[发明专利]一种铜铝管无钎剂钎焊方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料间的钎焊方法，尤其是一种铜铝管间无钎剂钎焊的方法。

背景技术

铜铝管的连接技术在制冷行业被广泛应用。采用铝管替代铜管作为换热器内部管道、连接管、循环系统管道的主材料，不仅可以减少设备重量，还能大幅度的降低产品成本。正因为如此，薄壁铜铝管连接技术的开发一直以来都是制冷行业关注的热点。

铜铝管接头的技术指标包括：接头强度、耐腐蚀能力以及气密性，而影响这些技术指标的因素主要有：接头溶合线长度，接头内应力、接头杂质和气孔含量、以及接头组织的构成与分布。由于铜铝异质金属连接时存在一系列难点，如：铜与铝的物理性能（熔点、热导率、线膨胀系数、熔化热等）差异较大，直接焊接时容易在焊缝中残存较大的内应力；此外，铜铝之间容易形成层状的脆性金属见化合物，该化合物将对铜铝管接头的接头强度、耐疲劳性、以及可塑性等造成重要影响；再者，铝材表面存在的致密氧化铝薄膜对母材表面的润湿产生了很大阻碍作用。因此，缓解异质母材间物理性能的差异，减少层状脆性金属间化合物的形成，以尽可能的促进母材表面的润湿并增加熔合线的长度是获得优质铜铝焊接接头的关键。

目前生产上常用的铜铝管连接方式主要为固相焊和钎焊。其中，铜铝管的固相连接方法主要包括有摩擦对焊、电阻焊以及储能焊三种，由于是铜与铝的直接结合，因此通过这些方式制备的铜铝接头都有着一定厚度的脆性金属间化合物（IMC）并残存有较大内应力；这些方法在实施过程中均需要对母材施加较大的顶锻压力，并进行剧烈的相互摩擦或放电以使母材局部熔化，因此该类方法不适合于超薄铜铝管（如管壁厚度低于0.5mm）的连接；再者，通过固相焊的方法很难获得有较长熔合线的铜铝管接头（一般小于5mm）。

相比固相焊，钎焊在异种材料的连接中要更为普遍。与熔焊和固相焊相比，钎焊中钎料的使用缓解了异质母材间物理性能的差异，增强了接头的耐疲劳载荷能力；此外，钎焊还具有对复杂工件的适应性强，接头密封性好，溶蚀母材能力弱，在线生产能力强等众多优点。然而钎焊也有着较为突出的劣势，那就是必须使用钎剂。当通过钎焊的方法来制备铜铝管接头时，钎剂的使用一方面容易在焊缝内产生气孔和夹杂，从而极大地降低接头的耐腐蚀能力；另一方面还容易造成从焊缝中溢出的钎料在管壁上粘接，使得焊后除渣困难。此外，在有钎剂钎焊中，焊缝在升温的过程中一旦温度达到钎剂的活化温度，母材表面便被钎料所润湿，从而增加了钎料与母材的反应时间，钎料与母材间较长的反应时间，一方面将造成母材的过度溶蚀，从而不利于薄壁铜铝管接头的制备；另一方面还易滋生较厚的脆性金属间化合物，从而导致较差的接头可靠性。

中国专利申请CN102151930A异质金属材料间的钎焊方法，公开了一种通过超声振动辅助实现异种金属管材或棒材的无钎剂钎焊方法，该专利申请对超声辅助铜铝管无钎剂钎焊的原理、接头形状、卡具以及相关技术指标等作了详细说明。但通过进一步的研究发现，采用该发明方法所制备的铜铝管焊接接头熔合线较短、焊接成功率低等缺点，而且该方法不适用于超长管以及非直管接头的焊接。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种铜铝管无钎剂钎方法，采用本发明方法可获得较长熔合线铜铝管焊接接头。

本发明采用的技术方案是：一种铜铝管无钎剂钎焊方法，所述铜、铝管均包括需焊接的直管段，所述钎焊方法包括钎焊预置接头的准备步骤和超声振动辅助钎焊步骤，所述钎焊预置接头的准备步骤包括以下分步骤：

A1、将所述铜、铝管任意一支的直管段作为第一焊接管，采用热胀法将其一端扩成承插口，另一支的直管段作为第二焊接管；所述承插口包括承插直管部和承口过渡部，所述承插直管部的内径比第二焊接管的外径大50-800μm，承插直管部的深度为5-20mm；

A2、采用冲压成型方法将钎料合金片制成钎料薄管，所述钎料薄管的内径比第二焊接管外径小0-50μm，钎料薄管的管壁厚度比所述第一焊接管承插直管部内径与第二焊接管外径差值的一半大0-50μm，钎料薄管的长度比所述承插直管部的深度大1-10mm；

A3、将所述钎料薄管放置于第一焊接管的承插直管部内，随后将第二焊接管的一端插入钎料薄管内使其端口紧抵第一焊接管的承口过渡部，所述第一焊接管的承插直管部与钎料薄管、钎料薄管与第二焊接管之间形成紧密配合，得到钎焊预置接头；

    所述超声辅助钎焊步骤包括以下分步骤：