制冷设备钎焊接头焊后为什么会发黑/长铜绿?怎么解决?这么做!

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空调

/制冷行业用黄铜和紫铜类钎焊接头  ,如管接头组件、分流器(分配器)组件、

四通阀

端盖焊缝、截止阀出管焊缝、

电磁阀

接管焊缝等钎焊接头  ,通常采用火焰钎焊或常规感应钎焊(或称常规高频焊)  。下面以空调行业最

通用

的黄

铜管

接头+紫铜管为例进行介绍 。

  二、采用常规钎焊工艺存在的问题

  1.采用目前常规的感应钎焊  ,制冷行业黄铜管接头组件焊后  ,母材及焊缝均会出现明显氧化发黑外观缺陷  ,具体参见下图(以黄铜管接头组件为例):

  2.母材及焊料在加热过程中极易氧化  ,会严重影响钎料的流动和铺展 ,钎焊质量无法保证;

  3.焊缝、管接头和铜管均氧化发黑  ,焊缝颜色外观与母材一致  ,操作人员无法清楚识别和检测钎料填充情况 ,无法通过肉眼检出焊缝是否有气孔、裂纹和沙眼等轻微焊接缺陷  ,可能导致泄漏缺陷件流入客户  ,出现售后质量问题;

  4.为提升钎料流动性 ,钎焊前通常会在管接头组件或焊环上涂抹大剂量钎剂  ,导致焊后焊缝及附近严重的钎剂残留  ,影响焊缝检测及外观质量;

  5.未经处理的管接头  ,工件在潮湿条件下储运、放置或使用 ,焊缝及附近可能会出现铜绿等外观缺陷  ,影响焊缝性能及可靠性;

  6.氧化发黑外观质量差  ,会降低整机产品档次;

  7.氧化发黑层  ,如不进行处理直接使用  ,在后期使用过程中  ,氧化发黑层可能率先腐蚀  ,加速腐蚀焊缝  ,缩短钎焊接头寿命  ,进而影响整机使用寿命或导致整机故障;

  8.如焊后增加机械或化学方法处理氧化发黑层 ,会增加:操作工序、操作人员、设备和物料等 ,增加生产成本  ,并降低生产效率  。



  三、常规钎焊接头焊后发黑长铜绿等原因分析

  经分析和验证得出 ,采用火焰钎焊或常规感应钎焊时  ,产生上述管接头组件焊后氧化发黑/铜绿等问题的主要原因如下:

  1.管接头、铜管和钎料等均置于大气条件下加热 ,通常钎焊温度高至700°以上  ,母材及焊料在加热过程中与空气中氧气充分接触,产生氧化铜等氧化物  ,导致接头表面出现黑色物质 。

  2.母材及焊料在加热过程中极易氧化  ,会在母材及钎料表面形成致密氧化膜  ,该氧化膜会严重影响熔化钎料的流动和铺展性  。

  为保证钎料流动性 ,火焰钎焊或常规感应钎焊时  ,操作人员会在待焊工件及焊料表面添加大剂量钎剂  ,以充分去除母材表面氧化膜  。铜及铜合金在钎焊过程中 ,各种钎剂的去除工件及焊料表面氧化膜的作用机理如下:

  1)硼酸类钎剂的去膜机理

  硼酸(H3BO3)加热时分解成硼肝(B2O3) 。生成的硼肝(B2O3)熔点熔点为580℃  ,与铜的氧化物形成易熔的硼酸盐  。

  2)硼砂类钎剂的去膜机理

  硼砂(Na2B4O7?10H2O)在741时熔化  ,在液态下分解为硼肝(B2O3)和偏硼酸钠(Na2B4O7) 。

  硼肝与金属氧化物形成易熔得硼酸盐  ,而偏硼酸盐又与硼酸盐形成熔化温度更低的复合化合物  。

  生成的复合化合物易浮到钎缝表面  ,硼砂的去膜能力较硼酸强  ,但硼砂熔点较高  ,且在800℃以下粘度大  ,流动性不好  。

  3)气体助焊剂和免酸洗助焊剂的去膜机理

  硼酸三甲酯(C3H9BO3)与氧气混合燃烧生成硼肝 ,硼肝与氧化铜反应生成硼酸盐、

  4)四氟硼酸钾的去膜

  氟化钾的加入  ,可降低硼酸和硼肝的熔化温度和钎剂的粘度  。当KF的含量为40%  ,其硼肝的熔点可降低至600℃  。为进一步降低硼肝的熔化温度  ,并提高活性  ,可加入KBF4  ,其熔点为540℃  ,熔化后分解为BF3 ,其去氧化能力极强  。

  众所周知:母材和焊料表面的氧化膜  ,会严重阻碍熔化钎料在钎焊间隙内的流动、填充、铺展和扩散等  ,从前述钎剂去氧化膜的作用机理得出  ,没有钎剂  ,就无法去除母材及焊料表面的氧化膜  ,也就无法形成良好的钎焊接头  。

  采用常规的火焰钎焊和感应钎焊  ,母材和钎料在整个加热过程中 ,始终与空气中的氧气接触  ,极易氧化  ,且随着加热时间的延长和加热温度的升高 ,表面氧化膜厚度及重量会加速升高  ,出现严重氧化膜层  。

  易于理解:表面氧化膜越厚  ,需要钎剂的量越大 。钎剂用量的增加 ,带来焊后难于去除  ,钎剂残留严重  ,腐蚀焊缝和产生铜绿等问题  。

  因此:母材和钎料表层在加热过程中的氧化  ,是空调/制冷行业钎焊接头焊后出现发黑、铜绿和严重钎剂残留等质量问题的重要原因  。另外  ,母材和钎料表面的严重氧化  ,也是常规火焰钎焊和常规感应钎焊批量生产时出现的焊缝局部虚焊、钎料成型不良等焊接缺陷重要原因 。

  四、如何解决发黑/长铜绿/钎剂残留问题  ?

  欲解决这些问题  ,需严格控制如下两方面:

  1.防止或尽量降低工件母材和钎料在加热过程中表面的氧化;

  2.不用钎剂或尽量减少钎剂用量  。

  简单的说  ,就是要确保母材及焊料在整个加热过程中不要氧化  ,这是制冷设备获得高质量钎焊接头的关键  。

  那如何做  ?

  可采用的方法如下:

  1.将母材及焊料置于惰性气体/真空氛围中  ,使其在整个钎焊加热过程中不与氧气接触;

  2.尽量缩短钎焊加热时间  ,降低工件及母材与空气接触风险;

  3.尽量降低钎焊加热温度 ,降低工件及母材与空气接触风险;

  4.采用性能与材质与目前常规钎料匹配的自钎钎料  ,降低膏状或液态钎剂的用量 。