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517 钎焊-热源-燃料火焰

背景

燃料火焰是钎焊中应用最多的一种热源,特点是设备简单(整套设备几百元即可),应用方便(车间、野外均可),适应性好(单件或批量均可,管或板、丝等焊接均可,平焊、立焊等均可),但安全管理要求高、需要一定的操作技巧、燃料和氧气用完后需要到正规供应点充换、要求焊接表面无氧化时需要采用惰性气体或真空保护等。

乙炔-氧气设备

乙炔-氧气设备的典型构成如下。

 

乙炔在应用时安全管理要求很高,易产生回火等问题;制冷空调热泵等设备制造和维护时,钎焊主要是铜、铝等管件的焊接,热源可采用丙烷-氧气设备。

丙烷-氧气设备

丙烯-氧气设备的基本构成与乙炔-氧气设备相似,只是用丙烯钢瓶替代乙炔钢瓶(包括钢瓶附件及管路、焊枪等也需与丙烷配套)。

家用液化石油气的主成分即丙烷,常用钢瓶规格有1kg2kg3kg5kg10kg15kg50kg等。

液化气的更换相对较方便,成本也较低(部分新一代家用空调的制冷剂也是丙烷,即R290)。以5kg钢瓶为例,汽化为常压气态时,体积约为2500升,钎焊时丙烷用量通常为每分钟零点几升,当以产品组装和维护为主时,一瓶5kg丙烷可用数月以上。

液化气钢瓶内丙烷呈液态,瓶内压力(此处为绝对压力,表压=绝对压力-1atm)随温度升高而升高,如-30℃时为1.67atm-10℃时为3.45atm10℃时为6.36atm30℃时为10.79atm40℃时为13.69atm50℃时为17.13atm,因此液化气钢瓶温度不能太低(低于-40℃时瓶内压力可能为负压,可能使空气进入钢瓶产生危险;钢瓶温度太高时丙烷压力可能超过钢瓶的允许压力)。

丙烷在空气中的可燃浓度为2.1%9.5%(体积分数),应用时需保证充分通风。

氧气钢瓶的规格有2升、4升、6升、8升、10升、40升等,新充装钢瓶内氧气压力可达约120atm,很多物质(如制冷剂、油脂、织物、钢丝等)在一定压力的纯氧中会燃烧,氧气应用时也必须严格遵守相关的技术规范。

液化气钢瓶和氧气钢瓶均须配置专用的减压阀、压力表等附件,液化气经减压后压力接近常压,氧气减压后压力通常为2atm(表压)左右。

液化气和氧气钢瓶内的丙烷或氧气不能用尽,使用到一定程度时即需及时充装(液化气钢瓶可用称重等方式掌握剩余量,氧气钢瓶可用看压力表等方式掌握剩余量)。

基本操作

以丙烷-氧气设备焊接紫铜管件为例。

焊接前把需焊接的管件和焊条准备好(必要时,如焊接黄铜、铝时,可能还需要焊剂),并进行必要的预处理(如去除油脂、氧化层等影响焊接的杂质),焊接铜管且不允许管内有氧化时,通常可通入适宜流量的氮气保护;当被焊件内有热敏材料时,可把该件放入水中或采用其他措施后才能进行焊接(后面专文介绍)。

做好上述准备后,检查丙烷、氧气钢瓶内的丙烷和氧气余量,把两个钢瓶搬开焊接点一定距离,两个钢瓶之间也要有一定距离;打开各自阀门,调节氧气减压阀把出口压力调至适宜值(专用丙烷减压阀通常不需调节)。

先打开焊枪的丙烷阀,听或看一下确认丙烷通路通畅,同时也冲出管路中的空气(丙烷密度与空气不同,丙烷流出焊枪出对光亮处能看到丙烷气流)。

关闭焊枪的丙烷阀,再打开焊枪氧气阀,听一下气流是否通畅,冲出管路内的空气,然后关闭焊枪氧气阀。

确保丙烷、氧气通路均通畅后,打开焊枪丙烷阀,用打火机点燃,如下图。

缓慢打开氧气阀,逐渐调大,火焰会从较软逐渐变硬,如下图。

当调节氧气流量至火焰出现焰心时,即可开始进行焊接,如下图。

焊接时可使焰心前端处位于焊接处附近(需根据管件大小调节丙烷及氧气流量),待铜管呈现红色(通常暗红色即可)时,即可把焊条(通常用磷铜焊条)放在焊点处,焊条迅速熔化并流入焊缝,如下图。

确保焊条熔化充填焊缝后,迅速移开焊条和焊枪,此时铜管和焊枪均很热,避免触砬,焊枪如不再焊接其他管件时,关闭焊枪氧气阀和丙烷阀,放置在耐热、牢固的支架上,再关闭钢瓶上的氧气阀和丙烷阀,把钢瓶放置在干燥阴凉牢固处。

发展

燃料火焰热源是一种传统的钎焊热源,但也在不断发展中,在设备、气源、专用设备等方面都在不断出新的产品。

设备方面主要有各种新型焊枪、焊接安全保护件及自控件、移动或便携式焊接成套设备等。

气源方面,燃气除乙炔、液化气(丙烷)外,还有丁烷、乙烯、甲烷(天然气)、沼气、二甲醚、曼普气、氢气等。

助燃气除浓度95%以上的纯氧外,还有采用空气的无氧焊枪、采用微型制氧机的富氧焊枪、采用电解水产生氢气和氧气的水焊枪(氢氧焊枪)等。

专用设备方面如翅片管换热器专用焊接设备、刀具专用焊接设备、微通阀换热器专用焊接设备等。

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