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薄壁銅管的釬焊連接

查看：1293 　發(fā)稿日期：2016-01-13 19:47:56

薄壁銅管在國內(nèi)建筑工程中的應(yīng)用已有二十余年的發(fā)展歷史，與薄壁銅管同步發(fā)展的釬焊連接技術(shù)也日益完善，釬焊連接用的各類管件也由依賴進(jìn)口，發(fā)展到目前不僅有了相應(yīng)的國標(biāo)與行標(biāo)的管件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化，并已具有了一定的加工出口的能力，向國標(biāo)市場供應(yīng)管件產(chǎn)品，為國內(nèi)薄壁銅管的釬焊連接在建筑工程中的廣泛應(yīng)用，提供了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)。
薄壁銅管的連接，較難實施對接熔焊，較簡易的連接方法是搭接釬焊，而銅管與其他金屬管道相比，其釬焊的焊接性是最好的，既可實施低溫的軟焊接，又可實施高溫的硬焊接，能選用的釬料種類很多，且釬焊工藝優(yōu)良，操作簡便。因此，釬焊連接方法成了薄壁銅管連接的主要手段。
薄壁銅管釬焊，雖有許多種釬料可供選用，但考慮到建筑給水管道的衛(wèi)生要求，以及實際施工的方便可靠，目前薄壁銅管應(yīng)用最成熟的釬焊方法為：采用銅磷釬料或低銅磷釬料的銅磷硬焊接，以及小口徑銅管采用無鉛錫釬料或無鉛錫銀釬料的錫軟釬焊兩種，為了便于對薄壁銅管的釬焊連接有一較全面的了解，現(xiàn)將銅管的釬焊連接方法介紹如下：

   一、銅管釬焊的原理

釬焊是利用熔點比母材低的釬料和母材一起加熱，在母材不熔化的情況下，釬料熔化后潤濕并填充進(jìn)兩母材連接處的縫隙，形成釬焊縫，在縫隙中，釬料和母材之間相互溶解和擴(kuò)散，從而得到牢固的結(jié)合。
銅管的釬焊就是將銅管、銅管件與熔點比銅低的銅磷釬料或錫釬料一起加熱，在銅管、銅管件不熔化的情況下，加熱到釬料熔化，然后使熔化的釬料填充進(jìn)承插口的縫隙中，冷卻結(jié)晶形成釬焊縫，成為牢固的接頭。銅管釬焊時，承插口的間隙是較小的，釬料需通過毛細(xì)管的作用才能進(jìn)入釬縫間隙，而毛細(xì)管作用只能在液體釬料能潤濕銅表面時才形成，否則液體釬料會在表面張力作用下，團(tuán)聚成球狀，即形成不潤濕現(xiàn)象。因此液體釬料對銅表面的潤濕是釬料能否流人釬縫和填滿釬縫的關(guān)鍵。實踐經(jīng)驗告知，影響釬料對銅表面潤濕的因素，首先是釬料的成分，其次是銅表面的氧化物�，F(xiàn)今采用的銅磷釬料與錫釬料對銅都具有相當(dāng)好的潤濕性，因此，銅表面的氧化物是影響潤濕的主要因素，銅表面的氧化物會妨礙釬料的原子與銅直接接觸，使液體釬料對銅表面形成不潤濕，因此銅管釬焊時，必須清除銅管與銅管件釬焊面表面的氧化物，包括釬焊過程中產(chǎn)生的氧化物，才能使釬料對銅表面保持必要的潤濕性，常用的方法是，釬焊前用機(jī)械方法將焊接面的氧化物去除，然后再選用合適的釬劑來有效清除釬焊過程中產(chǎn)生的氧化物。以上所述為銅管釬焊的簡單原理，只要按釬焊原理的要求實施釬焊，銅管釬焊的質(zhì)量是有保證的。事實證明，銅管的釬焊技術(shù)簡單方便，稍有施工經(jīng)驗的施工人員，只要經(jīng)短期的培訓(xùn)，就能掌握銅管的釬焊技能。

二、銅管的釬焊方法

1、銅管的銅磷釬焊
   銅管的銅磷釬焊屬于硬釬焊，接頭程度高，耐溫性好，適用于各種介質(zhì)的大小口徑銅管的釬焊連接，但由于銅磷釬料的熔點在710℃以上，含5%銀的低銀銅磷釬料的熔點也在640℃以上，釬焊溫度高，必須采用氧－乙炔火焰或氧－丙烷火焰作為熱源，才能滿足釬焊溫度與熱功率的需要，特別是大口徑銅管釬焊時，還需要配備兩把氣焊槍，由兩名操作人員同時加熱，才能控制好接頭處的加熱溫度及接頭處環(huán)向與長度方向的溫度均勻，才能使熔化后的釬料均勻地填滿釬縫，保證釬焊質(zhì)量。
   銅管采用銅磷釬焊，不僅釬料對銅管及管件具有相當(dāng)好的潤濕性，并且釬料中的磷能有效去除釬焊過程中產(chǎn)生的氧化物，使釬料始終對銅表面具有足夠的潤濕性，因此，銅管與紫銅管件釬焊時，只需釬焊前將銅管及管件釬焊表面的污垢及氧化物清除干凈，就可直接裝配釬焊，不用添加釬劑，操作簡單方便。只有銅管與黃銅管件釬焊時，才需在黃銅側(cè)刷涂或添加釬劑，以去除黃銅側(cè)產(chǎn)生的鋅的氧化物，使釬料對黃銅表面保持必要的潤濕性，確保釬焊質(zhì)量。
   銅管采用低銀銅磷釬料釬焊與無銀銅磷釬料釬焊相比，具有釬焊溫度低，釬料流動性好，質(zhì)量更易控制等特點，使釬焊的操作更便捷，功效更高。雖釬料的成本會略有提高，但質(zhì)量與功效的提高降低了人工消耗，對工程總體成本的影響不大，特別是在小口徑銅管釬焊中采用低銀銅磷釬料更顯其合理性。
2、銅管的錫釬焊
銅管的錫釬焊屬于釬焊溫度較低的軟釬焊，錫釬料的熔點均在300℃以下，加熱方便，但其接頭的釬接強(qiáng)度較低，且耐溫性較差，主要用于φ2〃以下以水為介質(zhì)的銅管中。
錫釬焊可采用氧－乙炔火焰或氧－丙烷火焰作熱源，也可采用丙烷－空氣火焰或電加熱作熱源，均能滿足錫釬焊溫度與熱功率的要求。
銅管采用錫釬焊，雖然錫釬料對銅具有較好的潤濕性，但銅表面的氧化物會妨礙錫釬料的原子與銅直接接觸，即對銅表面形成不潤濕。因此，錫釬焊時，不僅焊前需將銅管及管件釬焊面的污垢及氧化物清除得非常干凈，還必須添加釬劑來清除釬焊過程中產(chǎn)生的氧化物。錫釬焊與銅磷釬焊相比，最大的差異除了釬焊溫度不同外，主要是錫釬料對銅表面的潤濕以及與銅表面的結(jié)合，必須由釬劑來協(xié)同完成，就是必須有釬劑在前面流動去除釬焊面的氧化物，錫釬料在后面及時地與潔凈的銅表面完成相互溶解和擴(kuò)散的釬焊連接，否則，錫釬料與銅表面見會形成偽焊。因此，錫釬焊時，雖釬焊溫度低，加熱方便，但對釬焊面的清潔度要求更高，對操作人員的技能，即操作熟練程度與溫度控制能力要求更嚴(yán)。
      銅管的錫釬焊目前有兩種連接方式，一種是采用常規(guī)的承插式銅管件，釬焊時由操作人員從管外側(cè)添加釬料填入縫隙形成釬焊接頭。另一種是采用帶有錫釬料環(huán)的特殊銅管件，該管件在生產(chǎn)時，于管件承口處內(nèi)側(cè)壓制有一條環(huán)形凹槽，并在槽內(nèi)澆鑄好與管件內(nèi)壁齊平的錫釬料，釬焊時，操作人員不需再添加釬料，只要對接處實施加熱，待管件凹槽內(nèi)釬料溶解后填入接頭縫隙，形成釬焊接頭。銅管錫釬焊時應(yīng)選用無鉛錫釬料，以防止污染水質(zhì)，并不得使用對銅有腐蝕的含氨釬劑。

   三、銅管釬焊的操作程序

1、將銅管接頭處的外表面及管件接頭處的內(nèi)表面的氧化膜清理干凈。
2、在清理干凈的管子外表面及管件內(nèi)表面處均勻涂刷糊狀或液體釬劑，采用銅磷釬料或低銀銅磷釬料釬焊銅管與紫銅管件時，可不涂釬劑。
      3、將銅管插入管件中，插到底并適當(dāng)旋轉(zhuǎn)，以保持均勻的間隙，若涂有釬劑，應(yīng)將擠出接縫的多余釬劑用清潔抹布抹去。
4、用氣體火焰對接頭處實施均勻加熱，直至加熱到釬焊溫度，錫釬焊時，也可用電加熱將接頭處加熱到釬焊溫度。
5、用釬料接觸被加熱到高溫的接頭處，以判定接頭處溫度，若釬料不熔化，表示接頭處溫度尚未達(dá)到釬焊溫度，需繼續(xù)對接頭進(jìn)行加熱，若釬料能迅速熔化，表示接頭處溫度已達(dá)到釬焊溫度，即可邊繼續(xù)對接頭加熱，以保持接頭處的溫度在釬焊溫度以上，邊向接頭的縫隙處添加釬料，利用接頭處的熱量將釬料熔入縫隙，直至將釬縫填滿，切忌用火焰直接熔化釬料涂于縫隙表面。
   6、移去熱源，停止加熱，使接頭在靜止?fàn)顟B(tài)下冷卻結(jié)晶，防止熔化釬料冷卻結(jié)晶時受到振動而影響釬焊質(zhì)量。
   7、將釬焊接頭處的殘渣清理干凈，必需時可刷涂清漆保護(hù)。
   總之，薄壁銅管釬焊連接是一項成熟的連接工藝，操作簡便，質(zhì)量可靠，并適宜暗埋敷設(shè)。因此，在銅管工程中，釬焊連接是最常用的連接方法。隨著薄壁銅管應(yīng)用的快速發(fā)展，適用于不同場合不同需要的銅管連接方法也日益增多。例如：小口徑銅管的連接有卡套式連接，還有卡壓式連接，還有插接式連接，大口徑銅管的連接有銅法蘭連接，有松套法蘭連接，還有溝槽連接等等。相信，這些連接方法會與釬焊連接方法一樣，在銅管工程中得到應(yīng)有的應(yīng)用。有關(guān)這些連接方法的具體內(nèi)容，將另文介紹。

釬焊連接

1、釬焊的原理與特點
A、釬焊的定義
釬焊是利用熔點比母材低的釬料和母材一起加熱，在母材不熔化的情況下，釬料熔化后潤濕并填充進(jìn)兩母材連接處的縫隙，形成釬焊縫，在縫隙中，釬料和母材之間相互溶解和擴(kuò)散，從而得到牢固的結(jié)合。
釬焊按所用釬料熔點的高低不同，可分為兩大類，一般以450°C為界，釬料熔點〈450°C的釬焊為軟釬焊，釬料熔點〉450°C的釬焊為硬釬焊。軟釬焊操作簡單，便于掌握，但其接頭的釬接強(qiáng)度較低。硬釬焊與軟釬焊相比，具有較高的釬接強(qiáng)度，但其操作稍有難度，需要一定的實踐經(jīng)驗。

B、釬焊的特點
釬焊與熔化焊相比有明顯的不同，首先，釬焊時母材不熔化，而只有釬料熔化，其次在釬焊接頭中，釬料成分和性能與母材有著明顯的差別，熔化的釬料需靠毛細(xì)管作用填充親接頭的縫隙，并通過接頭的搭接面積來提高其承載能力。釬焊的主要特點是加熱溫度較低，焊件的組織和機(jī)械性能變化較小，接頭平整光滑，變形不大，且可連接不同材料，生產(chǎn)效率高等。因此
在銅管施工中，釬焊得到廣泛的應(yīng)用。但釬焊接頭的強(qiáng)度直接受接頭裝配縫隙大小的影響，有試驗資料證明，釬焊接頭的強(qiáng)度會隨著裝置縫隙的增大而下降，且縫隙的大小還影響毛細(xì)管作用與釬著面積，因此釬焊接頭裝配時，應(yīng)保持均勻而嚴(yán)格的縫隙，以確保釬焊接頭的質(zhì)量。

C、釬焊接頭的形成過程
釬焊接頭的形成過程是：母材及釬料被加熱到釬焊溫度，釬料熔化后流入接頭的縫隙，同時與母材發(fā)生相互作用，形成新的合金，然后在釬縫中冷卻結(jié)晶，形成釬焊接頭。因此要得到牢固的接頭，其關(guān)鍵是熔化的釬料要能很好的流入縫隙填滿釬縫，且能與母材相互作用并冷卻結(jié)晶。
釬焊時，釬縫的間隙是較小的，釬料需在毛細(xì)管作用下在釬縫中流動，而毛細(xì)管作用只有在液體釬料能潤濕母材表面時才形成，因此液體釬料對母材的潤濕性是釬料能否流入釬縫和填滿釬縫的關(guān)鍵。實踐經(jīng)驗告知，影響釬料對母材潤濕性的因素，首先是釬料和母材成分的影響，只有液體釬料能與母材相互溶解或形成化合物時，釬料才能較好的潤濕母材，因此必須選擇合適的釬料，使液體釬料能對母材具有足夠濕潤性。銅管釬焊選用的錫釬焊料、銀釬焊料、銅磷釬焊料對銅都有相當(dāng)好的潤濕性。其次是母材表面氧化物的影響，金屬表面的氧化物妨礙了釬料的原子與母材直接接觸，使液體釬料在表面張力作用下，團(tuán)聚成球狀，形成不濕潤現(xiàn)象。因此釬焊時應(yīng)清除母材表面的氧化物，包括釬焊過程中產(chǎn)生的氧化物，使釬料對母材保持潤濕性。常用的方法是選用合適的釬劑來有效清除氧化物。

2、釬料和釬劑的種類和選用

A、釬料的種類和選用

釬料又稱焊料，是釬焊時在低于母材熔化的溫度下熔化并填充進(jìn)釬焊接頭的金屬或合金。用于銅管釬焊的釬料有如下幾種：
1）錫釬焊料錫釬焊料主要由錫鉛、錫銻、錫銀等合金組成，屬于軟釬焊料，具有釬焊溫度低，潤濕性好，操作方便等特點，但接頭強(qiáng)度低，耐溫性較差，主要用于2”以下小口徑銅水管的釬焊。
a）錫鉛焊料，最常用的是錫鉛各占50%的錫鉛焊料，其熔化溫度為210°C，凝固溫度為183°C。由于焊料中過量的鉛會影響管內(nèi)水質(zhì)，故在生活用供水管道中不宜使用，可用于排水管道。
b)純錫釬料，一般將含錫量大于90%的錫釬焊料稱為純錫釬料。但高純度的錫不能用作釬料，因為純錫在常溫下為白色，一旦溫度降到足夠低時就會轉(zhuǎn)變?yōu)榛疑w積增大約25%，會使白色的錫變成灰色的粉末，俗稱“錫疫”。因此純錫焊料必須加入3~5%的銻，或適量的鉛防止錫疫”。其熔化溫度為222°C，凝固溫度為183°C，是目前銅水管首選的錫釬焊料。
c)錫銀釬料，是由96%的錫和4%的銀組成的合金，其熔化溫度為225°C，凝固溫度為221°C，由于銀的假如，提高了釬料的耐熱性及釬接的強(qiáng)度，是銅水管釬焊較理想的錫釬焊料。特別市凝固溫度的提高，在相鄰近接頭需先后釬焊時帶來便利，可在先焊接頭中采用錫銀釬料，后焊接頭中采用純錫釬料，避免了后焊接頭加熱溫度對先焊接頭產(chǎn)生不利影響。

2）銀釬焊料銀釬焊料主要由銀銅、銀銅錫、銀銅鋅等合金組成，屬硬釬焊料，具有釬焊接頭強(qiáng)度高、潤濕性好等特點，但釬焊溫度高，操作有一定難度，主要用于2”以上大口徑銅管及對質(zhì)量要求與釬著率要求較高的釬焊接頭。

3）銅磷釬焊料銅磷釬焊料是由銅磷二元合金組成，屬硬釬焊料，由于磷可以還原氧化銅，因此采用銅磷釬焊料釬焊紫銅時不需另外加釬劑，釬焊工藝性能好，且價格便宜，因此在不宜用錫釬焊料的銅管釬焊中得到廣泛應(yīng)用。

B、釬劑的種類和選用
釬劑又稱釬焊溶劑，其主要作用是清除母材及釬料表面的氧化膜，抑制母材及釬料在釬焊過程中再氧化，從而改善釬料對被釬焊材料的潤濕作用。因此釬劑除了應(yīng)具有足夠的去除母材與釬料表面氧化膜的能力外，釬劑的熔點及最低活性溫度應(yīng)低于釬料的熔點，并在釬焊溫度范圍內(nèi)具有足夠的穩(wěn)定性，熔化成液體的釬劑對母材應(yīng)具有足夠的潤濕性且比重小于液體釬料。用于銅管釬焊的釬劑有如下幾種：
1）錫釬焊用釬劑錫釬焊可使用松香等有機(jī)類釬劑。但其活性較差，較難適應(yīng)銅管釬焊的要求。因此銅管錫釬焊時，多采用由氯化鋅等無機(jī)鹽類組成的無機(jī)類釬劑。常用的有市場供應(yīng)的焊錫膏及液體釬劑，也可自行配置。

2）銀釬焊用釬劑銅管銀釬焊時，必須采用市場供應(yīng)的瓶裝粉狀銀釬焊專用的釬劑�？芍苯邮褂�，也可調(diào)制成糊狀后使用。

3）銅釬焊用釬劑采用銅磷釬料焊紫銅時，一般可不用釬劑。但紫銅管與黃銅等銅合金釬焊時，還需采用銅釬焊用釬劑，銅釬焊用釬劑的主要成分為硼砂，可采用市場供應(yīng)的瓶裝銅焊粉，也可自行配置，使用時宜調(diào)制成糊狀。

3、銅管釬焊連接的種類和應(yīng)用

A、銅管的錫釬焊連接
銅管的錫釬焊連接屬軟釬焊，雖釬焊溫度低，操作簡單，但其接頭強(qiáng)度較低，且耐溫性較差，因此主要用于2”以下介質(zhì)為水的管道中，例如冷熱給排水管及空調(diào)水管等。
1）普通焊接式釬焊時需要由操作人員從管道外側(cè)添加焊料并溶入縫隙，冷卻結(jié)晶后形成釬焊接頭。釬焊接頭的質(zhì)量需由操作技能要保證。
2）內(nèi)置錫環(huán)式內(nèi)置錫環(huán)式管件是在生產(chǎn)時，于管件的套管處內(nèi)側(cè)壓制一條環(huán)形的凹槽，并在槽內(nèi)澆鑄好與管件內(nèi)壁平齊的錫釬焊料，釬焊時，不需要添加焊料，只需對接頭處實施加熱，加熱方式可采用常規(guī)的火焰加熱方法，也可采用電加熱法，即采用專用的電加熱夾持于接頭處，然后通電加熱，使管件凹槽中的錫釬料環(huán)溶解后填入接頭處縫隙，冷卻結(jié)晶后釬焊接頭。釬焊接頭的質(zhì)量容易保證，操作技能要求較低，但成本較高。

B、銅管的磷銅釬焊連接
銅管的磷銅釬焊連接屬硬釬焊，接頭強(qiáng)度較高，耐溫性較好，適用于各種介質(zhì)的大小口徑銅管的釬焊連接，但其釬焊溫度較高，對操作技能的要求較高。因為釬焊時，接頭處的溫度直接影響磷銅釬料對銅管的潤濕性，以及釬料在釬縫中的流動性，特別是大口徑銅管的釬焊時，要使磷銅釬料能較好地溶入釬縫，必須控制好接頭處的加熱溫度，并能保持好接頭處的環(huán)向與長度方向溫度的均勻，若出現(xiàn)局部溫度的過熱或過低，均會影響接頭中釬料的流布，從而影響釬焊接頭的質(zhì)量。

C、銅管的銀釬焊連接
銅管的銀釬焊連接屬硬釬焊，接頭強(qiáng)度較高，耐溫性較好，同樣適用于各種介質(zhì)的大小口徑銅管的釬焊連接，雖其釬焊溫度較高，操作也有一定難度，但與磷銅釬焊連接相比，在相同的釬焊條件下，銀釬焊料具有更好的潤濕性與流動性，能較易熔入與填滿釬縫，從而使釬焊接頭的質(zhì)量更容易得到保障。

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