感应钎焊技术在管路制造中的应用

感应钎焊技术在管路制造中的应用

王巍1, ,张舒淳2

1.中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司保卫安全部；2.  中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司导管喷嘴加工厂

摘要：钎焊技术已被广泛应用在管路制造中，但因零件结构限制，大部分零件仍采用手工火焰钎焊。火焰钎焊手工操作时加热温度难掌握，容易造成组织缺陷，因此要求操作者有较高的技术和一定经验；另外，火焰钎焊时零件受热面积大，基体材料产生应力和变形。钎焊需使用钎剂，焊后要除钎剂且较困难，加工效率低，制造加工周期长。与火焰钎焊对比，感应钎焊在焊接过程中采用氩气保护，对焊缝及热影响区的保护效果要优于火焰钎焊，且加热均匀，减小焊缝的热影响区和晶粒长大的趋势，焊接变形量小。通过试验确定工艺参数后，在设备正常工作的条件下，焊接质量相对稳定，可连续获得优质焊缝，极大地提高了管路的钎焊质量。

关键词：感应钎焊   加热均匀  感应线圈  焊接变形

0  引 言

    感应钎焊是依靠工件在交变的磁场中，产生感应电流的电阻热来加热的钎焊方法。由于热量由工件本身产生，加热均匀，工件表面氧化少，也可避免人为操作失误对焊缝质量带来的不利影响。但因管路接头结构限制，如马鞍型接头、弯管接头、三通接头、三角法兰盘等零件还存在一定的难度，部分管路还无法实现高频感应钎焊。因此需改进设备应用条件、匹配合适电源、优化接头零件结构及优化感应线圈结构，实现不同结构接头管路的感应钎焊应用。进而缩短管路的制造周期，提高生产效率。减少了手工钎焊人为添丝的因素影响，同时省略了除焊剂、腐蚀等辅助处理工序，通过技术提升扩大其工程化应用范围。

1  存在问题

    因管路中接头结构形式众多、数量较大，存在焊接处壁厚差较大，钎焊时受热不均造成接头主体裂纹问题；对于除直通之外的弯头、三通接头、三角法兰盘等零件玻璃管方式无法通氩气保护问题；现有高频感应设备因集肤现象无法完成大壁厚零件钎焊问题；现有感应线圈无法适应不同结构尺寸的感应钎焊问题，导致绝大部分管路仍采用低效的手工火焰钎焊。

    针对以上问题，项目组对不能实现感应钎焊的影响因素进行分析及工艺试验，制定改进措施如下：

1.1零件结构尺寸改进

    梳理弯头、三通接头、三角法兰盘等零件钎焊配合处尺寸是否满足钎焊等壁厚的焊接条件，与设计进行设计协同，加长钎焊配合处尺寸，使其在钎焊过程中受热均匀。

1.2 感应线圈结构优化

     感应线圈是钎焊时的关键加热元器件，大管径管路实现感应钎焊需要大直径的高频感应线圈，而各种工艺参数直接受高频感应线圈结构形式的影响。感应线圈加热时温度是否均匀直接关系到零件焊接变形量的大小，感应线圈匝数、合理的直径值是影响焊缝质量的直接因素。因此设计制造了双匝感应线圈代替原单匝感应线圈，双匝感应线圈使接头的温度场更均衡，基本消除了由于温度差引起的焊接变形，使接头特别是锥面焊接变形得到有效的控制。通过调整双匝感应线圈有效厚度覆盖钎焊区域，不需原来操作时的上下滑动感应线圈和转动工件来加热钎焊区域，同时也避免了单匝感应线圈在圆周上加热不均的缺点，在焊接质量和焊接变形上明显改善。新感应线圈加热效率更高、耗能更少，避免了原感应器加热长导致钎焊过度氧化问题，同时采用负载更强、加热温度场更均匀的铜方管进行制造，提高了感应线圈的结构强度，可显著提高感应线圈的使用寿命和耐用性。同时针对弯头、三通接头、三角法兰盘及马鞍等零件结构形式设计仿形感应线圈，适合各类零件的感应钎焊。

1.3 氩气保护装置的研制

1.3.1 氩气保护装置结构优化

为保证钎焊质量，根据不同零件的尺寸结构，结合设备实际情况和氩气保护要求，购置直径及长度不等的氩气保护玻璃管。设计专用通氩气工装，每组工装的锥面与相应的接头锥面相配，通过导热降低焊接时接头温度，保持接头的强度提高抗变形能力。顶端和侧面各有小孔，氩气分别保护焊道的正面和反面，通氩气的同时能够带走工装的热量，起到部分降温的作用。工装效果图如下所示，右图为剖视图。

1.3.2 惰性气氛感应钎焊

    引进惰性气氛感应钎焊装置，其将提供一个无水无氧的操作环境，系统内的水氧含量将小于1ppm。可在该系统环境内完成金属（不锈钢、高温合金）管路的焊接和封装工作，有效保护焊接部位不受水和氧的干扰，有效提高焊接质量。同时采用频率、负载自动匹配的高频感应钎焊机，实现焊接温度控制、焊接工艺程序化，提高焊接工艺的稳定性、提高焊接质量。感应电流的强度与交变磁场，也就是感应回路中交流电的频率成正比，频率高，感应电流大，加热速率大。但是频率越高，交流电的集肤效应越明显，加热的厚度越薄，焊件内部只能依靠表面层向内部热传导来加热，加热不均匀的程度增大。因此，选用过高的交流频率并不是有利的。对于一般钎焊工作而言，100 ～500KHz频率的电源用于焊接比较适宜。

4、结束语

    通过以上工艺改进措施，消除了单匝感应线圈 “热缺口”的温度场不均匀引起的接头变形问题，优化焊接工装、调整焊接间隙及焊前清理等工艺改进，提高了焊接质量、焊缝均匀性及生产效率。实现了弯头等不同结构管路高频钎焊的工程化应用。减少了人为因素影响，降低了工人劳动强度。

参考文献：

[1]结构件制造技术/《透平机械现代制造技术丛书》编委会-北京：科学出版社.

[2]气体保护焊工艺基础,机械工业出版社,殷树言.

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