CN108705171B - 一种管件焊接保护装置及其焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管件焊接保护装置，涉及焊接技术领域，包括堵头和保护罩，所述堵头内设有气流通道，所述气流通道包括相互连通的进气段、分流段和排气段，进气段与排气段同轴设置，分流段与进气段垂直并延伸至保护罩处，堵头的底部还设有末端排气通道，所述末端排气通道与排气段垂直，所述保护罩为两端开口的壳体件，保护罩的上端与堵头卡接，保护罩的下端套接在待焊接管件上并与待焊接管件外壁形成环包腔体，本发明通过设置堵头+保护罩的结构，在进行火焰钎焊焊接时，不仅能够对管件内部进行氮气保护，还能够对管件外部的一段进行氮气保护，从而减少了管件内壁和外壁上氧化皮的产生，省去了后续的去氧化皮工序，节约了时间，提高了效率。

Description

一种管件焊接保护装置及其焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种管件焊接保护装置及其焊接方法。

背景技术

钎焊是利用熔点比母体低的钎料和母体一起加热，在母体不熔化的情况下，钎料与母体之间相互溶解和扩散，从而牢固结合的一种连接方式。钎焊具有加热温度较低、焊件的组织和机械性能变化较小、变形较小、接头平整光滑、生产效率高等优点，因此在现代工业产品中得到广泛应用，特别是在空调、热水器等需要进行大量铜管焊接的热交换设备中。

由于铜管在钎焊过程中极易与空气中的氧气发生氧化反应，在铜管的内壁上生成氧化皮，这样，在空调器等制冷系统的运行过程中容易剥离，造成脏堵，给冷媒系统内的阀和压缩机等带来不良影响。为了有效减少铜管内部氧化皮的产生，现有铜管钎焊工艺（火焰钎焊）要求在焊接过程对焊接杯口部位要进行必要的氮气保护，就是用氮气冲走焊接部位的氧气，形成氮气保护氛围，防止焊接口内部被氧化，减少整个制冷系统内部形成氧化皮的可能性。

现有技术中也只是对铜管的内部进行氮气保护，铜管外壁的上端部由于没有了氮气保护，会形成氧化皮，为了能够与空调其他配件进行焊接，还需要进行去除氧化皮的工序，如酸洗或者打磨，不仅增加了工序，浪费了资源，降低了工作效率，而且去除氧化皮的操作还会对铜管本身造成伤害，壁厚降低，降低了其使用寿命。

中国专利公开号为CN102062224A公开了一种铜管钎焊充氮保护装置和方法及控制阀，所述控制阀包括阀体和阀芯，阀体具有一轴向通孔以及与轴向通孔相通的径向通孔，阀体的一端安装有与充氮软管相适配的进气接头，另一端安装有与铜管内壁相适配的橡胶出气接头；阀芯设置在径向通孔内，阀芯上设有复位弹簧；压把的一端铰接在阀体上且阀芯的上端固定在压把上。本发明控制阀阀体的一端安装有与铜管内壁相适配的橡胶出气接头，在进行铜管钎焊时，将橡胶出气接头插装在铜管的敞口端并与敞口端的内壁密封，然后压下控制阀压把向铜管内充入氮气3-5秒，最后使压把复位停止充氮，并在两分钟之内完成铜管钎焊，不会混入空气，避免铜管的内壁产生氧化皮，同时避免了氮气浪费。但是其仍然只是对铜管内壁进行氮气保护。

中国专利公开号为CN106270915A公开了一种空调储液器焊接保护装置，包括外通气块和内通气块，外通气块为矩形块状结构，其设有横向吹气孔和纵向吹气孔，并通过外通气接孔与气源连接；内通气块设有内吹气孔，并通过内通气接孔与气源连接。本发明的方法在焊接过程中通过内通气块向筒体内通保护气，焊接完立通过外通气块向焊接位置铜保护气，避免空气接触焊缝。该装置能避免储液器焊接时，焊接部位表面氧化，增强焊缝连接强度，提高成品质量，降低生产成本。但是其结构较为复杂，且在直管段，没有设置外壁保护装置，导致其外壁也容易被氧化，产生氧化皮。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管件焊接保护装置，以解决现有技术中导致的上述缺陷。

一种管件焊接保护装置，包括堵头和保护罩，所述堵头内设有气流通道，所述气流通道包括相互连通的进气段、分流段和排气段，进气段与排气段同轴设置，分流段与进气段垂直并延伸至保护罩处，堵头的底部还设有末端排气通道，所述末端排气通道与排气段垂直，所述保护罩为两端开口的壳体件，保护罩的上端与堵头卡接，保护罩的下端套接在待焊接管件上并与待焊接管件外壁形成环包腔体。

优选的，所述堵头包括芯棒一、芯棒二和环形台阶，环形台阶设于芯棒一与芯棒二之间并一体成型。

优选的，所述芯棒二的外侧还设有环形的定位台阶，定位台阶的外侧面与待焊接管件的内壁为间隙配合。

优选的，所述环形台阶的外侧面为圆柱形，所述芯棒一和芯棒二均为圆柱形，保护罩的外侧面与环形台阶的外侧面齐平，此外，环形台阶的外侧面也可以为倒锥形。

优选的，所述分流段和末端排气通道的数量均至少为个，且沿着排气段的轴心周向布置。

优选的，所述保护罩的内侧壁与内底壁之间设有倒角。

优选的，所述芯棒二的长度不低于14.4mm，所述保护罩的长度不低于12mm，所述气流通道的横截面形状均为圆形，所述进气段和分流段的内径均为4mm，所述排气段的内径为3mm。

优选的，所述保护罩的内壁与待焊接管件外壁之间的间隙值为1-3mm，所述芯棒二的外壁与待焊接管件内壁之间的间隙值为1-3mm，环形台阶的外壁与待焊接管件内壁之间的间隙值为0.2-0.5mm。

一种利用上述管件焊接保护装置进行焊接的方法，包括如下步骤：

（1）将上述管件焊接保护装置安装在夹具上，夹具有多个并呈周向排列，将氮气管接入芯棒一，再将待焊接管件套入到芯棒二外固定好；

（2）先打开气阀，通过氮气管向管件焊接保护装置内通入氮气，并一直保持充气状态，接着对待焊接管件预热7-9s，预热结束后，进行火焰钎焊焊接，氮气在待焊接管件外的流出面积S3与氮气在待焊接管件内的流出面积S5之间的比值为 QUOTE ，在此面积下的流量比值为 QUOTE/> />，焊接时间控制在10-12s，焊接完成后，自然冷却15-40s；

（3）冷却结束后，取出产品，并安装新的待焊接管件，焊接过程中，前一个待焊接管件会进行预热。

本发明的有益效果如下：

（1）通过设置堵头+保护罩的结构，在进行火焰钎焊焊接时，不仅能够对管件内部进行氮气保护，还能够对管件外部的一段进行氮气保护，从而减少了管件内壁和外壁上氧化皮的产生，省去了后续的去氧化皮工序，节约了时间，提高了效率；

（2）氮气经氮气管进入到进气段后，从分流段开始分流，一部分通过分流段进入到罩体内，将管件上部的外壁包裹住，另一部分通过排气段、末端排气通道进入到管件内部，环形台阶与管件内壁采用间隙配合，末端排气通道排出的氮气会有一部分通过该间隙进入到环形台阶上部的管件内，从而将整个管件内部充满氮气，从外至内均实现了氮气保护；

（3）本发明中通过计算和仿真模拟，计算出了最佳的工艺参数，如预热时间、焊接时间、冷却时间以及氮气在待焊接管件外的流出面积S3与氮气在待焊接管件内的流出面积S5之间的比值为 QUOTE />，在此面积下的流量比值为 QUOTE />，上述参数保证了本发明的焊接保护能够获得最佳效果。

附图说明

图1为本发明的截面剖视图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明中保护罩的结构示意图。

图4为本发明中气流通道的内部示意图。

图5为本发明中氮气的流向示意图。

图6为本发明中不同氮气流量状态下焊接后的管件实物图。

其中，1-堵头，11-芯棒一，12-芯棒二，13-环形台阶，2-保护罩，3-气流通道，31-进气段，32-分流段，33-排气段，34-末端排气通道，4-环包腔体，5-定位台阶，6-倒角，7-待焊接管件。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1

如图1至图5所示，一种管件焊接保护装置，包括堵头1和保护罩2，所述堵头1内设有气流通道3，所述气流通道3包括相互连通的进气段31、分流段32和排气段33，进气段31与排气段33同轴设置，分流段32与进气段31垂直并延伸至保护罩2处，堵头1的底部还设有末端排气通道34，所述末端排气通道34与排气段33垂直，所述保护罩2为两端开口的壳体件，保护罩2的上端与堵头1卡接，保护罩2的下端套接在待焊接管件7上并与待焊接管件7外壁形成环包腔体4。

在本实施例中，所述堵头1包括芯棒一11、芯棒二12和环形台阶13，环形台阶13设于芯棒一11与芯棒二12之间并一体成型。

在本实施例中，所述芯棒二12的外侧还设有环形的定位台阶5，定位台阶5的外侧面与待焊接管件7的内壁为间隙配合。

在本实施例中，所述环形台阶13的外侧面为倒锥形或圆柱形，所述芯棒一11和芯棒二12均为圆柱形，保护罩2的外侧面与环形台阶13的外侧面齐平，此外，环形台阶13的外侧面也可以为倒锥形，利于气流填充。

在本实施例中，所述分流段32和末端排气通道34的数量均至少为2个，且沿着排气段33的轴心周向布置。

在本实施例中，所述保护罩2的内侧壁与内底壁之间设有倒角6。

在本实施例中，所述芯棒二12的长度不低于14.4mm，所述保护罩2的长度不低于12mm，所述气流通道3的横截面形状均为圆形，所述进气段31和分流段32的内径均为4mm，所述排气段33的内径为3mm。

在本实施例中，所述保护罩2的内壁与待焊接管件7外壁之间的间隙值为1-3mm，所述芯棒二12的外壁与待焊接管件7内壁之间的间隙值为1-3mm，环形台阶13的外壁与待焊接管件7内壁之间的间隙值为0.2-0.5mm。

上述参数的设置，是为了获得最佳的保护效果。

本发明中利用上述管件焊接保护装置进行焊接的方法，包括如下步骤：

（1）将上述管件焊接保护装置安装在夹具上，夹具有多个并呈周向排列，将氮气管接入芯棒一11，再将待焊接管件7套入到芯棒二12外固定好；

（2）先打开气阀，通过氮气管向管件焊接保护装置内通入氮气，并一直保持充气状态，接着对待焊接管件7预热7-9s，预热结束后，进行火焰钎焊焊接，焊接时间控制在10-15s，焊接完成后，自然冷却15-40s；

（3）冷却结束后，取出产品，并安装新的待焊接管件7，焊接过程中，前一个待焊接管件7会进行预热。

如图4所示，所述芯棒一11内氮气进气口的横截面积为S1；

氮气在待焊接管件7内外之间的流通面积为S2；

氮气在待焊接管件7外的流出面积为S3（即保护罩2的下端与待焊接管件7外壁之间间隙的横截面积）；

氮气在芯棒二内的出口面积为S4；

氮气在待焊接管件7内的流出面积为S5。

上述参数的关系式满足以下条件：

S2≥S1，确保氮气可以充分流向待焊接管件7外；

S3≤S2，避免氮气过多的流向待焊接管件7外；

S4≤S1，避免氮气过多的流向待焊接管件7内；

S5≥S4，确保氮气可以充分流向待焊接管件7内；

S3与S5之间的面积比值为氮气流量分配的关键参数，根据分析计算，其比值符合下述数值，保护效果最佳：

在此面积下的流量比值为：

另外，本发明中预热时间为8s，焊接时间为13s，冷却时间为20s时，效果最佳。

由图6可知，从左至右的三个产品分别为无氮气保护、氮气较少时、氮气较多时三种状态下，焊接后的实物图，其中，第三个产品的氮气流量为第二个产品的二倍，最右边一个管件为未焊接管件，可以看出，随着氮气流量的增大，管件在焊接时，能够得到很好的保护效果，管件外表面产生的氧化皮逐渐减少。

本发明中具体的氮气流动状态如下：氮气从芯棒一11的进口流入，在分流段32处流通面积变大，速度变慢，氮气分成两股气流，内气流通过末端排气通道流出，保护内部待焊接管件，外气流流向待焊接管件外，在压差P1-P2＞0的影响下，会有小部分氮气从环形台阶与待焊接管件的间隙流入待焊接管件内，其余流向待焊接管件外的氮气在保护罩的约束下形成向下流动，保护外部的待焊接管件。

实施例2

本发明中的堵头1和保护罩2的横截面形状也可以是矩形或其他多边形，保护罩2的形状与堵头1适配，同时，其他结构（如定位台阶5）也需要做相对应的变化。

实施例3

本发明中，堵头1中的气流通道3的横截面形状也可是非圆形。

本发明中不仅仅可以应用到铜管的钎焊，还可应用于其他类似管件的火焰焊接过程。同时，该种管件焊接保护装置可应用于空调配件中多个产品的焊接，如为储液器、气液分离器、油气分离器以及消音器，也可应用于其他类似产品的焊接。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (8)

1.一种管件焊接保护装置，其特征在于，包括堵头（1）和保护罩（2），所述堵头（1）内设有气流通道（3），所述气流通道（3）包括相互连通的进气段（31）、分流段（32）和排气段（33），进气段（31）与排气段（33）同轴设置，分流段（32）与进气段（31）垂直并延伸至保护罩（2）处，堵头（1）的底部还设有末端排气通道（34），所述末端排气通道（34）与排气段（33）垂直，所述保护罩（2）为两端开口的壳体件，保护罩（2）的上端与堵头（1）卡接，保护罩（2）的下端套接在待焊接管件（7）上并与待焊接管件（7）外壁形成环包腔体（4）；

所述分流段（32）和末端排气通道（34）的数量均至少为2个，且沿着排气段（33）的轴心周向布置；所述保护罩（2）的内侧壁与内底壁之间设有倒角（6）。

2.根据权利要求1所述的一种管件焊接保护装置，其特征在于：所述堵头（1）包括芯棒一（11）、芯棒二（12）和环形台阶（13），环形台阶（13）设于芯棒一（11）与芯棒二（12）之间并一体成型。

3.根据权利要求2所述的一种管件焊接保护装置，其特征在于：所述芯棒二（12）的外侧还设有环形的定位台阶（5），定位台阶（5）的外侧面与待焊接管件（7）的内壁为间隙配合。

4.根据权利要求3所述的一种管件焊接保护装置，其特征在于：所述环形台阶（13）的外侧面为圆柱形，所述芯棒一（11）和芯棒二（12）均为圆柱形，保护罩（2）的外侧面与环形台阶（13）的外侧面齐平。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的管件焊接保护装置，其特征在于：所述芯棒二（12）的长度不低于14.4mm，所述保护罩（2）的长度不低于12mm，所述气流通道（3）的横截面形状均为圆形，所述进气段（31）和分流段（32）的内径均为4mm，所述排气段（33）的内径为3mm。

6.根据权利要求5所述的一种管件焊接保护装置，其特征在于：所述保护罩（2）的内壁与待焊接管件（7）外壁之间的间隙值为1-3mm，所述芯棒二（12）的外壁与待焊接管件（7）内壁之间的间隙值为1-3mm，定位台阶（5）的外壁与待焊接管件（7）内壁之间的间隙值为0.2-0.5mm。

7.一种利用权利要求2-4中任一项所述的管件焊接保护装置进行焊接的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将上述管件焊接保护装置安装在夹具上，夹具有多个并呈周向排列，将氮气管接入芯棒一（11），再将待焊接管件（7）套入到芯棒二（12）外固定好；

（2）先打开气阀，通过氮气管向管件焊接保护装置内通入氮气，并一直保持充气状态，接着对待焊接管件（7）预热7-9s，预热结束后，进行火焰钎焊焊接，氮气在待焊接管件（7）外的流出面积S3与氮气在待焊接管件（7）内的流出面积S5之间的比值为，在此面积下的流量比值为/>，焊接时间控制在10-12s，焊接完成后，自然冷却15-40s；

（3）冷却结束后，取出产品，并安装新的待焊接管件（7），焊接过程中，前一个待焊接管件（7）会进行预热。

8.一种利用权利要求2-4中任一项所述的管件焊接保护装置进行管件焊接的设备，其特征在于，该设备具体为储液器、气液分离器、油气分离器以及消音器中的任意一种。