管路件自动送丝钎焊设备技术研究

1国内钎焊技术背景

目前国内的管路件钎焊工序大部分采用手工焊接,很难保证产品质量的稳定性,并且伴有劳动强度大、职业损害、技能工需求大等不利因素。随着高性能产品的需求和技能工短缺,相关行业对自动送丝钎焊设备需求量日益迫切。国外欧美、日韩企业的自动送丝焊接机应用已有近二十年的历史,因其整套机组价格昂贵,且焊接系统对供气压力及稳定性求较高,制约了其在国内焊接行业的推广应用。
空调行业送丝焊接技术主集中于截止阀、四通阀、储液器、管接头等配套产品,所生产管路件、品种多、形状复杂、单品种的产量不大,导致设备夹具复杂而且更换频繁,对设备自动化的柔性求较高。工艺、工装、产量、种类等是影响管路件是否采用自动化焊接首考虑的因素。
目前国内转盘式送丝焊的节拍是10秒左右,其焊接是送丝焊、手工补充焊综合实现,焊丝是用圆形焊丝有磷焊丝;火焰焊接的焊枪都是连续移动式的,模拟人手工焊接;工件进入火焰前是由人工刷助焊剂。

2空调行业送丝焊的研发方向

2.1操作员经过简单的培训即可上岗装、卸工件,其余过程实现自动化,解决钎焊技术对技能工的需求,降低劳动强度。
2.2保证焊接质量的稳定性;焊接效率至少提高1倍,以减员增效。
2.3采用的多工位火焰钎焊机,通过更换不同的夹具,即可进行不同工件的钎焊;适用于铜、铝、铁、不锈钢等不同材质工件的批量连续钎焊生产。
2.4检验技术求材质破坏耐水压力不小于10MPa。焊料融入深度达配管长度的80%以上,无虚焊、沙眼、气孔、假焊等现象。

3直线式自动送丝钎焊机技术研究

此种机型适应多品种小批量的管路件焊接,只设定好工艺参数,便可实现自动火焰加热、填充焊料、焊接工件等到过程。同时,1名操作员可同时操作2台以上设备,该机种单机焊接时间和人工焊接大致相当,但相同的工作量人工焊接却需用4人,人均生产率提高到原来的2倍以上,机组造价相对较低。
3.1.1火焰供气系统设燃气减压器和氧气减压器,以稳定工作压力;燃气回路中配置气体混合装置,以减少燃气流量的波动;每支火焰供气系统单独采用流量计控制,系统中加入雾化钎剂发生装置;关火时时采用氮气灭火,清除管内可燃气体,防止回火;每组焊枪装置的燃气入口配置有回火防止器;设有单独燃气控制柜。
a采用液化气(丙烷)作燃烧气体,液化气经过液化气管道——回火防止器——球阀——压力开关和压力表——过滤器——减压阀和减压表——电磁阀——流量计——回火防止器——混合器(与氧气)——焊枪。
b采用氧气作助燃气体,氧气经过氧气管道——球阀——压力开关和压力表——过滤器——减压阀和减压表——流量计——电磁阀——回火防止器——混合器(与液化气)——焊枪。
c用氮气作保护气体,氮气经过氮气管道——球阀——压力开关和压力表——减压阀和减压表——电磁阀——接通工件内部进行保护,(另外氮气在减压阀后分路流入助焊剂通道和流入燃气管道进行灭火保护)。
d采用空气带动气缸运动,经过气源处理装置——电磁阀——单向截流阀——32作气缸。
e冷却水经过进水管——球阀——减压阀——针阀——电磁阀——冷却工件——回水管。
3.1.2焊枪装置运行系统焊枪加热装置均采用气缸带动上下升降,微型电机带动微摆。每组焊枪装置有若个焊嘴,多嘴焊枪与焊枪混合体及焊嘴与多嘴焊枪均采可拆卸连接方式。
焊枪采用两个气缸移动焊嘴的位置,在固定焊枪的装架中,可以调节焊枪的位置,以便通过气缸移动后能准确定位(采用夹紧装置实现两枪距离的前后和水平旋转以及水平移动的调节,可实现焊枪每排整体式倾斜角的调节,在调节的方向上安装刻度尺,以便掌握针对不同型号时的调节参数),焊枪的数量可以根据不同的工件规格而确定。
3.1.3送丝系统设有两台自动送丝机。送丝枪上下采用气缸线性滑块完成送丝枪前进后退动作,各送丝位置空间、送丝量及送丝速度可调,送丝等待时间和送丝量由人机界面设定。
焊丝通过焊丝盘——矫直滚轮(3个)——伺服电机带动滚轮(两个)传送焊丝(两根)——弹簧钢丝护管——耐高温钢管——气缸带动耐高温头装置(焊丝头装置可以进行高低、前后的调节)进行送丝定位。送丝速度在1.5~16m/min(焊接铜管时1.8m/min,直径1.6mm较合适),焊丝主采用铜磷焊丝BCU93P(焊接管径较小的)、BCU91PAg(2B)(焊接管径较大的,加助焊剂增加流动性和降低铜管氧化),后者的流动性大于前者。对于紫铜对接可以不助焊剂,助焊剂采用气体助焊剂(Flux),焊接铜与黄铜时用焊粉。气体助焊剂通过氮气管带动助焊剂实现焊接(需助焊罐),如用液化气来带动助焊剂,需经常用气体来清理液化气管道以防液化气管道易堵,该结构比较简单,减少控制部分,但很容易堵塞液化气管道。
3.1.4点火系统由一个电磁阀、喷头、管路(液化气)、高压脉冲发生器、电极、及控制器组成。通过电子打火,利用液化气引燃并吹向焊枪点火。
3.1.5空气冷却系统压缩空气开关均有电磁阀控制,大小采用减压器调节。
3.1.6控制系统程序控制、设定参数及故障显示采用PLC和人机界面,并有燃气、氧气、氮气及压缩空气压力不足和无焊丝等报警系统。

3.2焊机循环工艺流程
人工放料-自动点火-气缸移动焊枪到工件配管处下方-强火加热-焊枪上移到配管上方采用弱火进行加热(火焰转变自动实现,同时气缸带动焊丝前进到焊接位置)-焊枪移开、焊丝退-水冷却-下料)。
在焊接前可设置焊枪的两个气缸(上下、左右移动)的时间、送丝气缸移动的时间、强火时的液化气和氧气的流量、弱火时液化气与氧气的流量、强弱火之间转换的时间、送丝电机的转速以及开始送丝的时间,通过程序控制流量计对煤气管道和氧气管道实现两种不同的流量,在强火、弱火之间转换。通过触摸屏在安全比例范围内调节液化气与氧气的混合比,混合比超出安全比例范围时,自动灭火停机。求液化气与氧气有一路压力低于设定值时,烽鸣器自动报警(压力开关控制),焊枪熄灭。
3.3自动焊接机工艺求
液化气压力0.007~0.1MPa;
氧气压力0.3~0.8MPa;
氮气压力0.05~0.3MPa;
空气压力0.4~0.8MPa;
液化气与氧气流量混合比12.3左右;
母材紫铜T2M、TP2M、黄铜HPb59-1;
配管单面间隙0.05~0.15mm;配合间隙0.13~0.25mm;
钎料BCu93P间隙0.03~0.08mm较好,BCuglPag间隙0.06~0.13mm较好;固相710℃

、液相800℃焊丝直径1.0~1.6
紫铜黄铜钎料为HARRIS0(AWSBcuP-2),钎剂为硼砂(YJ1)
气体助焊剂可防止铜管表面氧化及有钎剂作用,推荐使用(Flux)
熔化温度BCu93P(或BCuP-2)710-800℃硼砂(YJ1)741℃
钎焊温度820-860℃(铜管为浅红色)

3.4主工艺参数对质量的影响
送丝焊接的铜管尺寸、壁厚差、焊嘴规格、焊丝规格成分、燃气与氧气的流量压力参数、预热、焊接时间、保温时间、火焰加热位置等工艺参数,煤气和氧气的气源不稳定易出现过烧或熔深不足、工件晶粒粗大等质量缺陷。自动火焰钎焊时煤气和氧气流量波动范围控制±20L/埘对火焰燃烧的影响不大。

4转盘式自动送丝钎焊机技术研究

此类焊机采用转盘式布置,根据工艺需有4工位、6工位、8工位、以及12工们系列。
自动火焰钎焊机控制系统,采用PLC可编程序控制器、配以彩色“人机界面”触摸屏;通过各位置传感器实现转盘分度、火焰进退、自动送丝等动作闭环控制;各工位所有动作直接通过触摸屏进行调整;气体流量数字化显示;具有工件自动记数功能和生产过程自动监控功能。焊接时采用工件内部氮气保护、火焰加热时输出气态钎剂等先进技术,使工件不被氧化。可替代高成本焊料,流动均匀、焊区紧密,充分提高产品质量和生产效率。
该机适用于各种不同金属环缝的焊接,配置有能使焊接工件之间相对转动的工装夹具机构。可用于铜、铝类零金属管件、配管焊接中的自动钎焊。它的主特点设有装卸、预热、焊接、冷却工位;并设有工件检测装置;自动监控报警装置;预热、焊接工位采用无级调速可摆动的圆周多头火焰加热装置;具有多个工位,成本低,生产效率高,不需专业的焊接人员,应用范围广,产品合格率高。加热装置具有摆动功能,可带动火焰喷嘴进行摆动,摆动速度及摆动幅度和摆至两端的停留时间均无级可调,可满足不同工件的加热求,工位采用进口分度机构,精确、平稳、可靠;可随时输入、修改及显示焊接过程参数。
主技术指标
a.工位数工位可选(上、下件、预热、焊接、冷却);
b.焊接厚度0.5~20mm;c.焊接气源液化气或天然气、氧气、氮气、压缩空气;d.生产节拍10-20秒/件可调;e.焊料焊丝、膏状焊剂。

5结束语

自动送丝焊接机,在手动钎焊的基础上实现自动火焰加热和自动送丝焊接,在设置相关个工艺参数后,只需1名操作人员在上、下料工位装、卸工件即可。更换焊接工件时可以根据不同的工件进行焊枪和送丝机构位置的调节。此机的关键技术是多工位定位技术、气路控制技术、管路焊接工艺技术。无需人工焊接、无需手动送丝、无需套焊环,可以大大降低劳动强度,提高生产效率,而且不需焊工技能,在国内普及推广应用具有较大的市场。