工廠環(huán)境下使用高頻焊機(jī)對不銹鋼與銅管高頻感應(yīng)釬焊實(shí)踐解析
在工廠生產(chǎn)中，將不銹鋼管與銅管進(jìn)行焊接面臨諸多挑戰(zhàn)。這兩種金屬物理化學(xué)性質(zhì)差異顯著，不銹鋼熱導(dǎo)率低、表面易形成穩(wěn)定氧化膜，銅則具有高導(dǎo)熱性和不同的熱膨脹系數(shù)，常規(guī)焊接方法難以保證焊接質(zhì)量。經(jīng)過實(shí)踐探索，采用高頻感應(yīng)加熱設(shè)備進(jìn)行異種金屬釬焊，成為實(shí)現(xiàn)兩者良好連接的有效途徑。以下以直徑 25mm 的不銹鋼管與銅管焊接為例，解析工廠實(shí)際操作流程與技術(shù)要點(diǎn)。
焊接前的準(zhǔn)備工作
在正式焊接前，需對工件和設(shè)備進(jìn)行細(xì)致準(zhǔn)備。首先是工件預(yù)處理，不銹鋼管表面的 Cr?O?氧化膜會嚴(yán)重影響釬料潤濕效果，需使用 80# 砂紙進(jìn)行機(jī)械打磨，將表面粗糙度處理至 Ra≤1.6μm，再用丙酮進(jìn)行超聲清洗，清洗功率設(shè)定為 300W，時間持續(xù) 5 分鐘，徹底去除油污和雜質(zhì)；銅管則采用 10% 稀硫酸浸泡 30 秒去除氧化層，隨后用蒸餾水沖洗，直至表面呈現(xiàn)均勻的金屬光澤。
在釬料選擇上，考慮到兩種金屬的特性，選用含 Ni 的銀基釬料（如 BAg45CuZnNi）。將 0.15mm 厚的該釬料制成環(huán)形預(yù)置件，其內(nèi)徑比銅管外徑大 0.2mm，通過磁性定位塊將釬料環(huán)精準(zhǔn)固定在焊接區(qū)域，確保同軸度誤差≤0.1mm 。
設(shè)備方面，選用功率 15 - 30kW、頻率 200 - 400kHz 的高頻感應(yīng)加熱設(shè)備，配備 IGBT 模塊與 PID 溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)。感應(yīng)線圈采用分體式 C 型結(jié)構(gòu)，針對不銹鋼側(cè)和銅側(cè)的不同需求，設(shè)計不同的線圈規(guī)格，不銹鋼側(cè)線圈截面為 10×5mm，銅側(cè)為 8×4mm，且線圈表面進(jìn)行鍍銀處理，以提高導(dǎo)電性能。同時，安裝雙光路紅外測溫系統(tǒng)，不銹鋼側(cè)測溫波長設(shè)定為 1.0μm，銅側(cè)為 0.8μm，其響應(yīng)時間≤50ms，可實(shí)時監(jiān)測焊接溫度。此外，準(zhǔn)備好陶瓷定位塊制作的工裝夾具，其硬度≥HRA85，夾持力可調(diào)范圍在 1 - 5N，既能固定工件，又能避免夾持變形，還需內(nèi)置氬氣吹掃裝置的惰性氣體保護(hù)系統(tǒng)，氬氣流量控制在 5 - 8L/min，確保焊接環(huán)境氧含量≤10ppm。
焊接過程操作
將預(yù)處理后的不銹鋼管和銅管放置在工裝夾具上，通過陶瓷定位塊精確校準(zhǔn)位置，確保兩根管子同軸對齊。啟動高頻感應(yīng)加熱設(shè)備，按照預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行加熱。先對不銹鋼管側(cè)以 60% 的功率加熱 3 秒，將其預(yù)熱至 400℃，這一步驟可有效破除表面氧化層，建立初始熱場；隨后全功率同步加熱 8 秒，使溫度升至 780℃，達(dá)到釬料熔點(diǎn)，促使釬料熔融并開始在焊縫處擴(kuò)散；接著將功率調(diào)至 70%，保溫維持 5 秒，進(jìn)一步促進(jìn)元素擴(kuò)散，減少氣孔等缺陷的產(chǎn)生；最后以 30% 的功率進(jìn)行 10 秒的隨爐冷卻，實(shí)現(xiàn)梯度降溫，降低因兩種金屬熱膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。
在整個加熱過程中，雙光路紅外測溫系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測不銹鋼管和銅管的溫度，并將數(shù)據(jù)反饋至 PID 溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)溫度與實(shí)測溫度的差異，自動調(diào)整高頻感應(yīng)加熱設(shè)備的功率輸出，確保焊接溫度精準(zhǔn)控制。同時，惰性氣體保護(hù)系統(tǒng)持續(xù)工作，在焊接區(qū)域形成低氧環(huán)境，防止金屬氧化。
焊接后的質(zhì)量檢測
焊接完成后，需對焊接接頭進(jìn)行全面質(zhì)量檢測。首先進(jìn)行外觀檢查，觀察焊縫表面是否平整、光滑，有無氣孔、夾渣、裂紋等明顯缺陷。接著采用金相檢測方法，在放大 500 倍的顯微鏡下觀察界面組織，理想狀態(tài)下應(yīng)形成 Cu - Ni - Steel 擴(kuò)散層，厚度≥5μm，且釬縫無氣孔、夾渣，晶界清晰無氧化。
力學(xué)性能測試也是重要環(huán)節(jié)，通過拉伸試驗(yàn)檢測焊接接頭強(qiáng)度，要求拉伸強(qiáng)度≥210MPa，且斷裂位置應(yīng)在母材而非釬縫；進(jìn)行 1.6MPa 水壓的耐壓測試，保壓 30 分鐘，檢測是否存在泄漏情況，該測試參照 GB/T 15715 - 2013 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。此外，還會進(jìn)行耐蝕性驗(yàn)證，將焊接接頭置于 5% NaCl 溶液中浸泡 24 小時，失重率需≤0.5mg/cm2，并通過 GB/T 4334 - 2020 規(guī)定的晶間腐蝕試驗(yàn)。
在工廠實(shí)際生產(chǎn)中，采用高頻感應(yīng)加熱設(shè)備進(jìn)行直徑 25mm 不銹鋼管與銅管的釬焊，通過規(guī)范的操作流程和嚴(yán)格的質(zhì)量檢測，能夠有效克服兩種金屬的特性差異，實(shí)現(xiàn)可靠連接。此工藝在制冷設(shè)備、熱交換器等產(chǎn)品生產(chǎn)中已得到廣泛應(yīng)用，為工廠保障產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率提供了有力支持 。
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