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薄壁銅管的釬焊連接

查看：1600 　發稿日期：2016-01-13 19:47:56

薄壁銅管在國內建筑工程中的應用已有二十余年的發展歷史，與薄壁銅管同步發展的釬焊連接技術也日益完善，釬焊連接用的各類管件也由依賴進口，發展到目前不僅有了相應的國標與行標的管件產品標準，全部實現了國產化，并已具有了一定的加工出口的能力，向國標市場供應管件產品，為國內薄壁銅管的釬焊連接在建筑工程中的廣泛應用，提供了堅實的物質基礎。
薄壁銅管的連接，較難實施對接熔焊，較簡易的連接方法是搭接釬焊，而銅管與其他金屬管道相比，其釬焊的焊接性是最好的，既可實施低溫的軟焊接，又可實施高溫的硬焊接，能選用的釬料種類很多，且釬焊工藝優良，操作簡便。因此，釬焊連接方法成了薄壁銅管連接的主要手段。
薄壁銅管釬焊，雖有許多種釬料可供選用，但考慮到建筑給水管道的衛生要求，以及實際施工的方便可靠，目前薄壁銅管應用最成熟的釬焊方法為：采用銅磷釬料或低銅磷釬料的銅磷硬焊接，以及小口徑銅管采用無鉛錫釬料或無鉛錫銀釬料的錫軟釬焊兩種，為了便于對薄壁銅管的釬焊連接有一較全面的了解，現將銅管的釬焊連接方法介紹如下：

   一、銅管釬焊的原理

釬焊是利用熔點比母材低的釬料和母材一起加熱，在母材不熔化的情況下，釬料熔化后潤濕并填充進兩母材連接處的縫隙，形成釬焊縫，在縫隙中，釬料和母材之間相互溶解和擴散，從而得到牢固的結合。
銅管的釬焊就是將銅管、銅管件與熔點比銅低的銅磷釬料或錫釬料一起加熱，在銅管、銅管件不熔化的情況下，加熱到釬料熔化，然后使熔化的釬料填充進承插口的縫隙中，冷卻結晶形成釬焊縫，成為牢固的接頭。銅管釬焊時，承插口的間隙是較小的，釬料需通過毛細管的作用才能進入釬縫間隙，而毛細管作用只能在液體釬料能潤濕銅表面時才形成，否則液體釬料會在表面張力作用下，團聚成球狀，即形成不潤濕現象。因此液體釬料對銅表面的潤濕是釬料能否流人釬縫和填滿釬縫的關鍵。實踐經驗告知，影響釬料對銅表面潤濕的因素，首先是釬料的成分，其次是銅表面的氧化物。現今采用的銅磷釬料與錫釬料對銅都具有相當好的潤濕性，因此，銅表面的氧化物是影響潤濕的主要因素，銅表面的氧化物會妨礙釬料的原子與銅直接接觸，使液體釬料對銅表面形成不潤濕，因此銅管釬焊時，必須清除銅管與銅管件釬焊面表面的氧化物，包括釬焊過程中產生的氧化物，才能使釬料對銅表面保持必要的潤濕性，常用的方法是，釬焊前用機械方法將焊接面的氧化物去除，然后再選用合適的釬劑來有效清除釬焊過程中產生的氧化物。以上所述為銅管釬焊的簡單原理，只要按釬焊原理的要求實施釬焊，銅管釬焊的質量是有保證的。事實證明，銅管的釬焊技術簡單方便，稍有施工經驗的施工人員，只要經短期的培訓，就能掌握銅管的釬焊技能。

二、銅管的釬焊方法

1、銅管的銅磷釬焊
   銅管的銅磷釬焊屬于硬釬焊，接頭程度高，耐溫性好，適用于各種介質的大小口徑銅管的釬焊連接，但由于銅磷釬料的熔點在710℃以上，含5%銀的低銀銅磷釬料的熔點也在640℃以上，釬焊溫度高，必須采用氧－乙炔火焰或氧－丙烷火焰作為熱源，才能滿足釬焊溫度與熱功率的需要，特別是大口徑銅管釬焊時，還需要配備兩把氣焊槍，由兩名操作人員同時加熱，才能控制好接頭處的加熱溫度及接頭處環向與長度方向的溫度均勻，才能使熔化后的釬料均勻地填滿釬縫，保證釬焊質量。
   銅管采用銅磷釬焊，不僅釬料對銅管及管件具有相當好的潤濕性，并且釬料中的磷能有效去除釬焊過程中產生的氧化物，使釬料始終對銅表面具有足夠的潤濕性，因此，銅管與紫銅管件釬焊時，只需釬焊前將銅管及管件釬焊表面的污垢及氧化物清除干凈，就可直接裝配釬焊，不用添加釬劑，操作簡單方便。只有銅管與黃銅管件釬焊時，才需在黃銅側刷涂或添加釬劑，以去除黃銅側產生的鋅的氧化物，使釬料對黃銅表面保持必要的潤濕性，確保釬焊質量。
   銅管采用低銀銅磷釬料釬焊與無銀銅磷釬料釬焊相比，具有釬焊溫度低，釬料流動性好，質量更易控制等特點，使釬焊的操作更便捷，功效更高。雖釬料的成本會略有提高，但質量與功效的提高降低了人工消耗，對工程總體成本的影響不大，特別是在小口徑銅管釬焊中采用低銀銅磷釬料更顯其合理性。
2、銅管的錫釬焊
銅管的錫釬焊屬于釬焊溫度較低的軟釬焊，錫釬料的熔點均在300℃以下，加熱方便，但其接頭的釬接強度較低，且耐溫性較差，主要用于φ2〃以下以水為介質的銅管中。
錫釬焊可采用氧－乙炔火焰或氧－丙烷火焰作熱源，也可采用丙烷－空氣火焰或電加熱作熱源，均能滿足錫釬焊溫度與熱功率的要求。
銅管采用錫釬焊，雖然錫釬料對銅具有較好的潤濕性，但銅表面的氧化物會妨礙錫釬料的原子與銅直接接觸，即對銅表面形成不潤濕。因此，錫釬焊時，不僅焊前需將銅管及管件釬焊面的污垢及氧化物清除得非常干凈，還必須添加釬劑來清除釬焊過程中產生的氧化物。錫釬焊與銅磷釬焊相比，最大的差異除了釬焊溫度不同外，主要是錫釬料對銅表面的潤濕以及與銅表面的結合，必須由釬劑來協同完成，就是必須有釬劑在前面流動去除釬焊面的氧化物，錫釬料在后面及時地與潔凈的銅表面完成相互溶解和擴散的釬焊連接，否則，錫釬料與銅表面見會形成偽焊。因此，錫釬焊時，雖釬焊溫度低，加熱方便，但對釬焊面的清潔度要求更高，對操作人員的技能，即操作熟練程度與溫度控制能力要求更嚴。
      銅管的錫釬焊目前有兩種連接方式，一種是采用常規的承插式銅管件，釬焊時由操作人員從管外側添加釬料填入縫隙形成釬焊接頭。另一種是采用帶有錫釬料環的特殊銅管件，該管件在生產時，于管件承口處內側壓制有一條環形凹槽，并在槽內澆鑄好與管件內壁齊平的錫釬料，釬焊時，操作人員不需再添加釬料，只要對接處實施加熱，待管件凹槽內釬料溶解后填入接頭縫隙，形成釬焊接頭。銅管錫釬焊時應選用無鉛錫釬料，以防止污染水質，并不得使用對銅有腐蝕的含氨釬劑。

   三、銅管釬焊的操作程序

1、將銅管接頭處的外表面及管件接頭處的內表面的氧化膜清理干凈。
2、在清理干凈的管子外表面及管件內表面處均勻涂刷糊狀或液體釬劑，采用銅磷釬料或低銀銅磷釬料釬焊銅管與紫銅管件時，可不涂釬劑。
      3、將銅管插入管件中，插到底并適當旋轉，以保持均勻的間隙，若涂有釬劑，應將擠出接縫的多余釬劑用清潔抹布抹去。
4、用氣體火焰對接頭處實施均勻加熱，直至加熱到釬焊溫度，錫釬焊時，也可用電加熱將接頭處加熱到釬焊溫度。
5、用釬料接觸被加熱到高溫的接頭處，以判定接頭處溫度，若釬料不熔化，表示接頭處溫度尚未達到釬焊溫度，需繼續對接頭進行加熱，若釬料能迅速熔化，表示接頭處溫度已達到釬焊溫度，即可邊繼續對接頭加熱，以保持接頭處的溫度在釬焊溫度以上，邊向接頭的縫隙處添加釬料，利用接頭處的熱量將釬料熔入縫隙，直至將釬縫填滿，切忌用火焰直接熔化釬料涂于縫隙表面。
   6、移去熱源，停止加熱，使接頭在靜止狀態下冷卻結晶，防止熔化釬料冷卻結晶時受到振動而影響釬焊質量。
   7、將釬焊接頭處的殘渣清理干凈，必需時可刷涂清漆保護。
   總之，薄壁銅管釬焊連接是一項成熟的連接工藝，操作簡便，質量可靠，并適宜暗埋敷設。因此，在銅管工程中，釬焊連接是最常用的連接方法。隨著薄壁銅管應用的快速發展，適用于不同場合不同需要的銅管連接方法也日益增多。例如：小口徑銅管的連接有卡套式連接，還有卡壓式連接，還有插接式連接，大口徑銅管的連接有銅法蘭連接，有松套法蘭連接，還有溝槽連接等等。相信，這些連接方法會與釬焊連接方法一樣，在銅管工程中得到應有的應用。有關這些連接方法的具體內容，將另文介紹。

釬焊連接

1、釬焊的原理與特點
A、釬焊的定義
釬焊是利用熔點比母材低的釬料和母材一起加熱，在母材不熔化的情況下，釬料熔化后潤濕并填充進兩母材連接處的縫隙，形成釬焊縫，在縫隙中，釬料和母材之間相互溶解和擴散，從而得到牢固的結合。
釬焊按所用釬料熔點的高低不同，可分為兩大類，一般以450°C為界，釬料熔點〈450°C的釬焊為軟釬焊，釬料熔點〉450°C的釬焊為硬釬焊。軟釬焊操作簡單，便于掌握，但其接頭的釬接強度較低。硬釬焊與軟釬焊相比，具有較高的釬接強度，但其操作稍有難度，需要一定的實踐經驗。

B、釬焊的特點
釬焊與熔化焊相比有明顯的不同，首先，釬焊時母材不熔化，而只有釬料熔化，其次在釬焊接頭中，釬料成分和性能與母材有著明顯的差別，熔化的釬料需靠毛細管作用填充親接頭的縫隙，并通過接頭的搭接面積來提高其承載能力。釬焊的主要特點是加熱溫度較低，焊件的組織和機械性能變化較小，接頭平整光滑，變形不大，且可連接不同材料，生產效率高等。因此
在銅管施工中，釬焊得到廣泛的應用。但釬焊接頭的強度直接受接頭裝配縫隙大小的影響，有試驗資料證明，釬焊接頭的強度會隨著裝置縫隙的增大而下降，且縫隙的大小還影響毛細管作用與釬著面積，因此釬焊接頭裝配時，應保持均勻而嚴格的縫隙，以確保釬焊接頭的質量。

C、釬焊接頭的形成過程
釬焊接頭的形成過程是：母材及釬料被加熱到釬焊溫度，釬料熔化后流入接頭的縫隙，同時與母材發生相互作用，形成新的合金，然后在釬縫中冷卻結晶，形成釬焊接頭。因此要得到牢固的接頭，其關鍵是熔化的釬料要能很好的流入縫隙填滿釬縫，且能與母材相互作用并冷卻結晶。
釬焊時，釬縫的間隙是較小的，釬料需在毛細管作用下在釬縫中流動，而毛細管作用只有在液體釬料能潤濕母材表面時才形成，因此液體釬料對母材的潤濕性是釬料能否流入釬縫和填滿釬縫的關鍵。實踐經驗告知，影響釬料對母材潤濕性的因素，首先是釬料和母材成分的影響，只有液體釬料能與母材相互溶解或形成化合物時，釬料才能較好的潤濕母材，因此必須選擇合適的釬料，使液體釬料能對母材具有足夠濕潤性。銅管釬焊選用的錫釬焊料、銀釬焊料、銅磷釬焊料對銅都有相當好的潤濕性。其次是母材表面氧化物的影響，金屬表面的氧化物妨礙了釬料的原子與母材直接接觸，使液體釬料在表面張力作用下，團聚成球狀，形成不濕潤現象。因此釬焊時應清除母材表面的氧化物，包括釬焊過程中產生的氧化物，使釬料對母材保持潤濕性。常用的方法是選用合適的釬劑來有效清除氧化物。

2、釬料和釬劑的種類和選用

A、釬料的種類和選用

釬料又稱焊料，是釬焊時在低于母材熔化的溫度下熔化并填充進釬焊接頭的金屬或合金。用于銅管釬焊的釬料有如下幾種：
1）錫釬焊料錫釬焊料主要由錫鉛、錫銻、錫銀等合金組成，屬于軟釬焊料，具有釬焊溫度低，潤濕性好，操作方便等特點，但接頭強度低，耐溫性較差，主要用于2”以下小口徑銅水管的釬焊。
a）錫鉛焊料，最常用的是錫鉛各占50%的錫鉛焊料，其熔化溫度為210°C，凝固溫度為183°C。由于焊料中過量的鉛會影響管內水質，故在生活用供水管道中不宜使用，可用于排水管道。
b)純錫釬料，一般將含錫量大于90%的錫釬焊料稱為純錫釬料。但高純度的錫不能用作釬料，因為純錫在常溫下為白色，一旦溫度降到足夠低時就會轉變為灰色，體積增大約25%，會使白色的錫變成灰色的粉末，俗稱“錫疫”。因此純錫焊料必須加入3~5%的銻，或適量的鉛防止錫疫”。其熔化溫度為222°C，凝固溫度為183°C，是目前銅水管首選的錫釬焊料。
c)錫銀釬料，是由96%的錫和4%的銀組成的合金，其熔化溫度為225°C，凝固溫度為221°C，由于銀的假如，提高了釬料的耐熱性及釬接的強度，是銅水管釬焊較理想的錫釬焊料。特別市凝固溫度的提高，在相鄰近接頭需先后釬焊時帶來便利，可在先焊接頭中采用錫銀釬料，后焊接頭中采用純錫釬料，避免了后焊接頭加熱溫度對先焊接頭產生不利影響。

2）銀釬焊料銀釬焊料主要由銀銅、銀銅錫、銀銅鋅等合金組成，屬硬釬焊料，具有釬焊接頭強度高、潤濕性好等特點，但釬焊溫度高，操作有一定難度，主要用于2”以上大口徑銅管及對質量要求與釬著率要求較高的釬焊接頭。

3）銅磷釬焊料銅磷釬焊料是由銅磷二元合金組成，屬硬釬焊料，由于磷可以還原氧化銅，因此采用銅磷釬焊料釬焊紫銅時不需另外加釬劑，釬焊工藝性能好，且價格便宜，因此在不宜用錫釬焊料的銅管釬焊中得到廣泛應用。

B、釬劑的種類和選用
釬劑又稱釬焊溶劑，其主要作用是清除母材及釬料表面的氧化膜，抑制母材及釬料在釬焊過程中再氧化，從而改善釬料對被釬焊材料的潤濕作用。因此釬劑除了應具有足夠的去除母材與釬料表面氧化膜的能力外，釬劑的熔點及最低活性溫度應低于釬料的熔點，并在釬焊溫度范圍內具有足夠的穩定性，熔化成液體的釬劑對母材應具有足夠的潤濕性且比重小于液體釬料。用于銅管釬焊的釬劑有如下幾種：
1）錫釬焊用釬劑錫釬焊可使用松香等有機類釬劑。但其活性較差，較難適應銅管釬焊的要求。因此銅管錫釬焊時，多采用由氯化鋅等無機鹽類組成的無機類釬劑。常用的有市場供應的焊錫膏及液體釬劑，也可自行配置。

2）銀釬焊用釬劑銅管銀釬焊時，必須采用市場供應的瓶裝粉狀銀釬焊專用的釬劑。可直接使用，也可調制成糊狀后使用。

3）銅釬焊用釬劑采用銅磷釬料焊紫銅時，一般可不用釬劑。但紫銅管與黃銅等銅合金釬焊時，還需采用銅釬焊用釬劑，銅釬焊用釬劑的主要成分為硼砂，可采用市場供應的瓶裝銅焊粉，也可自行配置，使用時宜調制成糊狀。

3、銅管釬焊連接的種類和應用

A、銅管的錫釬焊連接
銅管的錫釬焊連接屬軟釬焊，雖釬焊溫度低，操作簡單，但其接頭強度較低，且耐溫性較差，因此主要用于2”以下介質為水的管道中，例如冷熱給排水管及空調水管等。
1）普通焊接式釬焊時需要由操作人員從管道外側添加焊料并溶入縫隙，冷卻結晶后形成釬焊接頭。釬焊接頭的質量需由操作技能要保證。
2）內置錫環式內置錫環式管件是在生產時，于管件的套管處內側壓制一條環形的凹槽，并在槽內澆鑄好與管件內壁平齊的錫釬焊料，釬焊時，不需要添加焊料，只需對接頭處實施加熱，加熱方式可采用常規的火焰加熱方法，也可采用電加熱法，即采用專用的電加熱夾持于接頭處，然后通電加熱，使管件凹槽中的錫釬料環溶解后填入接頭處縫隙，冷卻結晶后釬焊接頭。釬焊接頭的質量容易保證，操作技能要求較低，但成本較高。

B、銅管的磷銅釬焊連接
銅管的磷銅釬焊連接屬硬釬焊，接頭強度較高，耐溫性較好，適用于各種介質的大小口徑銅管的釬焊連接，但其釬焊溫度較高，對操作技能的要求較高。因為釬焊時，接頭處的溫度直接影響磷銅釬料對銅管的潤濕性，以及釬料在釬縫中的流動性，特別是大口徑銅管的釬焊時，要使磷銅釬料能較好地溶入釬縫，必須控制好接頭處的加熱溫度，并能保持好接頭處的環向與長度方向溫度的均勻，若出現局部溫度的過熱或過低，均會影響接頭中釬料的流布，從而影響釬焊接頭的質量。

C、銅管的銀釬焊連接
銅管的銀釬焊連接屬硬釬焊，接頭強度較高，耐溫性較好，同樣適用于各種介質的大小口徑銅管的釬焊連接，雖其釬焊溫度較高，操作也有一定難度，但與磷銅釬焊連接相比，在相同的釬焊條件下，銀釬焊料具有更好的潤濕性與流動性，能較易熔入與填滿釬縫，從而使釬焊接頭的質量更容易得到保障。

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