钢。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，钢材料2可为不锈钢。
在焊接过程中，为了使铜材料1的待焊接端和钢材料2的焊接端同步熔化，设置加热部41的顶端向铜材料1所在的方向偏移，且偏移距离D设置在0.1毫米～1.5毫米间。优选地，于本实施例中，设置偏移距离D为0.1毫米。从图1中可以看出，当偏移距离D为0.1毫米时，焊接后形成的晶粒的直径仅有0.08毫米。焊道圆滑饱满，互熔区无界限。焊接后，经正反180度的抗折试验后，焊缝3无裂纹；经抗扭强度试验以及抗拉强度等破坏性试验后，均发现断口在铜材料1这一侧，焊缝3无影响；且经反复耐压试验后，焊缝3无泄漏。
然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，用户可以根据实际的焊接要求合理的选择偏移距离D在0.1毫米～1.5毫米中的其它值。
于本实施例中，为使得铜材料1的待焊接端和钢材料2的待焊接端在熔化条件下互熔效果更好或焊缝结合强度更高，设置加热部4的中轴线与焊接处所在的平面间的夹角θ为5度～175度。
在焊接时，焊接处在惰性气体保护装置5提供的惰性气体保护下开始焊接，通过控制加热部41与焊缝3的相对移动。于本实施例中，该相对移动是通过转动加热设备4而铜材料1和钢材料2不动来实现。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，该相对移动可以通过转动铜材料1和钢材料2，而加热设备4不动来实现。该相对移动使整个焊缝3形成铜-钢混合的结晶物，从而被密封焊接。且焊接处在惰性气体的保护下焊接形成的焊缝3无气孔，具有更高的强度。
实施例三
如图6a所示为本实施例提供的铜和钢的焊接方法应用于焊接四通电磁换向阀中C管(S管或E管)。图6b所示为本实施例提供的铜和钢的焊接方法应用于焊接四通电磁换向阀中D管。
于本实施例中，铜材料1的待焊接端和钢材料2的待焊接端的边缘对接，形成焊接面，且接触面无需焊料。在铜材料1远离焊接处的一端和钢材料2远离焊接处的一端同时施加相向的作用力F，使铜材料1和钢材料2的待焊接端在整个焊接过程中保持接触。且于本实施例中，钢材料2为不锈钢。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，钢材料2可为碳钢。
在焊接过程中，为了使铜材料1的待焊接端和钢材料2的焊接端同步熔化，设置加热部41的顶端向铜材料1所在的方向偏移，且偏移距离D设置在0.1毫米～1.5毫米间。优选地，于本实施例中，设置距离D为1.5毫米。从图1中可以看出，当偏移距离D为1.5毫米时，焊接后形成的晶粒的直径仅有0.09毫米。焊道圆滑饱满，互熔区无界限。焊接后，经正反180度的抗折试验后，焊缝3无裂纹；经抗扭强度试验以及抗拉强度等破坏性试验后，均发现断口在铜材料1这一侧，焊缝3无任何影响；且经反复耐压试验后，焊缝3无泄漏。
然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，用户可以根据实际的焊接要求合理的选择偏移距离D在0.1毫米～1.5毫米中的其它值。
于本实施例中，为使得铜材料1的待焊接端和钢材料2的待焊接端在熔化条件下互熔效果更好或焊缝3结合强度更高，设置加热部4的中轴线与焊接处所在的平面间的夹角θ为5度～175度。
在焊接时，焊接处在惰性气体保护装置5提供的惰性气体保护下开始焊接，通过控制加热部41与焊缝3的相对移动。于本实施例中，该相对移动是通过转动加热设备4而铜材料1和钢材料2不动来实现。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，该相对移动可以通过转动铜材料1和钢材料2，而加热设备4不动来实现。该相对移动使整个焊缝3形成铜-钢混合的结晶物，从而被密封焊接。且焊接处在惰性气体的保护下焊接形成的焊缝3无气孔，具有更高的强度。
实施例四
图7a、7b和7c分别为本发明实施例四提供的铜和钢的焊接方法应用于压缩机吸气外管焊接、吸气内管焊接以及排气管焊接的生产原理图。
于本实施例中，铜材料1的待焊接端和钢材料2的待焊接端的边缘对接，形成接触面，且接触面无需焊料。在铜材料1远离焊接处的一端和钢材料2远离焊接处的一端同时施加相向的作用力F，使铜材料1和钢材料2的待焊接端在整个焊接过程中保持接触。且于本实施例中，钢材料2为碳钢。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，钢材料2可为不锈钢。
在焊接过程中，为了使铜材料1的待焊接端和钢材料2的焊接端同步熔化，设置加热部41的的顶端向铜材料1所在的方向偏移，且偏移距离D设置在0.1毫米～1.5毫米间。优选地，于本实施例中，设置偏移距离D为0.5毫米。从图1中可以看出，当偏移距离D为0.5毫米时，焊接后形成的晶粒的直径仅有0.06毫米。焊道圆滑饱满，互熔区无界限。焊接后，经正反180度的抗折试验后，焊缝3无裂纹；经抗扭强度试验以及抗拉强度等破坏性试验后，均发现断口在铜材料1这一侧，焊缝3无影响；且经反复耐压试验后，焊缝3无泄漏。
然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，用户可以根据实际的焊接要求合理的选择偏移距离D在0.1毫米～1.5毫米中的其它值。
于本实施例中，为使得铜材料1的待焊接端和钢材料2的待焊接端在熔化条件下互熔效果更好或焊缝结合强度更高，设置加热部4的中轴线与焊接处所在的平面间的夹角θ为5度～175度。
在焊接时，焊接处在惰性气体保护装置5提供的惰性气体保护下开始焊接，通过控制加热部41与焊缝3的相对移动。于本实施例中，该相对移动可以通过转动铜材料1和钢材料2，而加热设备4不动来实现。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，该相对移动是通过转动加热设备4而铜材料1和钢材料2不动来实现。该相对移动使整个焊缝3形成铜-钢混合的结晶物，从而被密封焊接。且焊接处在惰性气体的保护下焊接形成的焊缝3无气孔，具有更高的强度。
实施例五
图8所示为本发明实施例五提供的铜和钢的焊接方法应用于截止阀配管焊接的生产原理图。
于本实施例中，铜材料1的待焊接端和钢材料2的待焊接端的边缘对接，形成接触面，且接触面无需焊料。在铜材料1远离焊接处的一端和钢材料2远离焊接处的一端同时施加相向的作用力F，使铜材料1和钢材料2的待焊接端在整个焊接过程中保持接触。且于本实施例中，钢材料2为不锈钢。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，钢材料2可为碳钢。
在焊接过程中，为了使铜材料1的待焊接端和钢材料2的焊接端同步熔化，设置加热部41的顶端向铜材料1所在的方向偏移，且偏移距离D设置在0.1毫米～1.5毫米间。优选地，于本实施例中，设置偏移距离D为0.15毫米。从图1中可以看出，当偏移距离D为0.15毫米时，焊接后形成的晶粒的直径仅有0.07毫米。焊道圆滑饱满，互熔区无界限。焊接后，经正反180度的抗折试验后，焊缝3无裂纹；经抗扭强度试验以及抗拉强度等破坏性试验后，均发现断口在铜材料1这一侧，焊缝3无影响；且经反复耐压试验后，焊缝3无泄漏。
然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，用户可以根据实际的焊接要求合理的选择偏移距离D在0.1毫米～1.5毫米中的其它值。
于本实施例中，为使得铜材料1的待焊接端和钢材料2的待焊接端在熔化条件下互熔效果更好或焊缝结合强度更高，设置加热部4的中轴线与焊接处所在的平面间的夹角θ为5度～175度。
在焊接时，焊接处在惰性气体保护装置5提供的惰性气体保护下开始焊接，通过控制加热部41与焊缝3的相对移动。于本实施例中，该相对移动可以通过转动铜材料1和钢材料2，而加热设备4不动来实现。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，该相对移动是通过转动加热设备4而铜材料1和钢材料2不动来实现。该相对移动使整个焊缝3形成铜-钢混合的结晶物，从而被密封焊接。且焊接处在惰性气体的保护下焊接形成的焊缝3无气孔，具有更高的强度。
综上所述，本发明提供的铜和钢的焊接方法，在焊接过程中，考虑到铜材料1的热导率远大于钢材料2，即铜材料1的散热快于钢材料2。通过设置为焊接提供热量的加热部41的位置，使加热部41的顶端偏向铜材料1所在的方向，来使得分配至铜材料1待焊接端的热量大于钢材料2的焊接端，使得两种材料达到同步熔化的状态，进而无界限互熔，无泄漏以及无裂纹的焊缝。
此外，为避免在焊接过程中焊缝产生气孔，除加热部受惰性气体保护外，还在焊接处增加提供惰性气体保护的惰性气体保护装置5，有效地隔离空气或其他气体，避免产生焊接气孔。且为使两种不同的金属在熔化条件下互熔效果更好或者焊缝结合强度更高，在在铜材料和钢材料远离焊接处的一端同时施加作用力相向的顶端力。
虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。
Claims (8)
1.一种铜和钢的焊接方法，其特征在于，包括：
铜和钢两种材料的待焊接端对接，形成接触面；
供热设备的加热部在惰性气体的保护下加热熔化铜和钢两种材料的待焊接端，所述加热部顶端向铜材料所在的方向偏移，偏移距离在0.1毫米～1.5毫米间，使得铜和钢两种材料的待焊接端同时达到熔化状态进而互熔形成焊缝，所述偏移距离为加热部顶端至所述接触面的距离。
2.根据权利要求1所述的铜和钢的焊接方法，其特征在于，所述偏移距离在0.2毫米～0.3毫米间。
3.根据权利要求1所述的铜和钢的焊接方法，其特征在于，所述铜和钢两种材料的焊接处设置有惰性气体保护装置，在焊接过程中，惰性气体保护装置为焊接处提供惰性气体保护。
4.根据权利要求1所述的铜和钢的焊接方法，其特征在于，在焊接过程中，在铜材料和钢材料远离焊接处的一端同时施加相向的作用力。
5.根据权利要求1所述的铜和钢的焊接方法，其特征在于，在焊接过程中，所述供热设备的加热部指向焊接处，且所述加热部的中轴线与焊接处所在的平面间的夹角为5度～175度。
6.根据权利要求1所述的铜和钢的焊接方法，其特征在于，所述加热设备为焊枪，所述加热部为钨电极。
7.根据权利要求1所述的铜和钢的焊接方法，其特征在于，所述钢材料为碳钢或不锈钢。
8.权利要求1～7任一项所述的铜和钢的焊接方法应用于焊接压缩机吸气管内管、吸气外管、排气管，储液器进气管或储液器出气管，消音器上配管、气液分离器或油气分离器用配管，截止阀配管、空调器的配管、管路件、连接管、制冷上用电磁换向阀上配管、空调用电子膨胀阀上配管。
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