CN109773296A - 铜管无缝焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜管无缝焊接工艺，旨在解决铜管钎焊成品率低的问题，其技术方案要点是（1）、焊前处理；（2）、检验；（3）、切割；（4）、承插接头安装；（5）、钎焊间隙；（6）、铜管的轴向偏差；（7）、焊炬及焊嘴选择；（8）、可燃气体选择；（9）、火焰调节；（10）、预热加热；（11）、钎焊连接；（12）、加热保持；（13）、冷却作业；（14）、焊后处理。本发明铜管无缝焊接工艺能够提高无缝焊接的成品率，使铜管钎焊后使用寿命长，稳定性高。

Description

铜管无缝焊接工艺

技术领域

本发明涉及一种铜管焊接工艺，更具体地说，它涉及一种铜管无缝焊接工艺。

背景技术

铜管钎焊就是将铜管、铜管件与熔点比铜低的铜磷钎料或锡钎料一起加热，在铜管、铜管件不熔化的情况下，加热到钎料熔化，然后使熔化的钎料填充进承插口的缝隙中，冷却结晶形成钎焊缝，成为牢固的接头。

相比传统钢管电焊相比，铜管因其具有耐高温、高压、抗腐蚀、保证水质等优质性能越来越受到青睐，但其钎焊过程技术含量高，工艺较为复杂，铜钎焊对火焰温度控制、接口承插进度标准高，对钎料钎剂的选用、退火处理、焊具和焊接气体的要求严格，操作人员必须具备较高的技术能力才能够焊接好，从而导致铜管无缝焊接成品率较低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供铜管无缝钎焊工艺，通过该工艺流程的操作能够使普通操作人员也能够进行通过钎焊，并且钎焊效率高，质量好，降低成本，节能减排。

1．本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种铜管无缝焊接工艺，其特征在于；包括以下步骤：

（1）、焊前处理：焊前清除铜管表面以及接合处的油污、氧化物、毛刺及其杂物；

（2）、检验：若发现铜管不干净、潮湿或被氧化，应挑出来重新处理方可焊接；

（3）、切割：使用专业割刀进行切割，并且用角尺对切割面进行测量保证切割面垂直，切割之后再次打磨；

（4）、承插接头安装：承插接头安装首先进行调直，在现场施工时可用简易固定装置固定铜管调整铜管与承插接头轴向偏差，高处连接管网时，应先安装固定支架，再利用固定支架对铜管进行调直固定，固定后管内应将接头表面清理干净；

（5）、钎焊间隙：钎焊接头预留间隙大小与母材和选用钎料种类,以及钎焊方法、钎焊温度和钎料安装方式均有关，组对时不能强行组对,要保留一定间隙作为钎缝；间隙小,抗拉强度高；间隙增大,抗拉强度降低；

（6）、铜管的轴向偏差：以接头径向按90°夹角确定两条轴向标识线，然后在距接头一定距离，用激光标线仪测量标识线，以两条标识线均在一条直线上为合格；

（7）、焊炬及焊嘴选择：使用通用焊炬进行钎焊时，使用多孔喷嘴，此时得到的火焰比较分散，温度比较适当，有利于保证均匀加热；

（8）、可燃气体选择：焊接气体由助燃气体（氧气）和可燃气体（液化石油气）两部分组成，液化石油气的主要成分是丙烷、丁烷以及一定量的丙烯和丁烯等碳氢化合物，选用液化石油气作可燃气体；

（9）、火焰调节：铜管承插接头钎焊使用中性焰，首先打开液化石油气气阀，点火后缓慢调大氧气阀门直到内焰与焰心重合为中性焰，氧气和液化石油气的体积比大约为3:5，内焰温度约为2000℃左右，外焰中部温度约为850℃，外焰端部温度约为450℃左右；

（10）、预热加热：钎焊前预热应以待焊管径和壁厚大小为依据来确定,一般预热至暗红色为合适,预热温度一般为450℃左右；

（11）、钎焊连接：铜管焊接时先把钎料置于火焰下稍微加热并粘上熔剂，用火焰的外焰将熔剂熔化，待熔剂熔化后，用中性焰焊接，为保证接头均匀加热，焊接时使火焰沿铜管轴向移动，保证插口和附近10mm范围内受热均匀，当铜管和承口被加热到焊接温度时呈暗红色时开始加入钎料，加入时钎料需要从火焰的另一侧加入并粘上熔剂，用火焰的外焰将熔剂熔化；

（12）、加热保持：当观察到钎料熔化后，用中性焰焊接，焊接时焊嘴距工件的距离为10cm左右，此时火焰温度控制在800℃左右，等钎料填满间隙后，焊炬慢慢移开接头，继续加入少量钎料后再移开焊炬和钎料，加热时间力求最短，每条焊缝一次连续焊完不得中断；

（13）、冷却作业：钎焊完成后,将钎焊件置于净水中,使钎焊件温度降低,以免钎焊件高温状态下被氧化；

（14）、焊后处理：焊后应清除焊件表面的杂物，以防止表面被腐蚀而产生铜锈。

通过采用上述技术方案，铜钎焊较传统焊接工艺相对复杂，对火焰温度控制，钎焊、钎剂根据管材不同材质的不同化学性质的选用，焊接气体、施焊工具的使用，退火阶段的温度控制都有着较高的要求，通过按照以上步骤对铜管实施钎焊，能够有效克服接口强度不足，焊缝出现气孔、焊缝中出现裂纹的问题，从而提高铜钎焊的焊缝合格率，并且具有良好的感官效果。

本发明进一步设置为：在（11）钎焊连接过程中，使用三把焊枪不同角度同时进行施焊。

通过采用上述技术方案，在焊接时，同时使用三把焊枪在不同角度进行施焊，这样可以保证火焰温度，确保管道升温迅速且受热均匀。

本发明进一步设置为：在（11）钎焊连接过程中，持续加热3-5秒左右后迅速使火焰脱离铜管，约2秒之后再次靠近铜管加热，这样反复持续多次直至钎料完全进入钎缝。

通过采用上述技术方案，在加热过程中，先加热再使火焰脱离，这样有利于操作人员方便观察已经加热至什么程度，避免加热过度，并且因为配合有三把焊枪，因此不用担心火焰离开后铜管温度不容易迅速达到目标值。

本发明进一步设置为：在（11）钎缝连接期间，随时通过高压水蒸气喷射在焊缝处。

通过采用上述技术方案，高压水蒸气的喷射是为了增加钎剂的流动，避免形成堵塞，导致焊缝钎焊不均匀，同时能够及时去除表面产生的杂质，避免结疤。

本发明进一步设置为：在（10）预热加热时，钎焊热源采用氧、乙炔气体,中性火焰或轻微碳化焰,焊接加热时,使钎焊区均匀加热,温度控制在650℃-750℃之间。

通过采用上述技术方案，预加热时钎焊热源温度控制在此区间能够保证所需钎焊的地方均匀受热，同步稳定提升温度。

本发明进一步设置为：在（1）焊前处理时，用细砂布擦去氧化皮,标准一般应达到Ra6.3um左右。

通过采用上述技术方案，在对铜管打磨时打磨至Ra6.3um能够确保在钎焊过程中不会受到氧化皮的影响，从而可以有效保证钎焊质量。

本发明进一步设置为：用细砂布打磨后，使用有机溶剂清洗,然后再用毛巾擦干。

通过采用上述技术方案，铜管有机溶剂的清洗，可以避免焊件常温下发生氧化。

本发明进一步设置为：在（3）切割完成后，需要在切口处涂抹钎剂。

通过采用上述技术方案，切割后涂抹钎剂能够清除焊接区的表面氧化物，同时为钎焊做准备。

本发明进一步设置为：在处理（5）钎焊间隙时，钎缝间隙根据铜管的外径来决定，铜管外径≤DN20，钎缝宽度在0.03-0.4mm之间为宜，铜管外径在DN20-DN50之间时，钎缝宽度在0.03-0.5mm之间为宜，而铜管外径≥DN50的时候，钎缝宽度应保持在0.05-0.6mm之间。

通过采用上述技术方案，按照这个的规格去实施，钎焊效果最好，钎料、钎剂均能够切好将钎缝填补并接合一起，从而使钎焊效果达到最好。

本发明进一步设置为：在（13）冷却作业过程中，若钎焊换热芯组中无法直接置于净水中,钎焊后用湿布或湿海绵包附钎焊接头降温。

通过采用上述技术方案，在无法置于净水中时，采用湿步或者湿海绵进行包裹降温也能够达到目前，并且最好的方式是在无氧氮气环境下进行冷却，这样能够确保钎焊后不会发生氧化现象，从而保证钎焊质量。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行详细描述。

1、焊前处理：焊前清除铜管表面以及接合处的油污、氧化物、毛刺及其杂物，保证铜管端部及接合面的清洁与干燥，还需要保证钎料的清洁和干燥，可以先把所需焊接焊口端表面除去油污、杂物,用细砂布擦去氧化皮,再用酒精、丙酮等有机溶剂清洗,最后用毛巾擦干,立即进行钎焊,以避免焊件常温下发生氧化。为保证钎焊接头间隙,对钎焊接头接合面应达到合理表面粗糙度要求,一般应达到Ra6.3um左右。

2、检验：经过清洁工序后仍有可能因处理工序不佳或储存方式不正确而使铜管表面沾有油污或水份，因此在接头装配和焊接前仍需要目测铜管表面的清洁度和干燥度，若发现铜管不干净、潮湿或被氧化，应挑出来重新处理方可焊接。

3、切割：铜管在钎焊之前还需要进行切割处理，切割质量影响大焊接后管道安装的平直度，使用专业割刀进行切割，并且用角尺对切割面进行测量保证切割面垂直，切割之后再次打磨，并且涂钎剂去除焊接表面的氧化物及杂质，同时为钎料的润湿、流动和填充创造条件，从而保证焊接质量。

4、承插接头安装：承插接头安装首先进行调直，在现场施工时可用简易固定装置固定铜管调整铜管与承插接头轴向偏差，高处连接管网时，应先安装固定支架，再利用固定支架对铜管进行调直固定，固定后管内应将接头表面清理干净，承接插头安装要点：1.承插长度，一般铜管的承插长度在5-15mm，承插管长度过短易使接头强度不够。

5、钎焊间隙：钎焊接头预留间隙大小与母材和选用钎料种类,以及钎焊方法、钎焊温度和钎料安装方式均有关。组对时不能强行组对,要保留一定间隙作为钎缝。间隙小,抗拉强度高;间隙增大,抗拉强度降低。一定范围内,减小钎缝间隙可以提高钎缝致密性,合适钎焊接头间隙能使接头得到其最高强度。必须指出钎焊工艺中,钎焊间隙大小及其控制十分重要,所以选择符合标准规格铜管尤为重要，通常钎缝间隙根据铜管的外径来决定，铜管外径≤DN20，钎缝宽度在0.03-0.4mm之间为宜，铜管外径在DN20-DN50之间时，钎缝宽度在0.03-0.5mm之间为宜，而铜管外径≥DN50的时候，钎缝宽度应保持在0.05-0.6mm之间。

6、铜管的轴向偏差：铜管轴向偏差控制直接影响接头焊缝间隙和管道的整体平直度，操作要点：以接头径向按90°夹角确定两条轴向标识线，然后在距接头一定距离，用激光标线仪测量标识线，以两条标识线均在一条直线上为合格。

7、焊炬及焊嘴选择：使用通用焊炬进行钎焊时，最好使用多孔喷嘴（梅花嘴），此时得到的火焰比较分散，温度比较适当，有利于保证均匀加热。

8、可燃气体选择：焊接气体由助燃气体（氧气）和可燃气体（液化石油气）两部分组成，液化石油气的主要成分是丙烷、丁烷以及一定量的丙烯和丁烯等碳氢化合物，选用液化石油气作可燃气体比乙炔更经济，由于燃点比乙炔高，因此选用液化石油气更安全。

9、火焰调节：铜管承插接头钎焊使用中性焰，首先打开液化石油气气阀，点火后缓慢调大氧气阀门直到内焰与焰心重合为中性焰，氧气和液化石油气的体积比大约为3:5，内焰温度约为2000℃左右，外焰中部温度约为850℃，外焰端部温度约为450℃左右。

10、预热加热：钎焊前预热应以待焊管径和壁厚大小为依据来确定,一般预热至暗红色为合适,预热温度一般为450℃左右。

钎焊热源采用氧、乙炔气体,中性火焰或轻微碳化焰,焊接加热时,使钎焊区均匀加热,温度控制在650℃-750℃之间。钎焊过程中,先用外焰离外管件12～25毫米处加热外管件,必须用外焰加热钎件,内焰应离钎件18～25毫米,如换热管管径较小,焊炬火焰可以同时包容内管件和外管件,以尽可能均匀速度加热两件至钎焊温度。前后和左右摆动焊炬,保持两件于钎焊温度和均匀加热。这样可以防止热斑出现及接头过热或加热不足,当紫铜变得橘红时,表明已达到钎焊温度;如变得鲜红,则金属已过热,为了使钎料充满整个接缝间隙,应用氧乙炔焰外焰沿换热管接头处均匀加热,切不可直接加热钎料,否则熔化钎料未流入接缝间隙就会迅速凝固,使钎焊焊缝不能填满。气体助焊剂及钎焊装置使用,使助焊剂以气体形式加入焊接火焰中,焊接时,火焰加热部分有助焊剂存在,实现了添加助焊剂自动化。

11、钎焊连接：焊接过程中为了使焊接部位迅速升温且均匀受热，因此同时使用三把焊枪不同角度进行施焊，这样保证了火焰温度，确保管道升温迅速且均匀受热，铜管焊接时先把钎料置于火焰下稍微加热并粘上熔剂，用火焰的外焰将熔剂熔化，待熔剂熔化后，用中性焰焊接，为保证接头均匀加热，焊接时使火焰沿铜管轴向移动，保证插口和附近10mm范围内受热均匀，持续加热3-5秒左右后迅速使火焰脱离铜管，约2秒之后再次靠近铜管加热，这样反复持续多次直至钎料完全进入钎缝，倒立焊时，下端不宜加热时间过长，因为下端铜管温度太高，会导致液态钎料因重力作用而向下流失，然后加入钎料，当铜管和承口被加热到焊接温度时呈暗红色时开始加入钎料，加入时钎料需要从火焰的另一侧加入并粘上熔剂，用火焰的外焰将熔剂熔化；在钎焊过程中随时通过高压水蒸气喷射在焊缝处，一方面增加钎剂流动性，一方面避免凝聚尝试焊疤。

12、加热保持：当观察到钎料熔化后，用中性焰焊接，焊接时焊嘴距工件的距离为10cm左右，此时火焰温度控制在800℃左右，等钎料填满间隙后，焊炬慢慢移开接头，继续加入少量钎料后再移开焊炬和钎料，加热时间力求最短，每条焊缝一次连续焊完不得中断。

13、冷却作业：钎焊完成后,将钎焊件置于净水中,使钎焊件温度降低,以免钎焊件高温状态下被氧化;若钎焊换热芯组中无法直接置于净水中,钎焊后用湿布或湿海绵包附钎焊接头降温。

14、焊后处理：焊后应清除焊件表面的杂物，以防止表面被腐蚀而产生铜锈，如果条件允许可让管材在氮气的氛围中冷却，防止高温的铜管在冷却过程中被氧化。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铜管无缝焊接工艺，其特征在于；包括以下步骤：

（1）、焊前处理：焊前清除铜管表面以及接合处的油污、氧化物、毛刺及其杂物；

（2）、检验：若发现铜管不干净、潮湿或被氧化，应挑出来重新处理方可焊接；

（3）、切割：使用专业割刀进行切割，并且用角尺对切割面进行测量保证切割面垂直，切割之后再次打磨；

（4）、承插接头安装：承插接头安装首先进行调直，在现场施工时可用简易固定装置固定铜管调整铜管与承插接头轴向偏差，高处连接管网时，应先安装固定支架，再利用固定支架对铜管进行调直固定，固定后管内应将接头表面清理干净；

（5）、钎焊间隙：钎焊接头预留间隙大小与母材和选用钎料种类,以及钎焊方法、钎焊温度和钎料安装方式均有关，组对时不能强行组对,要保留一定间隙作为钎缝；间隙小,抗拉强度高；间隙增大,抗拉强度降低；

（6）、铜管的轴向偏差：以接头径向按90°夹角确定两条轴向标识线，然后在距接头一定距离，用激光标线仪测量标识线，以两条标识线均在一条直线上为合格；

（7）、焊炬及焊嘴选择：使用通用焊炬进行钎焊时，使用多孔喷嘴，此时得到的火焰比较分散，温度比较适当，有利于保证均匀加热；

（8）、可燃气体选择：焊接气体由助燃气体（氧气）和可燃气体（液化石油气）两部分组成，液化石油气的主要成分是丙烷、丁烷以及一定量的丙烯和丁烯等碳氢化合物，选用液化石油气作可燃气体；

（9）、火焰调节：铜管承插接头钎焊使用中性焰，首先打开液化石油气气阀，点火后缓慢调大氧气阀门直到内焰与焰心重合为中性焰，氧气和液化石油气的体积比大约为3:5，内焰温度约为2000℃左右，外焰中部温度约为850℃，外焰端部温度约为450℃左右；

（10）、预热加热：钎焊前预热应以待焊管径和壁厚大小为依据来确定,一般预热至暗红色为合适,预热温度一般为450℃左右；

（11）、钎焊连接：铜管焊接时先把钎料置于火焰下稍微加热并粘上熔剂，用火焰的外焰将熔剂熔化，待熔剂熔化后，用中性焰焊接，为保证接头均匀加热，焊接时使火焰沿铜管轴向移动，保证插口和附近10mm范围内受热均匀，当铜管和承口被加热到焊接温度时呈暗红色时开始加入钎料，加入时钎料需要从火焰的另一侧加入并粘上熔剂，用火焰的外焰将熔剂熔化；

（12）、加热保持：当观察到钎料熔化后，用中性焰焊接，焊接时焊嘴距工件的距离为10cm左右，此时火焰温度控制在800℃左右，等钎料填满间隙后，焊炬慢慢移开接头，继续加入少量钎料后再移开焊炬和钎料，加热时间力求最短，每条焊缝一次连续焊完不得中断；

（13）、冷却作业：钎焊完成后,将钎焊件置于净水中,使钎焊件温度降低,以免钎焊件高温状态下被氧化；

（14）、焊后处理：焊后应清除焊件表面的杂物，以防止表面被腐蚀而产生铜锈。

2.根据权利要求1所述的铜管无缝焊接工艺，其特征在于：在（11）钎焊连接过程中，使用三把焊枪不同角度同时进行施焊。

3.根据权利要求1或2所述的铜管无缝焊接工艺，其特征在于：在（11）钎焊连接过程中，持续加热3-5秒左右后迅速使火焰脱离铜管，约2秒之后再次靠近铜管加热，这样反复持续多次直至钎料完全进入钎缝。

4.根据权利要求3所述的铜管无缝焊接工艺，其特征在于：在（11）钎缝连接期间，随时通过高压水蒸气喷射在焊缝处。

5.根据权利要求1所述的铜管无缝焊接工艺，其特征在于：在（10）预热加热时，钎焊热源采用氧、乙炔气体,中性火焰或轻微碳化焰,焊接加热时,使钎焊区均匀加热,温度控制在650℃-750℃之间。

6.根据权利要求1所述的铜管无缝焊接工艺，其特征在于：在（1）焊前处理时，用细砂布擦去氧化皮,标准一般应达到Ra6.3um左右。

7.根据权利要求6所述的铜管无缝焊接工艺，其特征在于：用细砂布打磨后，使用有机溶剂清洗,然后再用毛巾擦干。

8.根据权利要求1所述的铜管无缝焊接工艺，其特征在于：在（3）切割完成后，需要在切口处涂抹钎剂。

9.根据权利要求1所述的铜管无缝焊接工艺，其特征在于：在处理（5）钎焊间隙时，钎缝间隙根据铜管的外径来决定，铜管外径≤DN20，钎缝宽度在0.03-0.4mm之间为宜，铜管外径在DN20-DN50之间时，钎缝宽度在0.03-0.5mm之间为宜，而铜管外径≥DN50的时候，钎缝宽度应保持在0.05-0.6mm之间。

10.根据权利要求1所述的铜管无缝焊接工艺，其特征在于：在（13）冷却作业过程中，若钎焊换热芯组中无法直接置于净水中,钎焊后用湿布或湿海绵包附钎焊接头降温。