目前,中國開發研製的氣體保 護釺焊爐,大都仿製進口產品。其中用於鋁製散熱器等其它鋁製品的釺焊爐和進口產品幾無二致,這是受Noclock工藝制約的結果,只不過有的使用廠家為減少投資要求開發單位簡化。如湖北某廠家要求將釺劑噴淋、空氣吹落、工件乾燥置於爐外處理。處理好後直接進釺焊爐焊接。即使這樣,中國大多數使用者對該裝置的投資也很難承受。如此一來,中國東北某公司為適應這種要求,開發出了單室不連續釺焊爐,其投資大大降低。但相應降低的還有效率和質量的穩定性,可以說,這也是沒有辦法的辦法。釺焊鋁製品對控溫精度及加熱區的均勻性要求很高。開發這種釺焊爐對國內的研究單位來講,難度還是很大的。為此,國內東北某研究單位採用了和日本某公司合作的方式,但由於其技術和關鍵器件均來自於日本,所以成本下降不多,價格上的優勢不大。開發出效能滿足焊接要求,同時價格上也能為使用者接受的氣體保護釺焊爐,只有在吸收國外先進技術的基礎上,走中國產化這條路。目前天津某研究所就是採取了這種方式。鋼製零件的硬釺焊爐和進口產品相比,有如下不同:
(1)進口釺焊爐的保護氣氛大多為石油液化氣。而中國現大部分還採用氨分解氣。實際上在西方發達國家,保護氣氛基本上採用兩種:a石油液化氣;b氮基氣氛。其中氮基氣氛最有發展前途。現在能源危機不僅威脅著中國,也威脅著整個世界。我們知道,空氣中含有78%的氮氣,是取之不盡用之不竭的。現在中國大多數還採用氨分解氣,主要原因有兩個:一是氨分解氣製備簡單;二是國內對氮基氣氛的宣傳不夠,廣大使用者對此不太瞭解,影響了推廣。
(2)國內的保護氣氛發生裝置大多置於爐外。在爐外產生保護氣通往爐內起保護作用。而中國引進的釺焊爐其保護氣氛發生裝置大多置於爐內,其優點很多,如節省面積,節省能耗,簡化操作,從而節省投資等等,這種方式應大力推廣。
(3)加熱元件:在參觀和解剖國外進口硬釺焊爐時發現,其加熱元件大多采用兩種,一是電阻絲,二是管狀加熱器。中國則大多數採用SiC棒。本文作者多年從事釺焊爐的研究開發工作,目前正嘗試對加熱元件方式進行大膽改進,以比較其優缺點。
(4)爐膛構造:國外進口成本硬釺焊爐,採用油耐熱及保溫材料砌築而成的爐膛為多,屬馬費結構。而中國這類爐幾乎無一例採用了耐熱鋼製成的馬費結構。另外在傳送結構上,中國的研究單位應下大功夫。目前無論網帶傳送還是舟板傳送,均有明顯的缺點。據資料介紹,國外研究出了一種陶瓷網帶,它沒有改變傳送方式,仍然方便工人操作;同時又沒有金屬網帶的熱蠕變及晶體長大的憂慮。這種網帶如研製成功,將會大大降低釺焊爐的執行成本。
總之,中國在氣體保護連續鋁釺焊爐方面和國外尚有一定差距,而在用於鋼、不鏽鋼、銅等材料的硬釺焊爐方面和國外差距不大,研究力度也在不斷加大。20世紀80年代末以前,全國只有一家研究開發釺焊爐,而到目前為止,據筆者所掌握的情況,全國已有11家。這對中國汽車零部件製造業來講,是一個福音。
3、 連續式氣體保護釺焊簡介
3.1保護氣氛目前在汽車行業應用的釺焊爐,其保護氣氛有四種,即氮分解氣氛、石油液化氣燃燒氣氛,高純氮氣及氮基可控氣氛。
3.1.1 氨分解氣氛;
氨分解氣氛的製備是以液氨為原料,經裂解爐在催化劑的作用下,發生如下反應:; 2NH3氧化劑—→3H2↑+N2↑; 裂解後產生的的氣氛中含有75%的氫氣和25%的氮氣。該氣氛由於含有75%的氮氣,其還原性較強,可廣泛用於鋼製零件的銅釺焊、銀釺焊及鎳基釺料的釺焊,如汽車三濾件即空氣濾清器、汽油濾清器、機油濾清器的焊接,汽車化油器、分電器及真空助力器的焊接均採用該保護氣氛。該氣氛有兩大缺點:
(1) 由於含氫量較高,危險性大;
(2) 能耗大。 液氨裂解成保護氣氛,必須在裂解爐內加熱至高溫900℃以上,電耗相當大,而且液氨原料耗量也很大。
3.1.2石油液化氣燃燒氣氛; 該氣氛的製備原理如下:
第一步C3H8+5O22+19N2→3CO2+4H2O+19N2+Q1;
第二步C3H8+3CO2+ →6CO+4H-Q22; C3H8+3HO2+ →3CO+7H-Q2;
兩步反應合併為
2 C3H8+3CO2+11.4 N2→6CO+8H2+11.4 N2+Q;
可以看出,式右邊除N2為中性氣體外,其餘的CO和H2均為還原氣體,因而丙烷燃燒後的氣體具有保護釺焊作用。該保護氣氛用於鋼製零件的銅釺焊和銀釺焊。如汽車三濾件、化油器及真空助力器的焊接,可採用該氣氛。大部分釺焊爐是在爐外燃燒產生上述保護氣氛通入爐內,起保護釺焊作用。但中國引進的一些釺焊爐也採用氣體燃燒發生器置於爐內,當爐溫升至約750℃時,產生上述反應。該方法的特點是節能,不使用單獨的加熱電源,而且節省佔地面積。這種型別的釺焊爐,以引進為多,國內開發研製的很少。
3.1.3 氮基可控氣氛; 所謂氮基可控氣氛是指氣氛中90%以上為氮氣,10%以下為活性氣體,而且兩氣體的比例可調,其中進入爐膛的氮氣純度要達5個9以上。瓶裝氮氣或小型的制氮機的氮氣純度一般為99.5%,要使其純度達到99.9995%,必須對其加以純化處理,純化原理如下:
CH3OH→CO+2H2↑
2CO+O2→2CO2↑
2H2+O2→2H2O
採用甲醇裂解產生的CO、H2和氮氣中的氧反應,除掉氮氣中的氧,從而使氮氣純度達99.9995%,而多餘的CO和H2(1%~10%可調)作為活性氣氛進入爐內起到保護釺焊的作用。汽車零部件中的鋼製零件均可採用上述保護氣氛。該氣氛的特點:
(1) 安全。氣氛中含有90%以上氮氣,還原性氣體僅佔10%,其安全性顯而易見。
(2) 節能,方便。一般大型工廠有氮氣管道,只要將氮氣接到釺焊爐上的氮氣淨化裝置即可使用。無氮氣管道的,困採用小型制氮機。空氣經氣體壓縮後進入分子篩,經分子篩吸附即可得到氮氣。這種制氮法即PSA法,裝置簡單,成本低,推廣前景很好。
3.1.4 高純氮氣; 瓶裝氮氣或製氧機產生氮氣,如上所述一般純度達99.5%,但在汽車鋁製散熱器、汽車空調蒸發器、冷凝器、水箱等鋁製產品必須在99.9995%氮氣純度下才可滿足焊接要求,所以也必須對氮氣進行純化處理。它的處理方法和氮基可控氣氛的處理不同,它採用無氫純化處理方法。詳細情況,這裡不做敘述。這種氣氛僅用於汽車鋁製品的焊接。
3.2 加熱元件的種類;
3.2.1 SiC棒; 在鋼製零件焊接所使用的釺焊爐,大都採用SiC棒,因這類零件焊接大都採用無氧銅釺焊,釺焊溫度較高,一般 在1120~1130℃左右,而SiC棒最高使用溫度可達1200℃。採用SiC棒加熱元件保護氣氛,如採用氮氣,爐膛最好採用馬弗套,避免氣體和SiC接觸,因氮氣和SiC在高溫下產生反應,降低其使用壽命。
3.2.2 Ni—Cr絲; 在國外進口的釺焊爐中,廣泛使用Ni—Cr絲,但保護氣氛一般採用丙烷燃燒氣氛且保護氣氛發生裝置大都為內建式,因燃燒反應是放熱反應,即可節省能量又可減少Ni—Cr絲的負擔,也可以用於鋼製零件的銅釺焊。
3.2.3 Fe—Cr—AL絲; 這種加熱元件是中國近年來研製成功的,它的使用溫度高且成本低,應用前景很好,但同SiC棒一樣,在爐膛設計時,如採用的氣氛為氮氣,爐膛應為馬弗結構,以避免爐絲和氮氣接觸,降低其使用壽命。
3.3 爐加熱區結構; 爐加熱區結構有兩種:
目前,中國開發研製的氣體保 護釺焊爐,大都仿製進口產品。其中用於鋁製散熱器等其它鋁製品的釺焊爐和進口產品幾無二致,這是受Noclock工藝制約的結果,只不過有的使用廠家為減少投資要求開發單位簡化。如湖北某廠家要求將釺劑噴淋、空氣吹落、工件乾燥置於爐外處理。處理好後直接進釺焊爐焊接。即使這樣,中國大多數使用者對該裝置的投資也很難承受。如此一來,中國東北某公司為適應這種要求,開發出了單室不連續釺焊爐,其投資大大降低。但相應降低的還有效率和質量的穩定性,可以說,這也是沒有辦法的辦法。釺焊鋁製品對控溫精度及加熱區的均勻性要求很高。開發這種釺焊爐對國內的研究單位來講,難度還是很大的。為此,國內東北某研究單位採用了和日本某公司合作的方式,但由於其技術和關鍵器件均來自於日本,所以成本下降不多,價格上的優勢不大。開發出效能滿足焊接要求,同時價格上也能為使用者接受的氣體保護釺焊爐,只有在吸收國外先進技術的基礎上,走中國產化這條路。目前天津某研究所就是採取了這種方式。鋼製零件的硬釺焊爐和進口產品相比,有如下不同:
(1)進口釺焊爐的保護氣氛大多為石油液化氣。而中國現大部分還採用氨分解氣。實際上在西方發達國家,保護氣氛基本上採用兩種:a石油液化氣;b氮基氣氛。其中氮基氣氛最有發展前途。現在能源危機不僅威脅著中國,也威脅著整個世界。我們知道,空氣中含有78%的氮氣,是取之不盡用之不竭的。現在中國大多數還採用氨分解氣,主要原因有兩個:一是氨分解氣製備簡單;二是國內對氮基氣氛的宣傳不夠,廣大使用者對此不太瞭解,影響了推廣。
(2)國內的保護氣氛發生裝置大多置於爐外。在爐外產生保護氣通往爐內起保護作用。而中國引進的釺焊爐其保護氣氛發生裝置大多置於爐內,其優點很多,如節省面積,節省能耗,簡化操作,從而節省投資等等,這種方式應大力推廣。
(3)加熱元件:在參觀和解剖國外進口硬釺焊爐時發現,其加熱元件大多采用兩種,一是電阻絲,二是管狀加熱器。中國則大多數採用SiC棒。本文作者多年從事釺焊爐的研究開發工作,目前正嘗試對加熱元件方式進行大膽改進,以比較其優缺點。
(4)爐膛構造:國外進口成本硬釺焊爐,採用油耐熱及保溫材料砌築而成的爐膛為多,屬馬費結構。而中國這類爐幾乎無一例採用了耐熱鋼製成的馬費結構。另外在傳送結構上,中國的研究單位應下大功夫。目前無論網帶傳送還是舟板傳送,均有明顯的缺點。據資料介紹,國外研究出了一種陶瓷網帶,它沒有改變傳送方式,仍然方便工人操作;同時又沒有金屬網帶的熱蠕變及晶體長大的憂慮。這種網帶如研製成功,將會大大降低釺焊爐的執行成本。
總之,中國在氣體保護連續鋁釺焊爐方面和國外尚有一定差距,而在用於鋼、不鏽鋼、銅等材料的硬釺焊爐方面和國外差距不大,研究力度也在不斷加大。20世紀80年代末以前,全國只有一家研究開發釺焊爐,而到目前為止,據筆者所掌握的情況,全國已有11家。這對中國汽車零部件製造業來講,是一個福音。
3、 連續式氣體保護釺焊簡介
3.1保護氣氛目前在汽車行業應用的釺焊爐,其保護氣氛有四種,即氮分解氣氛、石油液化氣燃燒氣氛,高純氮氣及氮基可控氣氛。
3.1.1 氨分解氣氛;
氨分解氣氛的製備是以液氨為原料,經裂解爐在催化劑的作用下,發生如下反應:; 2NH3氧化劑—→3H2↑+N2↑; 裂解後產生的的氣氛中含有75%的氫氣和25%的氮氣。該氣氛由於含有75%的氮氣,其還原性較強,可廣泛用於鋼製零件的銅釺焊、銀釺焊及鎳基釺料的釺焊,如汽車三濾件即空氣濾清器、汽油濾清器、機油濾清器的焊接,汽車化油器、分電器及真空助力器的焊接均採用該保護氣氛。該氣氛有兩大缺點:
(1) 由於含氫量較高,危險性大;
(2) 能耗大。 液氨裂解成保護氣氛,必須在裂解爐內加熱至高溫900℃以上,電耗相當大,而且液氨原料耗量也很大。
3.1.2石油液化氣燃燒氣氛; 該氣氛的製備原理如下:
第一步C3H8+5O22+19N2→3CO2+4H2O+19N2+Q1;
第二步C3H8+3CO2+ →6CO+4H-Q22; C3H8+3HO2+ →3CO+7H-Q2;
兩步反應合併為
2 C3H8+3CO2+11.4 N2→6CO+8H2+11.4 N2+Q;
可以看出,式右邊除N2為中性氣體外,其餘的CO和H2均為還原氣體,因而丙烷燃燒後的氣體具有保護釺焊作用。該保護氣氛用於鋼製零件的銅釺焊和銀釺焊。如汽車三濾件、化油器及真空助力器的焊接,可採用該氣氛。大部分釺焊爐是在爐外燃燒產生上述保護氣氛通入爐內,起保護釺焊作用。但中國引進的一些釺焊爐也採用氣體燃燒發生器置於爐內,當爐溫升至約750℃時,產生上述反應。該方法的特點是節能,不使用單獨的加熱電源,而且節省佔地面積。這種型別的釺焊爐,以引進為多,國內開發研製的很少。
3.1.3 氮基可控氣氛; 所謂氮基可控氣氛是指氣氛中90%以上為氮氣,10%以下為活性氣體,而且兩氣體的比例可調,其中進入爐膛的氮氣純度要達5個9以上。瓶裝氮氣或小型的制氮機的氮氣純度一般為99.5%,要使其純度達到99.9995%,必須對其加以純化處理,純化原理如下:
CH3OH→CO+2H2↑
2CO+O2→2CO2↑
2H2+O2→2H2O
採用甲醇裂解產生的CO、H2和氮氣中的氧反應,除掉氮氣中的氧,從而使氮氣純度達99.9995%,而多餘的CO和H2(1%~10%可調)作為活性氣氛進入爐內起到保護釺焊的作用。汽車零部件中的鋼製零件均可採用上述保護氣氛。該氣氛的特點:
(1) 安全。氣氛中含有90%以上氮氣,還原性氣體僅佔10%,其安全性顯而易見。
(2) 節能,方便。一般大型工廠有氮氣管道,只要將氮氣接到釺焊爐上的氮氣淨化裝置即可使用。無氮氣管道的,困採用小型制氮機。空氣經氣體壓縮後進入分子篩,經分子篩吸附即可得到氮氣。這種制氮法即PSA法,裝置簡單,成本低,推廣前景很好。
3.1.4 高純氮氣; 瓶裝氮氣或製氧機產生氮氣,如上所述一般純度達99.5%,但在汽車鋁製散熱器、汽車空調蒸發器、冷凝器、水箱等鋁製產品必須在99.9995%氮氣純度下才可滿足焊接要求,所以也必須對氮氣進行純化處理。它的處理方法和氮基可控氣氛的處理不同,它採用無氫純化處理方法。詳細情況,這裡不做敘述。這種氣氛僅用於汽車鋁製品的焊接。
3.2 加熱元件的種類;
3.2.1 SiC棒; 在鋼製零件焊接所使用的釺焊爐,大都採用SiC棒,因這類零件焊接大都採用無氧銅釺焊,釺焊溫度較高,一般 在1120~1130℃左右,而SiC棒最高使用溫度可達1200℃。採用SiC棒加熱元件保護氣氛,如採用氮氣,爐膛最好採用馬弗套,避免氣體和SiC接觸,因氮氣和SiC在高溫下產生反應,降低其使用壽命。
3.2.2 Ni—Cr絲; 在國外進口的釺焊爐中,廣泛使用Ni—Cr絲,但保護氣氛一般採用丙烷燃燒氣氛且保護氣氛發生裝置大都為內建式,因燃燒反應是放熱反應,即可節省能量又可減少Ni—Cr絲的負擔,也可以用於鋼製零件的銅釺焊。
3.2.3 Fe—Cr—AL絲; 這種加熱元件是中國近年來研製成功的,它的使用溫度高且成本低,應用前景很好,但同SiC棒一樣,在爐膛設計時,如採用的氣氛為氮氣,爐膛應為馬弗結構,以避免爐絲和氮氣接觸,降低其使用壽命。
3.3 爐加熱區結構; 爐加熱區結構有兩種: