制冷电器用铜铝管焊接技术研究

段斌

在铝管两端各焊接-段铜管即为铜铝管。2007年，制冷行业引发空调内外机连接管材料铜管好，还是铜铝管好的争论。铜铝管是黑心管还是新技术，企业、专家说法不-。实际上，早在20世纪80年代，铜铝管就在国内开始应用，但没有成为关注焦点，其主要原因是铜、铝原材料价格差别不大。但自从2004年以来，受国内外各种因素影响，铜原材料价格大幅上涨，已从2004年的2～3万元吨提高到2006年初的4.5万元吨，年中最高接近8.5万元吨，现维持在6.5万元吨左右。企业为降低生产成本，提高市场竞争力，开始关注采用铜铝管代替铜管，从而引发了铜铝之争。铜铝管不仅应用于空调的连接配管，也应用于冰箱、空调的冷凝器和蒸发器（俗称两器）。

铜铝管的制造方法通常可分为焊接和非焊接两种，其中焊接方法有摩擦焊、储能焊、闪光焊、电阻焊、钎焊及超声波焊接等，非焊接方法有洛克环、丝扣及胶粘轧压等。本文主要介绍铜铝管焊接技术的研究历程，力争使读者能够全面了解铜铝管技术。铜铝管接头形式铜铝管是全铜管的替代产品之-，采用铜铝管既可以节省成本，又不影响原来全铜管的连接方式。铜铝管接头的形式主要有直管对接、扩口管插接、缩口管插接和缩口管搭接4种（见图1）。直管对接时，铜铝管接合面积小，容易出现泄露。扩口管插接时，铜铝管接合面积虽然大了，但焊接时顶锻力较小，仍然易漏，这种接口又叫做铜包铝接头。

缩口管插接时，将铜管缩口，焊接时顶入铝管，形成接合面，此时连接较牢固，这种接口可叫做铝包铜接头。空调用铜铝连接配管外部要加套保护管，防止腐蚀，从而出现了中的缩口管搭接形式。若暂不考虑焊接质量，评价铜铝管的指标应该是铜管与铝管的直径与壁厚以及铜管缩口处的内径。不难理解，外径-样时，管壁越薄越容易出现渗漏，管壁越厚制冷剂流量越小，壁厚-般为0.6～1.5mm；铜管缩口处的内径越小，制冷剂流动越困难，所以铜管缩口处的内径与铝管内径越接近越好。

1 爆炸焊

爆炸焊是利用炸药爆炸产生的冲击力造成焊件的迅速碰撞，实现连接焊件的-种压焊方法卜8j。图1.1给出了铜铝管的爆炸焊示意图。1984年，电冰箱用铜铝连接管的爆炸焊技术通过湖南省冶金厅和机械厅的鉴定19]。陈勇富等对接头采用扩口插接形式进行了研究，焊接规格为铜管甲8mmx1mm，铝管甲8mmx1.8mm。焊接时，将小型特种低爆速炸药装人铝管的端口处，再插上铜管，-同放在模具中而后引爆，模具将使铜铝管接头成型。铜铝管的爆炸焊生产效率较低，通常-个工人-班只能生产400支；爆炸又发出噪声距爆炸点Zm处的噪声为98dB，距厂房Zm处为78dB。

2 摩擦焊

摩擦焊是利用焊件表面相互摩擦所产生的热，使端面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的-种压焊方法。给出了铜铝管的摩擦焊示意图。1984年，冶金部建筑研究总院与北京顺义制冷设备配件厂采用摩擦焊方法焊接甲8mmx1mm的铜铝管，并通过技术鉴定。谢坚等1.21对接头采用直管对接形式进行了研究，铜铝管规格均为甲8mmx1.8mm。焊接采用高速低压焊接规范（速度达1500rmin，摩擦压力为4kg焊接时，旋转端夹持铜管，固定端夹持铝管，摩擦升温后立即刹车顶锻，完成焊接。

3闪光对焊闪光对焊是将焊件装配成对接接头，接通电源，并使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热接触点产生闪光，使端面金属熔化，直至端部在-定深度范围内达到预定温度时，迅速施加顶锻力完成焊接的方法睁81。闪光对焊先通电后接触，而电阻对焊则是先接触后通电。给出了铜铝管的闪光对焊示意图。朱燕萍等介绍了电冰箱铜铝接头的直流闪光焊，其中铜铝管规格均为甲8mmx0.8mm。焊接时的二次顶锻能将高温形成的仁（CugA14）相挤出，焊接后加工去除，外形与电容储能焊相同。郭顺祥了介绍了蒸发器用铜铝管接头闪光焊接技术，使用的焊机是意大利产T8用型铜铝管焊机，焊机容量25kvA，铜铝管规格均为甲8mmx1mm，并说明焊接温度要低于共晶点548e，控制在470-500e之间。砰

4 电容储能对焊

电容储能对焊是利用电容贮存电能，然后迅速释放进行加热完成点焊的方法。给出了铜铝管的电容储能对焊示意介绍了冰箱用铜铝管接头的简易电容储能焊，其中铜铝管规格均为甲8mmx1mm和甲8mmx1.8mm。焊接过程手动操作，虽然焊接设备成本低，但焊接过程随机性较大。

5 超声波钎焊技术

日本于1977年研究了铜铝管的超声波钎焊技术1，6]，以铜包铝0接头形式，焊接甲5.75mm，甲7.4mm的铜管和甲6mm，甲8mm的铝管。焊接时，先将铝管外部涂上钎料，而后插人铜管扩口，并采用超声波在铜铝接合处产生高温，使钎熔化，冷却后即形成铜铝管焊接接头，最后喷环氧树脂预防腐蚀。图1.5给出了铜铝管的超声波钎焊示意图。

6 电阻对焊

电阻对焊是将焊件装配成对接接头，使其端面紧密接触，利用电阻热加热至塑性状态，然后迅速施加顶锻力完成焊接的方法。图1.6给出了铜铝管的电阻对焊示意图。赵越等研究了壁厚为0.5-1.25mm的铜铝管电阻焊工艺，并提出了无铜铝共晶组织的焊接接头。实际生产中，铜铝管大多采用插人式的连接方法。目前，国内外均认为，电阻对焊是铜铝管焊接中较好的方法。

7钎焊钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与毋材相互扩散实现连接焊件的方法。赵越对冰箱管路系统铜-铝管钎焊进行研究，焊接规格为铜，6mmx0.75mm，铝管甲8mmx1mm。提出采用锌福钎料进行焊接较好，但重金属锅不利于环保，将来可采用8n-Zn-Cu系列钎料代替。

8 高频诱导加热焊

高频诱导加热焊是利用超声波的高频振荡能够对焊件接头进行局部加热和表面清理，然后施加压力实现焊接的-种压焊方法给出了铜铝管的高频诱导加热焊示意图。1988年，日本出现了高频诱导加热焊技术，采用特殊的铝夹铜0型式接头，可焊接甲8mmx1mm的铜铝管。焊接中先将铜铝管施加轴向预压力，再利用15kw和200kHz的高频涡流使接合处瞬时达到铜铝的共晶接合温度，发生共晶反应，同时施加二次压力，将铜铝共晶液体挤出接合面，而后停止加热并冷却。1998年至2001年，日本出现了铝包铜0的接头形式的高频加热焊接120-21]，规格

为铜管甲8mmx0.6mm，铝管甲8.Zmmx0.6mm。

9冷压焊冷压焊是在室温下对接合处加压使之产生显著变形而焊接的固态焊接方法。早在1972，前苏联研究人员就曾经介绍过铜铝管冷压焊技术。

（10）磁力脉冲焊磁力脉冲焊是依靠被焊工件之间脉冲磁场相互作用面产生冲击来实现金属之间的连接。磁力脉冲焊在焊接时，贮存在电容器组中的电场能，通过开关迅速向磁场线圈放电，形成持续10-20娜高达400MPa的电磁压力，使管材在径向产生作用力，以极大速度（可达300m8）向管内碰撞，实现管材的搭接焊接。前苏联研究人员到于1895年介绍了铜铝管的磁力脉冲焊接，试验条件下电场能在2.7-2.gkJ时焊接质量较好并指出铜铝结合面的最佳情况是脆的共晶组织刚刚出现的时候。