铜铝接头内径与铝管内径相同的铜铝接头及其制备方法

摘要

本发明涉及一种铜铝接头内径与铝管内径相同的铜铝接头及其制备方法。铜铝接头具有铜管锥形焊接面与铝管内壁之间形成直接的化学键连接，焊缝之间无铜铝共晶组织。其焊接方法特征在于在铜管内部装有一个长芯轴，芯轴的头部由从小到大排列的数个球型冲头组成，焊接断电后辅助顶推汽缸立即往返工作数次，对接头内孔进行连续冲扩。本发明焊接质量好，熔合面宽，接头处的内外管径可以做到与铝管的基本相同，提高了接头弯曲性能，保证了制冷剂流量及其后续加工结构要求。

说明书

                       技术领域

本发明涉及一种铜铝接头内径与铝管内径相同的铜铝接头及其制备方法，尤其是制冷系统用、插接式铜铝管焊接接头。

                       背景技术

制冷剂是在制冷装置中进行制冷循环的工作物质，用制冷剂做制冷介质的循环管路系统中，制冷效果与制冷剂的流量有关，管路中因为工艺原因造成的缩径将会影响制冷剂的流速和流量，最终将会影响到制冷产品的产品性能，所以保证管路和接头处的内径均匀一致性是非常必要的。

现有技术是在管壁较厚的铝管的端头焊接有一段管壁较薄的铜管，该铜管与铝管的外径相同，铜管内径比铝管内径略大，铜管管端收口，插入到铝管内壁中焊接，形成为铜管在内、铝管在外的套接接头，此时铜管缩口处内径明显小于铝管，安装到制冷系统中后，对系统中的制冷剂流量形成阻碍，限制了制冷剂的流量。另外，在一些诸如空调蒸发器和冷凝器等产品的生产中，因为接头处铜管的缩径，导致无法进行胀管加工，由此可以发现采用插接接头尽管可以提高致密性，但存在明显缩径现象，限制了铜铝组合管件的应用范围；在应用中还发现，如果插接接头插入部分的铜管管路的缩口端与铝管之间有径向间隙，当弯曲焊接接头时，很容易在焊接接头处铜管端部位置撕裂铝管。为获得铜铝接头内径与铝管内径相同的接头，首先必须解决铜铝共晶组织问题，共晶组织指高温下铜铝金属化合物与铝形成的低熔点共晶合金，是一种非常脆，几乎没有延展性的材料，对这种材料进行扩口，必将焊缝撕裂，因此，必须保证焊缝中没有铜铝共晶组织。

                         发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种铜铝管焊缝中无铜铝共晶组织，焊缝中铜铝之间形成化学键连接，铜铝接头内径与铝管内径相同的插接式铜铝管接头。

本发明要解决的技术问题还涉及消除插接方式焊接的铜铝接头产生的管路缩口，提供一种插接式铜铝接头内径与铝管内径相同的铜铝组合管路件的焊接加工方法，以扩大铝管为主的铜铝管组合接头结构的应用范围和使用效果。

对于本发明的铜铝接头内径与铝管内径相同的插接式铜铝管接头来说，上述问题是这样解决的：铜管的焊接接头部位有直管状导向部和锥形焊接面，该导向部的外径稍小于铝管内径，铜管锥形焊接面与铝管内壁之间形成直接的化学键连接，焊缝中无共晶组织，铜铝接头内径与铝管内径相同。

本发明利用冷压焊、电阻加热、高温延展的原理，发明了一种全新的焊接过程，解决上述问题。本发明首先将铜管管端加工成管壁很薄的阶梯缩径直管状，再将套接好的铜管和铝管通过压力电阻焊接机焊牢，形成铜铝组合管路件的焊接接头，然后对焊接接头内部的阶梯缩径直管状铜管扩口，具体说明如下：

1、取两个铜铝管，首先将铜管管端的焊接部加工成管壁很薄的缩径阶梯管状，铝管保持原状。在铜管内部装一个长芯轴，长芯轴的头部由从小到大排列的数个球型冲头组成，芯轴的尾部悬挂在焊接机辅助顶推汽缸的气缸杆上。

2、将铜管放置在可移动电极组中，用高压气缸固定铜管，将铝管放置在固定电极组中用高压气缸固定铝管，助推气缸将带有铜管的移动电极组推向铝管，利用铜铝两种材料在硬度上的差异，借助于铜管插入铝管时的高压作用，将铝管内表面的氧化物清理干净，同时通电对结合区进行电阻加热，边加压边加热，铜管在这个过程中不断向铝管内部移动，焊接过程工件位移距离超过5mm为佳，产生的铜铝化合物(共晶组织)被高压挤出，避免脆性组织对接头的影响，形成铜铝组合管路件的焊接接头。

3、利用焊接热量软化铜管，以及高温状态下焊缝塑性好的条件，焊接后瞬间对焊接接头内部的缩径铜管扩口。扩口是在焊接机上进行的，焊接前，铜铝接头在电极汽缸的作用下，保持电极对工件的压力，焊接断电后辅助顶推汽缸立即往返工作一次，对接头内孔进行连续冲扩，完成对接头的最终加工。

由于如前所述铜管缩径后的直管状管壁很薄，所以加工后的管路内部铜铝过渡部位平整光滑，即锥形套接面接头的管路内径与铝管的内径差小于2mm，以充分保证制冷剂流量以及后续加工工艺的要求。此时，接头内径与铝管内径相差很小，即φ6.0*1铝管的铜铝接头内径尺寸≥φ2.8、φ6.35*1铝管的铜铝接头内径尺寸≥φ3.0、φ9.52*1铝管的铜铝接头部位内径尺寸≥φ6.8、φ12.0*1铝管的铜铝接头部位内径尺寸≥φ8.8、φ12.0*1.2铝管的铜铝接头部位内径尺寸≥φ8.4、φ12.7*1.2铝管的铜铝接头部位内径尺寸≥φ8.8。

本发明具有以下特点：1、利用铜铝两种材料在硬度上的差异，即利用铜管插入铝管时的高压作用，将铝管内表面的氧化物清理干净；2、在清理铝管氧化物的同时通电对结合区利用铜铝接触电阻加热，边加压边加热，铜管在这个过程中在顶推气缸的作用下不断向铝管内部移动，与普通电阻焊接方法不同，焊接过程铜铝之间工件位移距离可超过5mm，产生的铜铝共晶物便产生边被铜铝间的高压挤出，避免脆性组织对接头的影响；3、由于焊缝中铜铝共晶组织被挤出，在焊缝中铜铝之间形成化学键连接，因此可以在焊接过程完成后对接头进行扩径处理，使经过铜铝焊接加工后接头处铜管外壁紧贴铝管的内壁，提高流量且接头弯曲后不宜折断铝管；4、插入到铝管中的铜管管端加工成管壁很薄的阶梯缩径直管状；5、扩口用模具安装在焊接设备上，在焊接后的瞬间完成扩口，充分利用了焊接温度对铜管的软化效果；6、模具冲头阶梯布置，由小到大排列的数个冲头布置在焊接芯棒的后侧，连续多次逐步将铜管管壁扩张使缩口端的铜管紧贴铝管内壁，接头处内径尺寸与铝管的内径接近。

由于如前所述铜管缩径后的直管状管壁很薄，所以缩口处管路铜铝结合部台阶并不明显，管路直径最细段即焊接接头的管路接头内径与铝管的内径差别很小，最大程度的保证制冷剂流量，并提高接头弯曲性能，满足后续加工工艺的要求。

为了进一步提高焊接质量，可以在铜管焊接部位的收口端内部预设一个金属芯棒，该金属芯棒镶嵌在扩口模具长芯轴的前端。该芯棒有三个作用，在焊接过程中支撑铜管，防止铜管在高压下失稳；吸收热量防止铜管温度过高在焊缝中产生铜铝共晶组织；在芯棒的支撑作用下，铜管在向铝管内部推进的过程中将铜铝共晶组织从焊缝中完全挤出。在焊接前将铜管与金属芯棒一起沾清洁水使清水吸附在金属芯棒与铜管之间，可增加铜铝焊缝冷却效果。

本发明焊接质量好，熔合面宽，尽管采用了套接式接头结构，但接头处的内外管径可以做到与铝管的基本相同，提高了接头弯曲性能，保证了制冷剂流量及其后续加工结构要求。因此，本发明可以用于对接头弯曲性能、接头致密性、清洁度要求高、以及对流量和内径有特殊要求的制冷管路。

                    附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

图1焊接方法示意图

图2铜铝管焊接接头示意图。

其中1铜管  2长芯轴  3移动电极  4铝管  5固定电极  6锥形贴合面

                      具体实施方式

本发明的一种优选方案如下：

如图2，外径与铝管4相同或相近的铜管1缩口后插到铝管中进行焊接，形成铜管在内、铝管在外的锥形贴合面6，实施本发明后，该锥形贴合面6处没有铜铝共晶组织，构成的焊接接头的管路内径φ1与铝管2的内径φ2直径差小于2mm。

如图1加工工艺步骤：取铜铝管各一个，首先将铜管1管端的焊接部加工成管壁很薄的缩径阶梯管状，铝管4保持原状，将铜管1放置在可移动电极组3中，用高压气缸固定铜管1，将铝管4放置在固定电极组5中用高压气缸固定铝管4，助推气缸将带有铜管1的移动电极组3推向铝管4，利用铜铝两种材料在硬度上的差异，借助于铜管1插入铝管4时的高压作用，将铝管4内表面的氧化物清理干净，同时通电对锥形贴合面6进行电阻加热，边加压边加热，铜管1在这个过程中不断向铝管4内部移动，焊接过程工件位移距离可超过5mm，产生的铜铝化合物(共晶组织)被高压挤出，避免脆性组织对接头的影响，形成铜铝组合管路的焊接接头。利用焊接热量软化铜管，以及高温状态下焊缝塑性好的条件，焊接后瞬间对焊接接头内部的缩径铜管扩口，形成接头处内径尺寸φ1与铝管的内径φ2接近。由于如前所前所述铜管缩径后的直管状管壁很薄，所以加工后的管路内部铜铝过渡部位平整光滑，即锥形套接面接头的管路内径φ1与铝管的内径φ2差别小于2mm，以充分保证制冷剂流量以及后续加工工艺的要求。

扩口是在焊接机上进行的，焊接前在铜管内部装一个长芯轴2，长芯轴的头部由从小到大排列的四个球型冲头组成，芯轴的尾部悬挂在焊接机辅助顶推汽缸的气缸杆上，铜铝接头在电极汽缸的作用下，保持电极对工件的压力，焊接断电后辅助顶推汽缸立即往返工作一次，对接头内孔进行连续冲扩，完成对接头的最终加工。

本发明选用铜管1的外径和铝管2可以相同，也可以略有不同，由于采用了插接式焊接接头，本发明也克服了传统方法对铜铝管路材料壁厚的限制要求。

因此可以广泛地应用在空调器、冰箱、冰柜、展示柜、饮水机、去湿机等对制冷管路直径和制冷剂流量有特殊要求的制冷产品中。