一种用于铜铝焊接的火焰钎焊控制方法及自动焊机

摘要

本发明公开一种用于铜铝焊接的火焰钎焊控制方法，其特征在于：以天然气、空气和氧气混合燃烧的火焰作为热源。还公开一种用于铜铝焊接的自动焊机，其特征在于：以天然气、空气和氧气混合燃烧的火焰作为热源，包括天然气、空气和氧气三路气体输送系统，用于混合天然气、空气和氧气的混合器，及控制三路气体输送系统中电磁阀和流量阀的流量控制器集成。本发明克服了铜铝火焰钎焊中铝件过烧或欠烧或焊料渗透不均以及铜件晶相组织变化的缺陷，同时实现了焊接品质、焊接合格率及焊接效率的提升，一次合格率达到99％以上。

权利要求

1.一种用于铜铝焊接的火焰钎焊控制方法，其特征在于：以天然气、空气和氧气混合燃烧的火焰作为热源，控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比在1：10‑22：0.3‑2.2的范围内。

2.根据权利要求1所述的铜铝焊接的火焰钎焊控制方法，其特征在于：预热时采用比焊接时更高的氧气与天然气的摩尔流量比。

3.根据权利要求2所述的铜铝焊接的火焰钎焊控制方法，其特征在于：预热铜件时控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比在1：15‑22：1‑2.2的范围内；预热铝件时控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比在1：10‑22：0.3‑1.5的范围内；焊接时控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比在1：10‑22：0.3‑1.5的范围内。

4.根据权利要求3所述的铜铝焊接的火焰钎焊控制方法，其特征在于：预热铜件时控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比为1：20：2；预热铝件时控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比为1：20：1；焊接时控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比为1：20：0.8。

5.一种用于铜铝焊接的自动焊机，其特征在于：采用权利要求1至4之任一所述的火焰钎焊控制方法，以天然气、空气和氧气混合燃烧的火焰作为热源，包括天然气、空气和氧气三路气体输送系统，用于混合天然气、空气和氧气的混合器，及控制三路气体输送系统中电磁阀和流量阀的流量控制器集成。

6.根据权利要求5所述的用于铜铝焊接的自动焊机，其特征在于：气体输送系统包括过滤器、球阀、压力传感器、带表减压阀、精密过滤器和单向阀。

7.根据权利要求5所述的用于铜铝焊接的自动焊机，其特征在于：包括脉冲点火器、引火针和引火喷嘴。

8.根据权利要求5至7之任一所述的用于铜铝焊接的自动焊机，其特征在于：包括与混合器相连的混合气分配部件、火嘴支管和火嘴。

9.根据权利要求8所述的用于铜铝焊接的自动焊机，其特征在于：火嘴包括铜质火嘴芯和不锈钢火嘴套。

10.根据权利要求8所述的用于铜铝焊接的自动焊机，其特征在于：火嘴出口包括中间一个大孔和四周四个小孔。

说明书

一种用于铜铝焊接的火焰钎焊控制方法及自动焊机

技术领域

[0001] 本发明涉及自动火焰钎焊机领域，具体涉及一种用于铜铝焊接的火焰钎焊控制方法及自动焊机。

背景技术

[0002] 铝的密度是铜的三分之一，不仅重量轻，而且价格低。在以铝代铜的趋势下，铜铝连接形成复合结构能发挥铜铝各自的优势，具有广泛的应用，例如加热器具、空调器、制冷工业等。火焰钎焊是实现铜铝连接的重要方法。火焰钎焊是利用金属钎料的熔点低于焊件金属的特性，将温度加热到大于钎料、小于焊件熔点的范围，钎料熔化并与焊件金属发生冶金反应，通过毛细作用浸润焊件金属实现连接。

[0003] 现有技术的火焰钎焊中，是利用可燃气体与压缩空气或纯氧混合点燃后的火焰作为热源进行加热，火焰的控制是影响钎焊质量的非常关键的因素。

[0004] CN102259220A公开了一种数显精密流量可控可调多列铝热交换器火焰钎焊设备，以液化石油气与压缩空气燃烧的火焰作为热源，采用数显精密质量流量器实现液化石油气和空气流量的稳定、精密敏捷控制。

[0005] CN102615368A公开了一种火焰钎焊机的控制方法，以空气或氧气为助燃气体，利用流量传感器检测助燃气体和燃气的流量，利用温度传感器检测实际燃烧温度，同时控制助燃气体与燃气的比率和燃烧温度。

[0006] CN105397232A公开了一种火焰钎焊智能稳压流控制系统，以液化气与氧气混合点燃后的火焰作为热源，采用稳压稳流控制系统，可编程控制器分别与氧气质量流量控制器和液化气质量流量控制器相连接，自动记录保存焊接参数并使焊接参数标准化，并通过质量流量控制器自动调节火焰大小。

[0007] CN110773833A公开了一种汽车空调换热器自动火焰钎焊机，利用空气控制系统为火焰燃烧提供稳定且可调的空气，燃气控制系统为火焰燃烧提供精确控制流量的燃气，气体质量流量计通过PLC控制系统控制气体流量，调节后的空气和燃气在混合器中混合均匀后进行焊枪系统。

[0008] CN213945208U公开了一种火焰钎焊装置，通过控制器控制氧气和燃气管路上阀的开度，并对生产过程参数量化，以保证气体充分燃烧。

[0009] 由于铜与铝的物理、化学性能差异很大，导致铜铝焊接的难度较大。申请人在实践中发现，采用现有技术的自动化火焰钎焊机焊接铜铝时，以氧气助燃的燃烧火焰易造成铝件过烧或欠烧或焊料渗透不均；以空气助燃的燃烧火焰易对铜件的晶相组织造成不利影响，严重影响焊接质量。

[0010] 迫切需要开发一种适用于铜铝焊接的火焰钎焊控制方法及自动焊机。

发明内容

[0011] 针对现有技术中存在的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于铜铝焊接的火焰钎焊控制方法及自动焊机，克服铝件过烧或欠烧或焊料渗透不均以及铜件晶相组织变化的缺陷，提高焊接品质、合格率，同时提高焊接效率。

[0012] 经过长期反复的试验和深入研究，申请人发现：铝件过烧或欠烧或焊料渗透不均的主要原因在于铝件熔点与焊料熔点比较接近，熔点温差仅约50℃，以氧气助燃的燃烧火焰火力猛、热值高，加热时间难以控制；而以空气助燃的燃烧火焰火力温和、热值低，加热时间变长，导致铜材晶粒发生再结晶及长大，对铜件的性能造成不利影响。

[0013] 为此，一方面，本发明提供一种用于铜铝焊接的火焰钎焊控制方法，其特征在于：以天然气、空气和氧气混合燃烧的火焰作为热源，控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比在
1：10‑22：0.3‑2.2的范围内。

[0014] 一种优选实施方案中，预热时采用比焊接时更高的氧气与天然气的摩尔流量比。

[0015] 一种优选实施方案中，预热铜件时控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比在1：15‑22：1‑2.2的范围内；预热铝件时控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比在1：10‑22：0.3‑1.5的范围内；焊接时控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比在1：10‑22：0.3‑1.5的范围内。

[0016] 一种优选实施方案中，预热铜件时控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比为1：20：2；预热铝件时控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比为1：20：1；焊接时控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比为1：20：0.8。

[0017] 另一方面，本发明提供一种用于铜铝焊接的自动焊机，其特征在于：以天然气、空气和氧气混合燃烧的火焰作为热源，包括天然气、空气和氧气三路气体输送系统，用于混合天然气、空气和氧气的混合器，及控制三路气体输送系统中电磁阀和流量阀的流量控制器集成。

[0018] 一种优选实施方案中，气体输送系统包括过滤器、球阀、压力传感器、带表减压阀、精密过滤器和单向阀。

[0019] 一种优选实施方案中，所述用于铜铝焊接的自动焊机包括脉冲点火器、引火针和引火喷嘴。

[0020] 一种优选实施方案中，所述用于铜铝焊接的自动焊机包括与混合器相连的混合气分配部件、火嘴支管和火嘴。

[0021] 进一步地，一种优选实施方案中，火嘴包括铜质火嘴芯和不锈钢火嘴套。

[0022] 进一步地，一种优选实施方案中，火嘴出口包括中间一个大孔和四周四个小孔。

[0023] 本发明通过以天然气、空气和氧气混合燃烧的火焰作为热源，克服了铜铝火焰钎焊中铝件过烧或欠烧或焊料渗透不均以及铜件晶相组织变化的缺陷。而且，本发明通过三路气体输送系统、气体混合器及流量控制器集成精密控制燃烧火焰的火力、火形、热值和稳定一致，同时实现了焊接品质、焊接合格率及焊接效率的提升，一次合格率达到99％以上。

附图说明

[0024] 图1为本发明用于铜铝焊接的自动焊机的火嘴火枪部件的俯视图。

[0025] 图2为本发明用于铜铝焊接的自动焊机的火嘴火枪部件的侧视图。

[0026] 图3为用于铜铝焊接的自动焊机的天然气、空气和氧气三路气体输送系统的示意图。

[0027] 图4为采用不同助燃气体进行铜铝焊接后铜管表面颜色变化的照片。

[0028] 图5为采用不同助燃气体进行铜铝焊接后铜件的晶相形貌照片。

[0029] 附图标记：1、混合气分配部件，2、卡套式接头，3、混合气分配管，4、火嘴支管，5、火嘴，6、过滤器，7、球阀，8、过滤器，9、压力传感器，10、带表减压阀，11、电磁阀，12、脉冲点火器，13、引火针，14、引火喷嘴，15、过滤器，16、过滤器，17、压力传感器，18、压力传感器，19、带表减压阀，20、带表减压阀，21、精密过滤器，22、流量控制器集成，23、混合器。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图，对本发明的具体实施方案进行详细描述。

[0031] 本发明用于铜铝焊接的火焰钎焊控制方法，以天然气、空气和氧气混合燃烧的火焰作为热源。氧气流量不多时，火力小，加热时间相对长，会对铜件的晶相组织造成不利影响，氧化严重，影响焊件性能；氧气流量足时，可能造成铝件烧损、焊料表面产生气孔等；氧气流量过少时，易使焊件表面发黑，铜件表面氧化皮多，强度下降，影响焊接质量。经过反复的试验研究，以天然气、空气和氧气混合燃烧的火焰作为热源进行铜铝焊接时，优选控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比在1：10‑22：0.3‑2.2的范围内。一种优选实施方案中，预热时采用比焊接时更高的氧气与天然气的摩尔流量比，可在保证焊接合格率的情况下进一步提高焊接品质和焊接效率。一种优选实施方案中，预热铜件时控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比在1：15‑22：1‑2.2的范围内；预热铝件时控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比在1：10‑22：0.3‑1.5的范围内；焊接时控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比在1：10‑22：0.3‑
1.5的范围内。一种更优选的实施方案中，预热铜管时控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比为1：20：2；预热铝管或者铝基座时控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比为1：20：1；焊接时控制天然气、空气和氧气的摩尔流量比为1：20：0.8。

[0032] 参见图1‑3，本发明用于铜铝焊接的自动焊机，包括混合气分配部件1，进气口接入经混合器混合后的天然气、空气和氧气的混合气体。采用卡套式接头2便于调节火嘴角度。火嘴支管和火嘴。还包括混合气分配管3，火嘴支管4，和火嘴5。

[0033] 适合的火嘴结构要既能保证火焰的集中度提高加热效率，又能保证火焰的分散度提升加热的均匀性。经过反复的试验研究，以天然气、空气和氧气混合燃烧的火焰作为热源进行铜铝焊接时，优选采用包括铜质火嘴芯和不锈钢火嘴套的火嘴5，更优选采用出口中间一个大孔和四周四个小孔的火嘴结构。

[0034] 一种优选实施方案中，本发明用于铜铝焊接的自动焊机，包括天然气、空气和氧气三路气体输送系统，用于混合天然气、空气和氧气的混合器23，和流量阀的流量控制器集成22。三路气体各配置减压阀，球阀、过滤器、压力传感器。用于燃气的气体输送系统依次包括过滤器6、球阀7、过滤器8、压力传感器9、带表减压阀10和精密过滤器21。用于空气的气体输送系统依次包括过滤器16、压力传感器17和带表减压阀20。用于氧气的气体输送系统依次包括过滤器15、压力传感器18和带表减压阀19。电磁阀11、脉冲点火器12、引火针13和引火喷嘴14提供自动点火功能。压力传感器提供压力不足报警给控制器，使用中可及时安全自动灭火。流量控制器集成22集成有各路气体电磁阀和各路气体流量阀，PLC控制器控制电磁阀开关状态和流量阀流量大小控制。用于混合天然气、空气和氧气的混合器23配置有单向阀等。

[0035] 下面结合具体实施例和对比例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

[0036] 实施例1

[0037] 在自动火焰钎焊机上，以天然气、空气和氧气混合燃烧的火焰作为热源，4颗空气火嘴，天然气流量设置为7L/min，空气流量设置为118L/min，氧气流量设置为6L/min。使用铝硅酮药芯焊丝、铜铝焊膏。用合适间距的四个空气火嘴以10mm的摆动距离对管径19mm铜管与铝基座进行钎焊。预热铜管6秒，预热铝基座14秒，送丝焊接时间6秒。共26秒。

[0038] 对比例1

[0039] 在自动火焰钎焊机上，以天然气、空气混合燃烧的火焰作为热源，天然气流量设置为7L/min，空气流量设置为140L/min，氧气流量关闭。使用铝硅酮药芯焊丝、铜铝焊膏。用同样合适间距的四个火嘴以10mm的摆动距离对管径19mm铜管与铝管基座进行钎焊。预热铜管7.5秒，预热铝基座17秒，送丝焊接6.5秒。共31秒。

[0040] 对比例2

[0041] 在自动火焰钎焊机上，以天然气和空气混合燃烧的火焰作为热源，天然气流量设置为3.5L/min，空气流量设置为70L/min。用间距130mm的两个火嘴以10mm的摆动距离对管径19mm铜管加热升温到600度测试。加热时间15秒。冷却后铜管表面颜色变化的照片示于图4(a)，可见表面发黑程度严重。

[0042] 实施例2

[0043] 在自动火焰钎焊机上，以天然气和空气及氧气混合燃烧的火焰作为热源，天然气流量设置为3.5L/min，空气流量设置为70L/min，氧气流量设置为7L/min。用间距110mm的两个空气火嘴以10mm的摆动距离对管径19mm铜管进行加热升温到600度。时间11秒。冷却后铜管表面颜色变化的照片示于图4(b)。

[0044] 对比例3

[0045] 在自动火焰钎焊机上，以天然气和氧气混合燃烧的火焰作为热源，天然气流量设置为3.5L/min，氧气流量设置为7L/min。用间距120mm的两个乙炔7号火嘴以10mm的摆动距离对管径19mm铜管进行加热升温到600度。时间9秒。冷却后铜管表面颜色变化的照片示于图4(c)。

[0046] 对比例4

[0047] 在自动火焰钎焊机上，以天然气、氧气混合燃烧的火焰作为热源，天然气流量设置为5L/min，氧气流量设置为7.5L/min，氧气流量关闭。使用铝硅酮药芯焊丝、铜铝焊膏。用合适间距的四个乙炔7号火嘴以10mm的摆动距离对管径19mm铜管与铝管基座进行钎焊。预热铜管7秒，预热铝基座12秒，送丝焊接5秒。共24秒。

[0048] 实施例3

[0049] 在自动火焰钎焊机上，以天然气、空气和氧气混合燃烧的火焰作为热源，4颗空气火嘴，天然气流量设置为7L/min，空气流量设置为140L/min，氧气流量14L/min。预热铜管5秒，马上切换成天然气流量为7L/min,空气流量为140L/min,氧气流量为7L/min的混合气燃烧预热铝基座13秒，再马上切换成天然气流量为7L/min,空气流量140L/min,氧气流量5.6L/min的混合气燃烧加热焊接区送丝焊接5.5秒。使用铝硅酮药芯焊丝、铜铝焊膏。用同样合适间距的四个火嘴以10mm的摆动距离对管径19mm铜管与铝管基座进行钎焊。

[0050] 对以上实施例和对比例所得焊件进行检测，焊接质量和合格率的测试结果示于下表中。

[0051]

[0052]

[0053] 注：天然气+空气的加热方式的合格率不计铜管发黑问题。

[0054] 通过对三种助燃加热方式的比较，氧气助燃加热焊接的方式容易烧损铝件导致合格率相对低下。空气助燃加热焊接的方式焊接区焊接合格率相对好，但生产效率相对低，铜管氧化发黑严重不符合品质要求。空气加氧气助燃加热焊接的方式兼具单纯氧气助燃和单纯空气助燃各自的优点。达到了焊接合格率、生产效率、铜管品质的综合提高，能够更好地满足要求。

[0055] 针对不同的铜铝件焊接，需要在实际应用中，调整选用不同的含氧量和不同的空气量试验寻求合适的参数。

[0056] 图5示出实施例和对比例的样件铜管的SEM形貌照片，其中图5(a)为空气助燃的对比例2的样件照片，图5(b)为空气+氧气助燃的实施例2的样件照片，图5(c)为空气+氧气助燃的实施例3的样件照片，图5(d)为氧气助燃的对比例3的样件照片。对比铜管样件的SEM照片可以看出，空气助燃的铜管晶粒粗大化相对严重，品质下降，而本发明用空气+氧气助燃的铜管的晶相组织变化相对较小，品质符合要求。用空气+氧气助燃的情况下，预热时采用比焊接时更高的氧气与天然气的摩尔流量比，可进一步减小铜管晶相组织粗大化，提高焊接品质，同时提高焊接效率。

[0057] 采用本发明的火焰钎焊控制方法及自动焊机进行铜铝焊接时，克服了铜铝火焰钎焊中铝件过烧或欠烧或焊料渗透不均以及铜件晶相组织变化的缺陷，同时实现了焊接品质、焊接合格率及焊接效率的提升，一次合格率达到99％以上。

[0058] 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修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。