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  序 言 

目前感應(yīng)釬焊連接已廣泛應(yīng)用于航天航空，電子和醫(yī)藥等領(lǐng)域。它較適合于釬焊鋼，銅合金，不銹鋼，高溫合金等具有對(duì)稱形狀的焊件，特別適用于管件的套接，管子和法蘭，軸和軸套等類似接頭形式的連接。該方法節(jié)能環(huán)保無(wú)污染，效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，因而實(shí)用前景非常廣。然而，由于生產(chǎn)工作當(dāng)中，經(jīng)常會(huì)遇到非對(duì)稱和復(fù)雜的構(gòu)件。因此，針對(duì)這種非磁性非對(duì)稱的異徑黃銅釬焊，使用高頻感應(yīng)釬焊代替原有的火焰氣焊的工藝，對(duì)兩種方法焊接后的質(zhì)量等參數(shù)進(jìn)行如圖1所示。

圖1 待焊工件形狀示意圖

1 試驗(yàn)方案

工件的其特點(diǎn)為：材質(zhì)為黃銅合金H62，工件為T(mén)形接頭結(jié)構(gòu)，上下兩銅管直徑明顯差異Φ26/Φ46，工件下部的中間30mm處，基本上可視為實(shí)體（與兩端相比）尺寸不一。從工件的外形尺寸來(lái)看，直接采用感應(yīng)釬焊的方法，不采取其他任何特殊措施，是比較困難。因?yàn)楦哳l釬焊是利用感應(yīng)加熱通過(guò)調(diào)節(jié)電流頻率的大小，以交頻交流電來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件局部的加熱，要想獲得優(yōu)質(zhì)良好的釬焊縫接頭，就必須根據(jù)工件的材質(zhì)選擇好高頻電源，合理設(shè)計(jì)感應(yīng)器與工件的感應(yīng)匹配問(wèn)題。

1.1 高頻電源的選擇

目前的高頻電源種類有：可控硅中頻電源2500HZ，電子管電源250-300KHz，晶體管諧振式IGBT電源35KHz，強(qiáng)激式電源20-50KHz等系列產(chǎn)品電源。從以往試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，非磁性材料有色金屬（鋁銅）比較適應(yīng)低頻的感應(yīng)加熱電源，對(duì)上述四種電源來(lái)說(shuō)，從整體設(shè)備性能來(lái)看，晶體管電源設(shè)備應(yīng)是，同樣是晶體管電源諧振式IGBT電源就比強(qiáng)激式IGBT電源具有更高的加熱效率。這是因?yàn)橹C振式IGBT晶體管電源會(huì)根據(jù)負(fù)載的狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整電源狀態(tài)，使電源始終保持按設(shè)定功率輸出，而強(qiáng)激式IGBT電源的輸出功率會(huì)隨著負(fù)載的變化而變化，負(fù)載輕時(shí)，輸出功率很小，由于黃銅在冷態(tài)時(shí)，電阻率很低，因而負(fù)載小，故加熱時(shí)間很長(zhǎng)，由此看來(lái)，諧振式電源具有很強(qiáng)的自調(diào)能力，選擇了諧振式IGBT晶體管電源，型號(hào)為T(mén)G-30A-25。

1.2 加熱方式

從感應(yīng)器加熱原理可知，高頻感應(yīng)加熱有兩種方式，一是透熱式，二是傳導(dǎo)式加熱，針對(duì)非導(dǎo)磁性材料和工件的形狀特點(diǎn)，透入式加熱能充分利用熱源熱量使工件感應(yīng)不同的迅速升溫加熱，而傳導(dǎo)式加熱方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)比透入式加熱效率低的多，故選透入式加熱。

1.3 感應(yīng)器的設(shè)計(jì)與制作

高頻電源設(shè)備和加熱方式選擇好后，感應(yīng)器的設(shè)計(jì)就顯得尤其重要，當(dāng)感應(yīng)器線圈中的電流是交流電時(shí)，在線圈內(nèi)部和周圍就會(huì)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)的磁力線所切割。而在工件表面產(chǎn)生高頻電流的集膚效應(yīng)，鄰近效應(yīng)，圓環(huán)效應(yīng)，以達(dá)到工件表面升溫加熱。也就是說(shuō)根據(jù)高頻感應(yīng)的特性，感應(yīng)器線圈的形狀與工件之間的相互位置，能夠強(qiáng)烈的影響著工件加熱的質(zhì)量和效率。因此，根據(jù)工件的形狀做了幾種不同形狀的線圈感應(yīng)器進(jìn)行試驗(yàn)，見(jiàn)圖2，圖3，圖4所示。

圖2 O型線圈感應(yīng)器

圖3 U型線圈感應(yīng)器

圖4 O型加U型線圈感應(yīng)器

1.4 釬料釬劑的選擇及釬焊工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)工件等H62材質(zhì)，屬非鐵磁性的特點(diǎn)，考慮到釬料成本及又能釬焊質(zhì)量的因素，選用銀銅B-Ag30CuZn釬料，釬劑為FB201。具體釬焊工藝如下：

（1）采用諧振式電源IGBT TG-30A-25，釬料（焊絲制成環(huán)）BAg30CuZn，焊縫間隙：0.02mm

（2）清理表面的油污等，工件上涂抹釬劑FB201（530-850 ℃）

（3）釬料環(huán)放置在銅管內(nèi)，避免釬料環(huán)制成封閉狀態(tài)，以免兩端接觸，在高頻感應(yīng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，使過(guò)早的熔化

（4）制作簡(jiǎn)易的夾具固定工具（嚴(yán)禁使用金屬材料）線圈與工件間隙2-3mm

（5）電流范圍560-700A之間均勻加熱（加熱過(guò)程避免工件升溫過(guò)快過(guò)熱，使工件均勻升溫加熱，必須適當(dāng)停頓加熱時(shí)間數(shù)秒鐘后在加熱）當(dāng)觀察到釬料熔化滲出后便可停機(jī)

（6）加熱時(shí)間：35-65S

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

2.1 O型線圈感應(yīng)器加熱和U型線圈感應(yīng)器加熱

當(dāng)使用O型線圈感應(yīng)器加熱工件時(shí)，線圈與工件的距離2-3mm，隨著感應(yīng)器加熱工件時(shí)間的增加，工件上端表面溫度明顯發(fā)生變化，而下端工件溫度變化不明顯，以至上面工件被熔化，下面工件依舊溫度變化不大，其原因是上端工件與下端工件的溫差相差較大，釬料無(wú)法熔化。

在種O型線圈感應(yīng)器使用后，發(fā)現(xiàn)工件上下溫度不能同時(shí)加熱升溫不均勻，完全沒(méi)有考慮兩個(gè)工件溫差的現(xiàn)象，因此，根據(jù)工件的形狀又設(shè)計(jì)了U型線圈，見(jiàn)圖2所示感應(yīng)器。再次通電試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，工件上端基本上沒(méi)有溫度變化，只有下面的工件有升溫的變化，正好與O型線圈感應(yīng)器加熱相反，也就是說(shuō)，工件整體感應(yīng)加熱，線圈感應(yīng)器與工件匹配不好，無(wú)法實(shí)現(xiàn)熔化釬料環(huán)的目的。釬焊溫度不能達(dá)到上下工件整體均勻升溫和濕潤(rùn)毛細(xì)化作用。U型感應(yīng)器從外形上看，看似匹配理想，但看從效果來(lái)看，還是沒(méi)有達(dá)到釬焊感應(yīng)的溫度。

2.3 O型加U型線圈串聯(lián)感應(yīng)器加熱

通過(guò)以上O型線圈感應(yīng)器和U型線圈感應(yīng)器對(duì)工件分別單獨(dú)感應(yīng)加熱的情況來(lái)看，由于工件形狀不對(duì)稱，尺寸厚度上存在明顯差異，感應(yīng)加熱位置與工件散熱快匹配還是相差較大，以至感應(yīng)加熱達(dá)不到感應(yīng)釬焊的濕潤(rùn)毛細(xì)化效果，因此，在原來(lái)的線圈基礎(chǔ)上，我們把O型線圈與U型線圈串聯(lián)使用，見(jiàn)圖4所示。

從整體上考慮工件與線圈的形狀匹配效果出發(fā)，改變工件為上下同時(shí)感應(yīng)加熱的性質(zhì)，使工件感應(yīng)充分實(shí)現(xiàn)集膚效應(yīng)和圓環(huán)效應(yīng)，降低兩工件之間的溫差，達(dá)到升溫加熱均衡。從試驗(yàn)效果來(lái)看，使線圈感應(yīng)對(duì)工件形成了兩個(gè)線圈能同時(shí)上下感應(yīng)加熱升溫，為對(duì)稱加熱方式達(dá)到工件均衡同時(shí)升溫加熱縮小二工件之間溫差起到了關(guān)鍵性的作用，熔化釬料形成潤(rùn)濕毛細(xì)化作用收到明顯效果。使焊縫表面圓滿光滑，無(wú)夾渣，氣孔等缺陷，如圖5所示。

圖5 高頻感應(yīng)釬焊試件外觀形貌

圖6 火焰氣焊試件外觀形貌

對(duì)兩種焊接方法的工件成型后的外觀進(jìn)行質(zhì)量檢查對(duì)比，高頻釬焊焊縫（見(jiàn)圖5）成形美觀，圓滑無(wú)氣孔、夾渣等明顯缺陷，煤油滲透24小時(shí)實(shí)驗(yàn)無(wú)泄露現(xiàn)象，工件表面氧化小與火焰氣焊相比（見(jiàn)圖6），勞動(dòng)強(qiáng)度低，無(wú)污染環(huán)境，生產(chǎn)效率高。而火焰氣焊金屬表面火焰加熱溫度高氧化嚴(yán)重，勞動(dòng)強(qiáng)度大，污染環(huán)境，焊接加熱時(shí)間長(zhǎng)。

3 結(jié)論

本文對(duì)銅質(zhì)異徑不對(duì)稱的工件進(jìn)行高頻感應(yīng)釬焊的試驗(yàn)探討，利用高頻感應(yīng)的特點(diǎn)改變感應(yīng)器單獨(dú)對(duì)局部加熱方式，采用兩個(gè)線圈串聯(lián)形式感應(yīng)器，對(duì)工件實(shí)施對(duì)稱升溫而設(shè)計(jì)感應(yīng)器，得到了較好的效果。從實(shí)驗(yàn)意義上來(lái)說(shuō)，對(duì)于一些復(fù)雜不對(duì)稱的工件可以采取類似的做法。

利用材質(zhì)的特性導(dǎo)熱快（銅），合理選擇感應(yīng)加熱電源及加熱方式。在非導(dǎo)磁性材質(zhì)（銅）高頻感應(yīng)釬焊時(shí)，充分利用感應(yīng)器對(duì)工件匹配質(zhì)量使不對(duì)稱結(jié)構(gòu)工件也能達(dá)到感應(yīng)均勻加熱，潤(rùn)濕毛細(xì)化效果，達(dá)到控制焊縫質(zhì)量。感應(yīng)器對(duì)工件的形狀，匹配質(zhì)量及工件的加熱部分的形狀，尺寸和位置要求準(zhǔn)確無(wú)誤，否則將嚴(yán)重影響感應(yīng)器加熱的效果。