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  • 智能钎焊装备的发展现状及其应用
  • 2018/3/27 阅读次数:[857]
  • 1、 前语


    在汽车行业中,接连式气体维护钎焊是一种非常重要且运用非常广泛的办法,尤其是在汽车散热器和汽车三滤等零部件的焊接中更是如此。中国自20世纪80年代以来,从国外接连引入了各种类型的气体维护钎焊炉,推进了商品质量及出产功率的进步。自上个世纪90年代以来,中国的科研单位也相继开宣布了用于铝制散热器的氮气维护钎焊炉及用于其它钢制及铜制零部件的氮基可控气氛钎焊炉,推进了中国汽车行业的开展,一起为国家节约了许多外汇。


    2、 国内气体维护接连钎焊炉开展现状


    当前,中国开发研发的气体保 护钎焊炉,大都拷贝进口商品。其间用于铝制散热器等其它铝制品的钎焊炉和进口商品几无二致,这是受Noclock技能制约的成果,只不过有的运用厂家为削减出资需求开发单位简化。如湖北某厂家需求将钎剂喷淋、空气吹落、工件枯燥置于炉外处置。处置好后直接进钎焊炉焊接。即便这样,中国大多数用户对该设备的出资也很难承受。如此一来,中国东北某公司为习惯这种需求,开宣布了单室不接连钎焊炉,其出资大大下降。但相应下降的还有功率和质量的稳定性,能够说,这也是没有办法的办法。钎焊铝制品对控温精度及加热区的均匀性需求很高。开发这种钎焊炉对国内的研讨单位来讲,难度仍是很大的。为此,国内东北某研讨单位选用了和日本某公司协作的办法,但因为其技能和要害器材均来自于日本,所以本钱下降不多,价钱上的优势不大。开宣布功能满意焊接需求,一起价钱上也能为用户承受的气体维护钎焊炉,只要在吸收国外先进技能的基础上,走国产化这条路。当前天津某研讨所即是采纳了这种办法。


    钢制零件的硬钎焊炉和进口商品比拟,有如下不相同:


    (1)进口钎焊炉的维护气氛大多为石油液化气。而中国现大多数还选用氨分化气。实际上在西方发达国家,维护气氛基本上选用两种:a石油液化气;b氮基气氛。其间氮基气氛最有开展前途。如今能源危机不只要挟着中国,也要挟着整个国际。咱们晓得,空气中富含78%的氮气,是取之不尽用之不竭的。如今中国大多数还选用氨分化气,主要原因有两个:一是氨分化气制备简略;二是国内对氮基气氛的宣扬不行,宽广用户对此不太知道,影响了推行。


    (2)国内的维护气氛发作设备大多置于炉外。在炉外发作维护气通往炉内起维护作用。而中国引入的钎焊炉其维护气氛发作设备大多置于炉内,其长处许多,如节约面积,节约能耗,简化操作,然后节约出资等等,这种办法应大力推行。


    (3)加热元件:在观赏和解剖国外进口硬钎焊炉时发现,其加热元件大多选用两种,一是电阻丝,二是管状加热器。中国则大多数选用SiC棒。这篇文章作者多年从事钎焊炉的研讨开发作业,当前正测验对加热元件办法进行斗胆改善,以比拟其优缺陷。


    (4)炉膛布局:国外进口本钱硬钎焊炉,选用油耐热及保温资料砌筑而成的炉膛为多,属马费布局。而中国这类炉简直无一例选用了耐热钢制成的马费布局。


    另外在传送布局上,中国的研讨单位应下大功夫。当前无论网带传送仍是舟板传送,均有显着的缺陷。据资料介绍,国外研讨出了一种陶瓷网带,它没有改动传送办法,依然便利工人操作;一起又没有金属网带的热蠕变及晶体长大的担忧。这种网带如研发成功,将会大大下降钎焊炉的运转本钱。


    总归,中国在气体维护接连铝钎焊炉方面和国外尚有必定距离,而在用于钢、不锈钢、铜等资料的硬钎焊炉方面和国外距离不大,研讨力度也在不断加大。20世纪80年代末曾经,全国只要一家研讨开发钎焊炉,而到当前为止,据笔者所把握的状况,全国已有11家。这对中国汽车零部件制造业来讲,是一个福音。


    3、 接连式气体维护钎焊简介


    3.1维护气氛


    当前在汽车行业运用的钎焊炉,其维护气氛有四种,即氮分化气氛、石油液化气焚烧气氛,高纯氮气及氮基可控气氛。


    3.1.1 氨分化气氛


    氨分化气氛的制备是以液氨为质料,经裂解炉在催化剂的作用下,发作如下反响:


    2NH3氧化剂—→3H2↑+N2↑


    裂解后发作的的气氛中富含75%的氢气和25%的氮气。该气氛因为富含75%的氮气,其复原性较强,可广泛用于钢制零件的铜钎焊、银钎焊及镍基钎料的钎焊,如汽车三滤件即空气滤清器、汽油滤清器、机油滤清器的焊接,汽车化油器、分电器及真空助力器的焊接均选用该维护气氛。该气氛有两大缺陷:


    (1) 因为含氢量较高,危险性大;

    (2) 能耗大。


    液氨裂解成维护气氛,有必要在裂解炉内加热至高温900℃以上,电耗相当大,并且液氨质料耗量也很大。


    3.1.2石油液化气焚烧气氛


    该气氛的制备原理如下:

    第一步C3H8+5O22+19N2→3CO2+4H2O+19N2+Q1

    第二步C3H8+3CO2+ →6CO+4H-Q22

    C3H8+3HO2+ →3CO+7H-Q2


    两步反响合并为2 C3H8+3CO2+11.4 N2→6CO+8H2+11.4 N2+Q


    能够看出,式右边除N2为中性气体外,其他的CO和H2均为复原气体,因而丙烷焚烧后的气体具有维护钎焊作用。


    该维护气氛用于钢制零件的铜钎焊和银钎焊。如汽车三滤件、化油器及真空助力器的焊接,可选用该气氛。


    大多数钎焊炉是在炉外焚烧发作上述维护气氛通入炉内,起维护钎焊作用。但中国引入的一些钎焊炉也选用气体焚烧发作器置于炉内,当炉温升至约750℃时,发作上述反响。该办法的特色是节能,不运用独自的加热电源,并且节约占地面积。这种类型的钎焊炉,以引入为多,国内开发研发的很少。


    3.1.3 氮基可控气氛


    所谓氮基可控气氛是指气氛中90%以上为氮气,10%以下为活性气体,并且两气体的份额可调,其间进入炉膛的氮气纯度要达5个9以上。


    瓶装氮气或小型的制氮机的氮气纯度通常为99.5%,要使其纯度到达99.9995%,有必要对其加以纯化处置,纯化原理如下:


    CH3OH→CO+2H2↑

    2CO+O2→2CO2↑

    2H2+O2→2H2O


    选用甲醇裂解发作的CO、H2和氮气中的氧反响,除掉氮气中的氧,然后使氮气纯度达99.9995%,而剩余的CO和H2(1%~10%可调)作为活性气氛进入炉内起到维护钎焊的作用。汽车零部件中的钢制零件均可选用上述维护气氛。该气氛的特色:


    (1) 安全。气氛中富含90%以上氮气,复原性气体仅占10%,其安全性清楚明了。

    (2) 节能,便利。通常大型工厂有氮气管道,只要将氮气接到钎焊炉上的氮气净化设备即可运用。无氮气管道的,困选用小型制氮机。空气经气体紧缩后进入分子筛,经分子筛吸附即可得到氮气。这种制氮法即PSA法,设备简略,本钱低,推行远景极好。


    3.1.4 高纯氮气


    瓶装氮气或制氧机发作氮气,如上所述通常纯度达99.5%,但在汽车铝制散热器、汽车空调蒸腾器、冷凝器、水箱等铝制商品有必要在99.9995%氮气纯度下才可满意焊接需求,所以也有必要对氮气进行纯化处置。它的处置办法和氮基可控气氛的处置不相同,它选用无氢纯化处置办法。详细状况,这里不做叙说。这种气氛仅用于汽车铝制品的焊接。


    3.2 加热元件的种类


    3.2.1 SiC棒


    在钢制零件焊接所运用的钎焊炉,大都选用SiC棒,因这类零件焊接大都选用无氧铜钎焊,钎焊温度较高,通常 在1120~1130℃左右,而SiC棒****运用温度可达1200℃。选用SiC棒加热元件维护气氛,如选用氮气,炉膛****选用马弗套,避免气体和SiC触摸,因氮气和SiC在高温下发作反响,下降其运用寿命。


    3.2.2 Ni—Cr丝


    在国外进口的钎焊炉中,广泛运用Ni—Cr丝,但维护气氛通常选用丙烷焚烧气氛且维护气氛发作设备大都为内置式,因焚烧反响是放热反响,即可节约能量又可削减Ni—Cr丝的担负,也能够用于钢制零件的铜钎焊。


    3.2.3 Fe—Cr—AL丝


    这种加热元件是中国这些年研发成功的,它的运用温度高且本钱低,运用远景极好,但同SiC棒相同,在炉膛描绘时,如选用的气氛为氮气,炉膛应为马弗布局,以避免炉丝和氮气触摸,下降其运用寿命。


    3.3 炉加热区布局


    炉加热区布局有两种:


    (1) 由耐热及保温资料砌筑而成的炉膛内置马弗套,马弗套由耐热合金钢经成型焊接而成。这种布局因为密封性好,故节约维护气。但也有一个缺陷,在钢制零件的铜钎焊时,其钎焊温度在1120~1130℃左右,马弗套长时间在高温下作业,发作热蠕变,结尾致使烧塌。以汽车三滤件的焊接为例,依据工厂运用的实际状况,一年内要替换两个2600mm×240 mm×190 mm的马弗套。造价2.6万元。年用于马弗套的费用为5.2万元,运转本钱太高。工厂对此很头痛。当然,铝制商品的焊接,因为焊接温度低,不会有这方面的费事。


    (2) 炉膛完全由耐热及保温资料砌筑而成,无马弗套。这种布局的长处是,因为无马弗套,其炉膛运用寿命长,依据工厂经历,5年或更长时间内,炉膛不用大修。国内某研讨所研发的一种钎焊炉,即为该类型。


    3.4 传送组织


    关于接连式钎焊炉,传送办法有两种:


    (1) 网带传送组织


    该组织由变频调速器、电机、行星摆线减速器驱动主动轮、导向轮托辊及张紧设备来完结网带的定向运动。传送速度通常在100~500mm/min之间可调,它具有布局紧凑,传送平衡、牢靠等特色。工人操作简洁,自动化程度高。缺陷是,在钢制零件的铜钎焊时,网带在高温下作业,发作热蠕变,网带越拉越长,要不断调整张组织,张紧设备调整量缺乏时,要剪切链条,结尾致使失效。并且,由耐热钢制成的链条高温加热后,晶粒粗大变脆、易断,剪接艰难。

    但关于铝制商品的焊接,因为焊接温度低,不发作此费事。


    (2) 推舟组织


    这种组织的进料口开在炉的旁边面,将摆放工件的舟板从侧口推入炉内,炉体长度方向上有一气缸,将舟板向前推动后,缸杆退回,再续另一个舟板,如此复一舟推一舟,工件从进料区进入钎焊区、冷却区直至出炉口。它和网带布局均接连传送,只不过网带匀速传送,推舟为步进式传送。它的长处是传送布局简略,一个气缸即可,无网带高温蠕变之虑。舟板通常为石墨制成,价钱便宜,缺乏之处是工人装卸工件略显费事。


    4、 接连式气体维护钎焊炉的运用


    因为接连式气体维护钎焊炉类型较多,所焊工件种类也较多,不能一一列举,现以汽车铝制散热器的焊接为例,介绍这种钎焊炉及其商品的焊接。

    这种钎焊炉总长通常均在20~30m以上,通常由以下几个部区组成:


    (1) 喷淋钎剂区


    工件摆放在传送带上,传送带以必定的速度匀速传动,工件进入喷淋钎剂区时,门架上一个喷头以必定的视点向下喷混合好的钎剂水混合液。钎剂通常选用Noclok无腐蚀钎剂。钎剂浓度在5%~25%范围内,液体钎剂在毛细作用下进入钎焊缝隙,剩余的的钎剂在重力作用下从工件非衔接面上掉落。


    (2)空气吹落区


    工件随网带运动进入该区。因为工件上的剩余钎剂仅靠重力掉落有限。在该区用风机向工件上吹风,以使剩余的钎剂吹落掉。这两区吹落的钎剂落入接水槽中经泵抽至钎剂储罐。循环运用。


    (3)枯燥区


    该区的作用是铲除钎剂中的水分及工件外表吸附的空气水分,避免工件带着空气水分有害气体直接进入钎焊炉高温区,致使金属外表氧化。一起,工件及夹具因受热不均发作变形。枯燥区温度通常≤110℃。


    (4)加热区


    典型的钎焊炉加热区长度通常为7~8m左右,分4个控温段。每个控温段加热元件热功率独立可调,可灵敏的设置各控温段的温度,确保工件在最短的时间内均匀地升至钎焊温度。作业升至****温度后有一段非加热区,其长度约为1~1.2m。整个钎焊加热区设置10个测温点,监测炉温的改变。各控温段温度,作业传送速度等焊接参数设定、丈量、反响操控以及出产程序,选用CPU计算机及PLC完成。


    加热区各段温度及作用如下:


    工件自枯燥区进入加热区后,作业温度由110℃升至约565℃,此刻工件进入加热期间。工件持续传送至温度为565~570℃的区域,钎剂熔融,除掉A1外表氧化物。当工件进入577~605℃区域时,钎料熔融,焊接面构成焊缝,尔后进入加热区的非加热段缓冷。加热区的****温度通常描绘为800℃。


    (5)冷却区


    工件自加热区出来后,进入冷却区。工件在此区冷却,焊缝固化,钎剂也固化并留在部件外表。


    冷却区分为水冷壁冷却、气冷及空冷。水冷壁冷却区长度为3~4m,调理水流量,可调理工件降温温度梯度。气冷段通常和钎焊加热炉别离,鼓风机吹入紧缩空气,冷却工件,气冷后接空冷,出炉温度通常小于150℃


    铝制散热器的焊接,选用Noclok钎剂有必要采纳高纯氮气维护,氮气的纯度为99.9995%,露点为-40℃。维护气体的用量炉尺度1000mm×1000mm×150×27000mm为例,其在出产状态下为50m3/h,空载时小于20m3/h.

    钎焊技能几点阐明:


    (1) 工件喷洒钎剂前,要经过清洁过程,去掉剩余的油污。

    (2) 在枯燥区,枯燥温度不行过高。通常在200℃以下。如超越250℃。铝外表会构成高温氧化物,这些氧化物很难被Noclok钎剂去掉。

    (3) 氮气在炉内最要害的钎焊段流入而流向炉的进口和出口处。以此避免炉外杂质气体的侵入。当部件进入要害的钎焊段时,炉内维护气氛已构成。其露点≤—40℃而O2浓度<100×10-6这些是取得****钎焊作用所有必要的条件。

    (4) 在300—560℃范围内,微量的KALF4蒸腾与所存在的湿气反响生成微量的HF。因而有必要严格操控露点,不只是供给钎焊气氛,并且是尽量削减HF的生成。

    (5) 冷却后,钎剂残渣留于部件外表,构成厚度为1—2μm的粘膜。钎剂残留层不吸湿,无腐蚀性,不溶于水性溶剂。如需喷漆或转化为喷粉,则不需进一步外表处置。剩余物是加在防腐的维护层,剩余物薄层在热交换过程中不会呈现碎裂。


    5.定论


    跟着中国汽车工业的飞速开展,气体维护接连钎焊炉的运用愈来愈广泛,而它的运用对进步商品质量及出产功率具有极大的推进作用。


    中国的科研单位应大力开发和研发各种类型的钎焊炉,以习惯经济开展的需求。一起,中国的工矿公司应尽量选用中国自行研发的钎焊设备,以下降出产本钱,进步效益,一起为国家节约外汇。总归,接连式气体维护钎焊炉的许多运用,必将推进公司的科技进步,进步劳动出产率,其远景非常宽广。