CN110936042A - 一种铜管焊接装置及其焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铜管焊接装置及其焊接方法，所述焊接装置包括第一夹具和第二夹具，所述第一夹具用于装夹待焊接的第一铜管，所述第二夹具用于装夹待焊接的第二铜管，所述第一铜管和第二铜管的焊接接头处具有相匹配的承插口，所述焊接装置还包括加热线圈和送丝机，所述加热线圈环绕所述的焊接接头设置，所述送丝机采用步进电机提供动力源进行焊丝的输送，且所述焊丝接触连接有一条信号线，所述的信号线的一端与所述的第一铜管接触连接，使所述的焊丝、信号线和第一铜管之间能够构成一个闭合回路，所述的信号线还连接有PLC控制器，通过所述的PLC控制器监测所述焊丝是否与所述的第一铜管接触。本发明可按步进的方式液相输送焊丝，提高焊接质量。

Description

一种铜管焊接装置及其焊接方法

技术领域

本发明涉及一种铜管焊接装置及其焊接方法。

背景技术

制冷行业中，例如冰箱、空调等电器设备的换热管道多数为铜管，铜管焊接的连接质量一直是制冷行业关注的热点。

体现铜管接头连接质量的主要指标有：接头强度、气密性和耐腐蚀能力。铜管连接通常采用钎焊的焊接方式，钎焊是利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法，焊接过程中钎料熔化而焊件不熔化，焊接变形小，接头光滑美观。现有技术中，钎料可由送丝机送至铜管的焊接接头位置，影响铜管焊接接头的主要因素有焊接温度、送丝方法、焊丝的型号以及加热方法等。

传统的送丝机采用直流电机作为驱动单元，采用直流送丝方法焊接铜管，焊丝接触铜管时没有完全熔化，会对铜管的管壁产生压力，薄壁铜管在高温加热状态下，物理性能变差，在焊丝的压力作用下，铜管易熔蚀，导致管壁变薄，严重时焊丝会戳破铜管。另外，焊丝熔化后形成的焊料不能完全流入焊缝中，会在铜管表面形成焊瘤，焊丝与铜管接触区域溶蚀、收缩，焊接接头的熔合线长度短。以上现象对焊接接头的强度、气密性和耐腐蚀能力均有很大影响。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种铜管焊接装置。

本发明的目的之二在于提供一种利用上述铜管焊接装置进行铜管焊接的方法。

实现本发明的目的之一采用如下的技术方案：

一种铜管焊接装置，包括第一夹具和第二夹具，所述第一夹具用于装夹待焊接的第一铜管，所述第二夹具用于装夹待焊接的第二铜管，所述第一铜管和第二铜管的焊接接头处具有相匹配的承插口，其特征在于，所述焊接装置还包括加热线圈和送丝机，所述加热线圈环绕所述的焊接接头设置，用于局部加热所述的焊接接头，所述送丝机采用步进电机提供动力源进行焊丝的输送，且所述焊丝接触连接有一条信号线，所述的信号线的一端与所述的第一铜管接触连接，使所述的焊丝、信号线和第一铜管之间能够构成一个闭合回路，所述的信号线还连接有PLC控制器，通过所述的PLC控制器监测所述焊丝是否与所述的第一铜管接触，所述焊丝的输送方向垂直于所述第一铜管和第二铜管之焊接接头处的中心线，并且所述焊丝位于所述焊接接头处第二铜管的承口上方。

本发明的铜管焊接装置，利用PLC控制器和步进电机进行步进送丝，通过控制送丝长度、送丝速度、步进周期达到精准输送焊丝的目的，焊丝与待焊接铜管接触的部分一直处于液相状态，即液相送丝，降低焊丝对铜管的压力，液相送丝使得熔化后的焊丝顺畅的流入焊缝，避免焊瘤出现，降低铜管出现溶蚀、收缩的可能性。

作为本发明的优选设计，所述送丝机包括收卷轮和输送辊轮组，所述收卷轮和所述的输送辊轮组之间设置有进丝模组，所述输送辊轮组之后设置有出丝模组，所述焊丝依次经过所述的进丝模组、输送辊轮组和出丝模组。

作为本发明的优选设计，所述的焊接接头处设置有红外测温仪，所述红外测温仪连接所述的PLC控制器，通过红外测温仪监测焊接接头处铜管的温度，并将监测的温度值反馈给PLC控制器，进而控制送丝机输送焊丝的步骤。

作为本发明的优选设计，所述的焊接装置还包括用于预热焊丝的焊丝预加热模块，通过对焊丝预热，缩短焊丝与铜管接触后熔化所需的升温时间，提高焊接效率。

本发明的目的之二采用的技术方案如下：

一种利用上述铜管焊接装置进行铜管焊接的方法，所述方法包括以下步骤：

S1：将第一铜管的插口和第二铜管的承口打磨光滑，并将第一铜管的插口***第二铜管的承口内；

S2：通过第一夹具装夹第一铜管，通过第二夹具装夹第二铜管，并使装夹后的第一铜管和第二铜管在焊接接头处二者的中心线重合，所述焊接接头处即第一铜管的插口和第二铜管的承口连接处；

S3：将步骤S2中已装夹的第一铜管和第二铜管置入加热线圈内，通过所述的加热线圈对所述的焊接接头处局部加热，并监测所述焊接接头处的温度，优选地，可采用红外测温仪监测所述焊接接头处的温度；

S4：送丝机预送焊丝：焊丝的输送方向垂直于所述焊接接头处第一铜管和第二铜管的中心线，预送焊丝后焊丝前端与第一铜管的之间距离为预设距离值M1，焊丝位于所述第二铜管的承口上方，与所述第二铜管的承口距离为预设距离值M2；当焊丝熔化后即可快速流入其下方焊接接头的缝隙内，进行焊料填充；

S5：当所述焊接接头处温度值达到预设温度值T，送丝机开始输送焊丝，并在焊丝前端与第一铜管接触时停止输送焊丝，准备进入液相脉冲送丝阶段；

优选地，焊丝接触连接有信号线，所述信号线的一端接触连接所述的第一铜管，使焊丝、信号线和第一铜管能够构成闭合回路，所述信号线还连接有PLC控制器，当焊丝与第一铜管接触时，闭合回路导通，PLC控制器接收到导通信号，立即控制送丝机停止输送焊丝；

S6：液相脉冲送丝阶段：根据预设参数每段送丝长度、每段送丝间隔、每段送丝速度、总送丝段数以步进的方式输送焊丝，其中，每段送丝长度为焊丝与第一铜管接触时，通过热传导作用熔化的焊丝长度，每段送丝间隔为每段送丝长度的焊丝熔化所需时间，每段送丝速度为每段步进输送过程中焊丝的输送速度，总送丝段数×每段送丝长度＝第一铜管和第二铜管焊接所需焊丝的长度；

S7：液相脉冲送丝阶段达到预设的总送丝段数后，通过送丝机回抽焊丝，冷却第一铜管和第二铜管。

本发明的步骤S5中，预设温度值T比焊丝的熔化温度高30℃～ 50℃。

本发明具有以下显著效果：

1.本发明的铜管焊接装置和焊接方法，使焊丝与待焊接铜管接触的部分一直处于液相，消除了送丝过程中焊丝对铜管造成的不良影响，降低焊丝对铜管的压力，避免了焊丝戳破铜管，液相送丝可以得到熔合线长，组织均匀细密、孔隙率低的焊缝，提高了焊接接头的接头强度、气密性和耐腐蚀能力。

2.本发明的铜管焊接装置采用液相脉冲送丝的方法，焊丝熔化后瞬间就流入焊缝，没有焊料在焊缝外部聚集，避免焊瘤出现，也降低了对待焊接铜管的熔蚀，在提高焊接接头物理性能的基础之上，同时提高了焊接接头的光洁性，外型更加美观。

3.本发明通过采用PLC控制器和步进电机进行步进送丝，实现了焊接自动化，保障了焊接效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

图1为本发明一种铜管焊接装置的工作原理图；

图2为本发明的送丝机的工作原理图。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示，本发明的铜管焊接装置，包括第一夹具5和第二夹具6，第一夹具5用于装夹待焊接的第一铜管1，第二夹具6用于装夹待焊接的第二铜管2，第一铜管1和第二铜管2的焊接接头3处具有相匹配的承插口，所述焊接装置还包括加热线圈4和送丝机，所述加热线圈4环绕焊接接头3设置，用于局部加热焊接接头3，所述送丝机采用步进电机提供动力源进行焊丝7的输送，且焊丝7接触连接有一条信号线8，信号线8的一端与第一铜管1接触连接，使焊丝7、信号线8和第一铜管1之间能够构成一个闭合回路，信号线8还连接有PLC控制器9，PLC控制器9连接一个控制送丝机的上位机10，具体地，信号线8可以是一条导电线，其一端与第一夹具5连接，第一夹具5具有使信号线8和第一铜管1导通的导体，信号线8的另一端与焊丝7能够导通。通过PLC控制器9监测焊丝7是否与第一铜管1 接触，焊丝7的输送方向垂直于第一铜管1和第二铜管2之焊接接头 3处的中心线，并且焊丝7位于焊接接头3处第二铜管2的承口上方。

作为本发明的优选实施例，焊接接头3处设置有红外测温仪，所述红外测温仪连接PLC控制器9，通过红外测温仪监测焊接接头3处铜管的温度，并将监测的温度值反馈给PLC控制器9，进而控制送丝机按预设的步骤输送焊丝。

实施例二

如图2所示为本发明的送丝机，所述送丝机包括收卷轮11和输送辊轮组，收卷轮11和所述的输送辊轮组之间设置有进丝模组12，所述输送辊轮组之后设置有出丝模组16，焊丝7依次经过进丝模组 12、输送辊轮组和出丝模组16。

其中，收卷轮11用于卷绕焊丝，进丝模组12用于焊丝进入输送辊轮组前的导向与整形，输送辊轮组由两对输送轮组成，每对输送轮包括一个主动轮13，一个从动轮14，两对输送轮之间设置有一个限位模块15，主动轮13和从动轮14之间的距离可调节，通过摩擦力带动焊丝向前运动，出丝模组16用于将焊丝导向送至实施例一的第一铜管附近。

本实施例中，还可以增设一个焊丝预加热模块，用于将焊丝预热。

实施例三

取两根紫铜管，即第一铜管1和第二铜管2，第一铜管1和第二铜管2均是一端具有插口，另一端具有承口，例如图1所示第一铜管 1的承口1a，第一铜管和第二铜管的管壁厚度0.5mm、管长70mm、外径8mm、承口外径9.2mm、承口内径8.2mm、承口深度10mm。

第一铜管和第二铜管的焊接方法如下：

S1：将第一铜管1的插口和第二铜管2的承口打磨光滑，并将第一铜管1的插口***第二铜管2的承口内；

S2：通过第一夹具5装夹第一铜管1，通过第二夹具6装夹第二铜管2，并使装夹后的第一铜管1和第二铜管2在焊接接头3处二者的中心线重合，焊接接头3即第一铜管1的插口和第二铜管2的承口连接处；

S3：将步骤S2中已装夹的第一铜管1和第二铜管2置入加热线圈4内，通过加热线圈4对焊接接头3处局部加热，通过红外测温仪监测焊接接头3处的温度；

S4：送丝机预送焊丝：焊丝7的输送方向垂直于焊接接头3处第一铜管1和第二铜管2的中心线，预送焊丝后焊丝7前端与第一铜管 1的之间距离为预设距离值M1＝5mm，焊丝7位于第二铜管2的承口上方，与第二铜管2的承口距离为预设距离值M2＝2mm；焊丝7采用直径1mm的Cu93P焊丝，该型号的焊丝熔化温度在710℃～793℃，此种焊料的流动性好，能够很好地用于小间隙焊接。当焊丝熔化后即可快速流入其下方焊接接头的缝隙内，进行焊料填充。

S5：当焊接接头3处温度值达到预设温度值T＝720℃，送丝机开始输送焊丝7，并在焊丝7前端与第一铜管1接触时停止输送焊丝，准备进入液相脉冲送丝阶段；

焊丝7接触连接有信号线8，所述信号线8的一端接触连接第一铜管1，使焊丝7、信号线8和第一铜管能够构成闭合回路，信号线 8还连接有PLC控制器9，当焊丝7与第一铜管1接触时，闭合回路导通，PLC控制器9接收到导通信号，立即控制送丝机停止输送焊丝；

S6：液相脉冲送丝阶段：根据预设参数每段送丝长度、每段送丝间隔、每段送丝速度、总送丝段数以步进的方式输送焊丝，其中，每段送丝长度为焊丝与第一铜管接触时，通过热传导作用熔化的焊丝长度，每段送丝间隔为每段送丝长度的焊丝熔化所需时间，每段送丝速度为每段步进输送过程中焊丝的输送速度，总送丝段数×每段送丝长度＝第一铜管和第二铜管焊接所需焊丝的长度；其中，本实施例中，每段送丝长度为2mm，每段送丝间隔为0.1s，每段送丝速度为40mm/s，总送丝段数为60段，上述参数是由焊丝的材料、待焊铜管的材料通过计算以及实验获得，焊丝与第一铜管1接触瞬间，焊丝会熔化一小段，焊丝输送过程中，保证焊丝与第一铜管接触的部分都是液相。

S7：液相脉冲送丝阶段达到预设的总送丝段数后，通过送丝机回抽焊丝，冷却第一铜管和第二铜管。

上述步骤S5中，预设温度值T应比焊丝的熔化温度高30℃～50℃。

焊接完成后，观察焊接接头外观，焊料完全流入焊缝中，未出现熔蚀、收缩现象，铜管管壁也未出现焊瘤；切开焊接接头处在显微镜下观察分析，结果如下：焊接接头熔合线长度为10mm，第一铜管的插口和第二铜管的承口重合部位均被焊合，焊缝结构致密，组织分布均匀，无明显气孔和夹杂存在。另外，对焊接后的第一铜管和第二铜管进行拉伸测试，发生断裂失效的部位均发生在母材铜管上，提高了焊接接头的连接强度。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铜管焊接装置，包括第一夹具和第二夹具，所述第一夹具用于装夹待焊接的第一铜管，所述第二夹具用于装夹待焊接的第二铜管，所述第一铜管和第二铜管的焊接接头处具有相匹配的承插口，其特征在于，所述焊接装置还包括加热线圈和送丝机，所述加热线圈环绕所述的焊接接头设置，用于局部加热所述的焊接接头，所述送丝机采用步进电机提供动力源进行焊丝的输送，且所述焊丝接触连接有一条信号线，所述的信号线的一端与所述的第一铜管接触连接，使所述的焊丝、信号线和第一铜管之间能够构成一个闭合回路，所述的信号线还连接有PLC控制器，通过所述的PLC控制器监测所述焊丝是否与所述的第一铜管接触，所述焊丝的输送方向垂直于所述第一铜管和第二铜管之焊接接头处的中心线，并且所述焊丝位于所述焊接接头处第二铜管的承口上方。

2.根据权利要求1所述的铜管焊接装置，其特征在于，所述送丝机包括收卷轮和输送辊轮组，所述收卷轮和所述的输送辊轮组之间设置有进丝模组，所述输送辊轮组之后设置有出丝模组，所述焊丝依次经过所述的进丝模组、输送辊轮组和出丝模组。

3.根据权利要求1所述的铜管焊接装置，其特征在于，所述的焊接接头处设置有红外测温仪，所述红外测温仪连接所述的PLC控制器。

4.根据权利要求1所述的铜管焊接装置，其特征在于，所述的焊接装置还包括用于预热焊丝的焊丝预加热模块。

5.一种利用权利要求1至4中任意一项铜管焊接装置进行铜管焊接的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：将第一铜管的插口和第二铜管的承口打磨光滑，并将第一铜管的插口***第二铜管的承口内；

S2：通过第一夹具装夹第一铜管，通过第二夹具装夹第二铜管，并使装夹后的第一铜管和第二铜管在焊接接头处二者的中心线重合，所述焊接接头处即第一铜管的插口和第二铜管的承口连接处；

S3：将步骤S2中已装夹的第一铜管和第二铜管置入加热线圈内，通过所述的加热线圈对所述的焊接接头处局部加热，并监测所述焊接接头处的温度；

S4：送丝机预送焊丝：焊丝的输送方向垂直于所述焊接接头处第一铜管和第二铜管的中心线，预送焊丝后焊丝前端与第一铜管的之间距离为预设距离值M1，焊丝位于所述第二铜管的承口上方，与所述第二铜管的承口距离为预设距离值M2；

S5：当所述焊接接头处温度值达到预设温度值T，送丝机开始输送焊丝，并在焊丝前端与第一铜管接触时停止输送焊丝；

S6：液相脉冲送丝阶段：根据预设参数每段送丝长度、每段送丝间隔、每段送丝速度、总送丝段数以步进的方式输送焊丝，其中，每段送丝长度为焊丝与第一铜管接触时，通过热传导作用熔化的焊丝长度，每段送丝间隔为每段送丝长度的焊丝熔化所需时间，每段送丝速度为每段步进输送过程中焊丝的输送速度，总送丝段数×每段送丝长度＝第一铜管和第二铜管焊接所需焊丝的长度；

S7：液相脉冲送丝阶段达到预设的总送丝段数后，通过送丝机回抽焊丝，冷却第一铜管和第二铜管。

6.根据权利要求5所述铜管焊接的方法，其特征在于，所述步骤S3中通过红外测温仪监测所述焊接接头处的温度。

7.根据权利要求5所述铜管焊接的方法，其特征在于，所述步骤S6中，焊丝接触连接有信号线，所述信号线的一端接触连接所述的第一铜管，使焊丝、信号线和第一铜管能够构成闭合回路，所述信号线还连接有PLC控制器。

8.根据权利要求5所述铜管焊接的方法，其特征在于，步骤S5中，预设温度值T比焊丝的熔化温度高30℃～50℃。

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