CN117260293A - 层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及感应加热技术领域，具体是指层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊工艺及装置，层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊工艺及装置是利用超高频或高频、中频感应电流作为热源的焊接方法，高频加热适合于焊接薄壁管件，中频感应钎焊设备可以代替氧乙炔加热、煤炭烘炉加热、箱式电炉加热及电阻加热等落后的预热手段，进行钎焊前的预热设备，两者协助配合可以极大的提高产品质量，有效的节省60％以上电能，改善劳动条件。

Description

层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊工艺及装置

技术领域

本发明涉及感应加热技术领域，具体是指层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊工艺及装置。

背景技术

感应钎焊的设备主要由交流电源和感应线圈两部分组成，另外还有一些夹持和定位的辅助夹具。交流电源安频率可分为工频、中频和高频，工频很少用于钎焊，而常用中频和高频，感应钎焊领域的发生器工作频率为100～500kHz。感应线圈的安放方式有两种，一是置于容器外，靠感应器来加热焊件，此时容器材料是导体；另一种是感应线圈置于容器内,焊件靠感应线圈直接加热，这时往往可以使用玻璃容器，以利于观察钎焊过程的进行。

感应圈是传递感应电流的部件，根据特定的零件设计的，特别是形状复杂的零件，一般采用经验和实验的方法完成的，当遇到钎焊截面大小不一的零件时，可以通过合并各种基本设计形式来调节加热方式。感应圈要保证加热迅速、均匀、效率高等，通常感应圈都用4～12mm的圆或扁的纯铜管制成，工作时管内通水冷却，感应圈与焊件之间应保持间隙以免短路，但为了提高加热效率，应尽量减少感应圈在匝间及与焊件的间隙。感应钎焊时往往需要一些辅助工具来夹持和定位工件。感应钎焊零件间隙通常为0.038～0.051mm。此外，感应钎焊的集肤效应还与零件材料的电阻系数和磁导率有关，电阻系数越大，磁导率越小，集肤效应越弱，反之集肤效应越显著。所以应根据具体钎焊零件的特性调整电源频率及电功率，以达到最佳钎焊效果。

层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊工艺及装置是利用超高频或高频、中频感应电流作为热源的焊接方法，高频加热适合于焊接薄壁管件，中频感应钎焊设备可以代替氧乙炔加热、煤炭烘炉加热、箱式电炉加热及电阻加热等落后的预热手段，进行钎焊前的预热设备，两者协助配合可以极大的提高产品质量，有效的节省60％以上电能，改善劳动条件

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本方案提供层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊装置，由以下具体技术手段所达成：包括多层卷焊管成型机组、感应钎焊加热器、废气收集及净化器和管体冷却机，所述感应钎焊加热器由中频感应加热器和超高频或高频感应加热器组成，所述中频感应加热器中设置有中频感应预热线圈，所述超高频或高频感应加热器中设置有超高频或高频感应钎焊线圈，所述多层卷焊管成型机组用于将层状复合金属带材卷绕成复合金属材料管体，然后所述复合金属材料管体卷绕成型后依次穿过中频感应预热线圈、超高频或高频感应钎焊线圈进行感应加热钎焊，同时所述感应钎焊加热器内在感应加热时填充保护气体，所述废气收集及净化器与感应钎焊加热器连接用于收集和净化钎焊过程中产生的废气，所述管体冷却机与感应钎焊加热器连接用于对钎焊好的复合金属材料管体进行冷却。

优选技术方案一：所述管体冷却机后端还依次设置有钎焊质量监控器、表面钝化和干燥机和卷取机，冷却后的所述复合金属材料管体先经过钎焊质量监控器进行钎焊质量检测，然后再经过表面钝化和干燥机进行表面钝化和干燥后被卷取机卷取。

优选技术方案二：所述卷取机与表面钝化和干燥机之间设置有用于对复合金属材料管体切断的切断器。

所述中频感应预热线圈、超高频或高频感应钎焊线圈由空心铜管制成，感应加热时，所述中频感应预热线圈、超高频或高频感应钎焊线圈的空心铜管内通有液体冷却介质。

优选技术方案三：所述保护气体可以是氮气、氩气、氦气等惰性保护气体；或者是氮氢混合气体等具有还原性的保护气体介质中。

优选技术方案四：所述多层卷焊管成型机组前侧依次连接有修边机和带材开卷机，金属带材经过所述带材开卷机后形成层状复合金属带材，并被修边机进行层状复合金属带材边部磨削或者轧制。

本方案还公开了层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊工艺，包括如下步骤：

步骤一，金属带材经过所述带材开卷机后形成层状复合金属带材，层状复合金属带材由基层金属和包覆在基层金属上的覆层金属组成，基层金属为高强度高熔点金属，覆层金属为熔点低于基层金属的金属；

步骤二，层状复合金属带材卷绕成型之前，要对层状复合金属带材边部通过磨削或者轧制等方式制扁呈三角形，以保证卷绕后，接头部分和其他部分厚度一致，层状复合金属带材既经多层卷焊管成型机组卷绕成型，；

步骤三，复合金属材料管体依次穿过中频感应预热线圈、超高频或高频感应钎焊线圈，启动中频感应预热线圈、超高频或高频感应钎焊线圈上的高频发生器进行感应加热，感应加热时，待钎焊的低熔点覆层金属应在非活性保护气体介质中，同时空心铜管内通有液体冷却介质；

步骤四，感应加热时，复合金属材料管体内部有耐高温耐磨的芯棒，使复合金属材料管体管壁层间形成内压力，保证使覆层金属即钎焊层金属能密实地充满双层基体金属之间，实现其间的满焊；

步骤五，钎焊后复合金属材料管体离开感应钎焊加热器，进入管体冷却机中快速冷却，以保证钎焊层金属层不致因流淌、结疤、空腔等缺陷而导致管壁周向金属厚度不均或不实；

步骤六，再利用钎焊质量监控器线监控检测钎焊后的复合金属材料管体的焊接温度、速度、质量、尺寸公差等；跟据不用的基层金属，设置不同的焊接温度和速度；可以根据检测的结果在线闭环自动调整焊接工艺参数；

步骤六，检测过的复合金属材料管体进行切断和收卷。

采用上述结构使得本方案具备以下有益效果：

1、该发明具有适应各种管径生产、质量稳定、生产高效、表面光洁等优点，可以实现高速自动检测、自动调整功能。获得无焊纹、无结瘤、无虚焊、外形美观，符合相应国标使用强度及精度要求或用户特别要求的纤焊双(多)层卷管。该卷焊管既具有覆层金属的表面又具有基层技术的性能，大幅度的提升管体强度。在保证内外层防腐蚀性能的基础上，大幅度的降低覆层消耗；可广泛的用于冰箱系统、汽车管路、空调制冷等行业，以及由特种铜材与特定钢材复合的多层带材所制作的钎焊层状卷焊管；

2、是利用超高频或高频、中频感应电流作为热源的焊接方法。高频加热适合于焊接薄壁管件。中频感应钎焊设备可以代替氧乙炔加热、煤炭烘炉加热、箱式电炉加热及电阻加热等落后的预热手段，进行钎焊前的预热设备，两者协助配合可以极大的提高产品质量，有效的节省60％以上电能，改善劳动条件；

3、本发明还包括钎焊烟雾收集净化功能，以保证环境友好。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本方案层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊装置的整体结构示意图；

图2为本方案中频感应预热线圈的结构示意图；

图3为本方案超高频或高频感应钎焊线圈的结构示意图；

图4为本方案层状复合金属带材的结构示意图；

图5为本方案单层复合金属材料管体的结构示意图；

图6为本方案多层复合金属材料管体的结构示意图。

其中，1、多层卷焊管成型机组，2、废气收集及净化器，3、管体冷却机，4、中频感应加热器，5、中频感应预热线圈，6、超高频或高频感应加热器，7、超高频或高频感应钎焊线圈，8、钎焊质量监控器，9、表面钝化和干燥机，10、切断器，11、卷取机，12、修边机，13、带材开卷机，14、层状复合金属带材，1401、基层金属，1402、覆层金属。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图3，层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊装置，由以下具体技术手段所达成：包括多层卷焊管成型机组1、感应钎焊加热器、废气收集及净化器2和管体冷却机3，所述感应钎焊加热器由中频感应加热器4和超高频或高频感应加热器6组成，所述中频感应加热器4中设置有中频感应预热线圈5，所述超高频或高频感应加热器6中设置有超高频或高频感应钎焊线圈7，所述多层卷焊管成型机组1用于将层状复合金属带材14卷绕成复合金属材料管体，然后所述复合金属材料管体卷绕成型后依次穿过中频感应预热线圈5、超高频或高频感应钎焊线圈7进行感应加热钎焊，同时所述感应钎焊加热器内在感应加热时填充保护气体，所述保护气体可以是氮气、氩气、氦气等惰性保护气体，或者是氮氢混合气体等具有还原性的保护气体介质中，所述废气收集及净化器2与感应钎焊加热器连接用于收集和净化钎焊过程中产生的废气，所述管体冷却机3与感应钎焊加热器连接用于对钎焊好的复合金属材料管体进行冷却；所述管体冷却机3后端还依次设置有钎焊质量监控器8、表面钝化和干燥机9和卷取机11，冷却后的所述复合金属材料管体先经过钎焊质量监控器8进行钎焊质量检测，然后再经过表面钝化和干燥机9进行表面钝化和干燥后被卷取机11卷取；所述卷取机11与表面钝化和干燥机9之间设置有用于对复合金属材料管体切断的切断器10，所述多层卷焊管成型机组1前侧依次连接有修边机12和带材开卷机13，金属带材经过所述带材开卷机13后形成层状复合金属带材14，并被修边机12进行层状复合金属带材14边部磨削或者轧制等方式制扁呈三角形。

其中，所述中频感应预热线圈5、超高频或高频感应钎焊线圈7均连接有高频发生器。

请参阅图2-图3，层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊装置，所述中频感应预热线圈5、超高频或高频感应钎焊线圈7由空心铜管制成，感应加热时，所述中频感应预热线圈5、超高频或高频感应钎焊线圈7的空心铜管内通有液体冷却介质，如冷却水，以保证加热器本体温度可控；所述中频感应预热线圈5、超高频或高频感应钎焊线圈7的空心铜管由空心的纯铜管、金铜管或者层状复合铜管绕制制成，管壁厚度小于电流渗透深度，一般为1-3mm。中频感应预热线圈5、超高频或高频感应钎焊线圈7空心铜管的规格、管圈大小规格及圈数等参数根据所要钎焊的单(多)层复合金属材料管体的规格尺寸、材质特性、机械性能、表面要求及钎焊效率等具体产品要求，以及所需电源频率、电功率等能源及介质参数，确定。

请参阅图1，层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊装置，所述感应钎焊加热器中中频感应预热线圈5、超高频或高频感应钎焊线圈7的空心铜管与复合金属材料管体之间设置有保持间隙的非金属支架，以免短路。为了提高加热效率，尽量减少中频感应预热线圈5、超高频或高频感应钎焊线圈7匝间与复合金属材料管体的间隙。

本方案还公开了一种层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊工艺，包括如下步骤：

步骤一，金属带材经过所述带材开卷机13后形成层状复合金属带材14，层状复合金属带材14由基层金属1401和包覆在基层金属1401上的覆层金属1402组成，如图4所示，基层金属1401为高强度高熔点金属，例如钢、不锈钢等；覆层金属1402为铜、铝、锌、锡等熔点低于基层金属1401的金属；覆层金属1402可以是单面，也可以双面，通过轧制复合、铸轧复合、反向凝固等层状复合工艺与基层金属1401进行复合成为一体；

步骤二，层状复合金属带材14卷绕成型之前，要对层状复合金属带材14边部通过磨削或者轧制等方式制扁呈三角形，以保证卷绕后，接头部分和其他部分厚度一致；层状复合金属带材14既可以单层经多层卷焊管成型机组1卷绕成型，也可以双层或多层复合后再经多层卷焊管成型机组1卷绕成复合金属材料管体，如图5-图6；

步骤三，复合金属材料管体依次穿过中频感应预热线圈5、超高频或高频感应钎焊线圈7，启动中频感应预热线圈5、超高频或高频感应钎焊线圈7上的高频发生器进行感应加热，感应加热时，待钎焊的低熔点覆层金属1402应在非活性保护气体介质中，同时空心铜管内通有液体冷却介质；

感应加热既可以分段加热，也可以一次性加热；分段加热时，先通过中频感应进行预热，再通过高频或超高频感应进行快速加热，使覆层金属1402即钎焊层金属快速升温，达到钎焊层金属所需温度；一次性加热时，既可以是中频感应加热，也可以是高频或超高频感应加热；

根据层状复合金属带材14的特性，如层数、厚度、钎焊层金属种类等钎焊特性及机械性能要求，可以调整感应加热电源的频率、功率和复合金属材料管体走行速度，使钎焊层金属加热到其熔点附近，成为半熔化粥样状态，在复合金属材料管体管壁层间相互压力作用下，使各层表面低熔点覆层金属1402融合形成钎焊；

步骤四，感应加热时，复合金属材料管体内部有耐高温耐磨的芯棒，使复合金属材料管体管壁层间形成内压力，保证使覆层金属1402即钎焊层金属能密实地充满双层基层金属1401之间，实现其间的满焊；

步骤五，钎焊后复合金属材料管体离开感应钎焊加热器，进入管体冷却机3中快速冷却，以保证钎焊层金属层不致因流淌、结疤、空腔等缺陷而导致管壁周向金属厚度不均或不实；

步骤六，再利用钎焊质量监控器8线监控检测钎焊后的复合金属材料管体的焊接温度、速度、质量、尺寸公差等；跟据不用的基层金属1401，设置不同的焊接温度和速度；可以根据检测的结果在线闭环自动调整焊接工艺参数；

步骤六，检测过的复合金属材料管体进行切断和收卷。

如复合金属材料管体管外径为Φ2.6-Φ19.05mm、管壁厚为0.3-1.4mm，选用总厚度为0.15-0.7mm覆铜钢带，其中铜层的双面厚度占总厚度的6％-20％，(钢带两面所复合铜层的厚度可以不同)的铜/钢/铜冷轧层状金属复合带材，而且铜层及钢层的材质均可由用户选定。

覆铜钢带经纵剪分条及边部处理后，通过多层卷焊管成型机组1形成双(多)层卷管，确保管径公差及圆度公差，然后进入由中频感应加热器4及超高频或高频感应加热器6中所构成的中频感应预热线圈5、超高频或高频感应钎焊线圈7组中，在保护气体中进行连续的铜层钎焊；

钎焊的工艺参数如下：中频感应预热电流频率为0.5-10KHz，感应预热温度控制在700℃-950℃；高频感应钎焊电流频率为100-300KHz，超高频感应钎焊电流频率为800KHz以下，感应钎焊温度控制在1080℃-1400℃，复合金属材料管体行走速度为20m/min-80m/min。可以根据管径及壁厚、钎焊速度等生产参数调节电流频率及电功率。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊装置，其特征在于，包括多层卷焊管成型机组(1)、感应钎焊加热器、废气收集及净化器(2)和管体冷却机(3)，所述感应钎焊加热器由中频感应加热器(4)和超高频或高频感应加热器(6)组成，所述中频感应加热器(4)中设置有中频感应预热线圈(5)，所述超高频或高频感应加热器(6)中设置有超高频或高频感应钎焊线圈(7)，所述多层卷焊管成型机组(1)用于将层状复合金属带材(14)卷绕成复合金属材料管体，然后所述复合金属材料管体卷绕成型后依次穿过中频感应预热线圈(5)、超高频或高频感应钎焊线圈(7)进行感应加热钎焊，同时所述感应钎焊加热器内在感应加热时填充保护气体，所述废气收集及净化器(2)与感应钎焊加热器连接用于收集和净化钎焊过程中产生的废气，所述管体冷却机(3)与感应钎焊加热器连接用于对钎焊好的复合金属材料管体进行冷却。

2.根据权利要求1所述的层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊装置，其特征在于，所述管体冷却机(3)后端还依次设置有钎焊质量监控器(8)、表面钝化和干燥机(9)和卷取机(11)，冷却后的所述复合金属材料管体先经过钎焊质量监控器(8)进行钎焊质量检测，然后再经过表面钝化和干燥机(9)进行表面钝化和干燥后被卷取机(11)卷取。

3.根据权利要求1所述的层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊装置，其特征在于，所述卷取机(11)与表面钝化和干燥机(9)之间设置有用于对复合金属材料管体切断的切断器(10)。

4.根据权利要求1所述的层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊装置，其特征在于，所述中频感应预热线圈(5)、超高频或高频感应钎焊线圈(7)由空心管制成，感应加热时，所述中频感应预热线圈(5)、超高频或高频感应钎焊线圈(7)的空心管内通有液体冷却介质。

5.根据权利要求1所述的层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊装置，其特征在于，所述保护气体为惰性保护气体或具有还原性的保护气体。

6.根据权利要求1所述的层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊装置，其特征在于，所述多层卷焊管成型机组(1)前侧依次连接有修边机(12)和带材开卷机(13)，金属带材经过所述带材开卷机(13)后形成层状复合金属带材(14)，并被修边机(12)进行层状复合金属带材(14)边部磨削或者轧制。

7.根据权利要求1～6所述的层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊工艺，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，金属带材经过所述带材开卷机(13)后形成层状复合金属带材(14)，层状复合金属带材(14)由基层金属(1401)和包覆在基层金属(1401)上的覆层金属(1402)组成，基层金属(1401)为高强度高熔点金属，覆层金属(1402)为熔点低于基层金属(1401)的金属；

步骤二，层状复合金属带材(14)卷绕成型之前，要对层状复合金属带材(14)边部通过磨削或者轧制等方式制扁呈三角形，以保证卷绕后，接头部分和其他部分厚度一致，所述层状复合金属带材(14)经多层卷焊管成型机组(1)卷绕成复合金属材料管体；

步骤三，复合金属材料管体依次穿过中频感应预热线圈(5)、超高频或高频感应钎焊线圈(7)，启动中频感应预热线圈(5)、超高频或高频感应钎焊线圈(7)上的高频发生器进行感应加热，感应加热时，待钎焊的低熔点覆层金属(1402)应在非活性保护气体介质中，同时空心管内通有液体冷却介质；

钎焊层金属加热到其熔点附近，成为半熔化粥样状态，在复合金属材料管体管壁层间相互压力作用下，使各层表面低熔点覆层金属(1402)融合形成钎焊；

步骤四，感应加热时，复合金属材料管体内部有耐高温耐磨的芯棒，使复合金属材料管体管壁层间形成内压力，保证使覆层金属(1402)即钎焊层金属能密实地充满双层基体金属之间，实现其间的满焊；

步骤五，钎焊后复合金属材料管体离开感应钎焊加热器，进入管体冷却机(3)中快速冷却，以保证钎焊层金属层不致产生缺陷而导致管壁周向金属厚度不均或不实；

步骤六，再利用钎焊质量监控器(8)线监控检测钎焊后的复合金属材料管体的焊接温度、速度、质量、尺寸公差；跟据不用的基层金属(1401)，设置不同的焊接温度和速度；

步骤六，检测过的复合金属材料管体进行切断和收卷。

8.根据权利要求7所述的层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊工艺，其特征在于，所述覆层金属(1402)可以是单面，也可以双面，通过轧制复合、铸轧复合、反向凝固等层状复合工艺与所述基层金属(1401)进行复合成为一体。

9.根据权利要求7所述的层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊工艺，其特征在于，所述层状复合金属带材(14)既可以单层经多层卷焊管成型机组(1)卷绕成复合金属材料管体，也可以双层或多层复合后再经多层卷焊管成型机组(1)卷绕成复合金属材料管体。

10.根据权利要求7所述的层状复合金属带材制造卷焊管的电磁感应钎焊工艺，其特征在于，所述感应加热既可以分段加热，也可以一次性加热；分段加热时，先通过中频感应进行预热，再通过高频或超高频感应进行快速加热，使覆层金属(1402)即钎焊层金属快速升温，达到钎焊层金属所需温度；一次性加热时，既可以是中频感应加热，也可以是高频或超高频感应加热。