摘要：本文以非磁性材料銅管的異徑不對稱感應釬焊為研究對象，采用兩個
感應加熱器，對工件（T字型）上下同時進行加熱升溫的措施使焊料潤濕和毛細化作用。結果表明兩個感應器與工件的匹配能基本解決不對稱黃銅管的釬焊問題。
關鍵詞：黃銅合金 異徑非對稱 釬焊工藝
0 序 言
目前感應釬焊連接已廣泛應用于航天航空，電子和醫藥等領域。它較適合于釬焊鋼，銅合金，不銹鋼，高溫合金等具有對稱形狀的焊件，特別適用于管件的套接，管子和法蘭，軸和軸套等類似接頭形式的連接。該方法節能環保無污染，效率高，勞動強度低，因而實用前景非常廣。然而，由于生產工作當中，經常會遇到非對稱和復雜的構件。因此，針對這種非磁性非對稱的異徑黃銅釬焊，使用高頻感應釬焊代替原有的火焰氣焊的工藝，對兩種方法焊接后的質量等參數進行 比較。技術指標要求：感應釬焊縫平整光滑，無氣孔，夾渣，煤油滲透，二十四小時試驗無漏。待焊樣品形狀如圖1所示。
圖1 待焊工件形狀示意圖
1 試驗方案
工件的其特點為：材質為黃銅合金H62，工件為T形接頭結構，上下兩銅管直徑明顯差異Φ26/Φ46，工件下部的中間30mm處，基本上可視為實體（與兩端相比）尺寸不一。從工件的外形尺寸來看，直接采用感應釬焊的方法，不采取其他任何特殊措施，是比較困難。因為高頻釬焊是利用感應加熱通過調節電流頻率的大小，以交頻交流電來
實現對工件局部的加熱，要想獲得優質良好的釬焊縫接頭，就必須根據工件的材質選擇好高頻電源，合理設計感應器與工件的感應匹配問題。
1.1 高頻電源的選擇
目前的高頻電源種類有：可控硅中頻電源2500HZ，電子管電源250-300KHz，
晶體管諧振式IGBT電源35KHz，強激式電源20-50KHz等系列產品電源。從以往試驗的結果來看，非磁性材料有色金屬（鋁銅）比較適應低頻的感應加熱電源，對上述四種電源來說，從整體設備性能來看，晶體管電源設備應是首選，同樣是晶體管電源諧振式IGBT電源就比強激式IGBT電源具有更高的加熱效率。這是因為諧振式IGBT晶體管電源會根據負載的狀態自動調整電源狀態，使電源始終保持按設定功率輸出，而強激式IGBT電源的輸出功率會隨著負載的變化而變化，負載輕時，輸出功率很小，由于黃銅在冷態時，電阻率很低，因而負載小，故加熱時間很長，由此看來，諧振式電源具有很強的自調能力，最后選擇了諧振式
IGBT晶體管電源，型號為TG-30A-25。
1.2 加熱方式
從感應器加熱原理可知，高頻感應加熱有兩種方式，一是透熱式，二是傳導式加熱，針對非導磁性材料和工件的形狀特點，透入式加熱能充分利用熱源熱量使工件感應不同的迅速升溫加熱，而傳導式加熱方式遠遠比透入式加熱效率低的多，故選透入式加熱。
1.3感應器的設計與制作
高頻電源設備和加熱方式選擇好后，感應器的設計就顯得尤其重要，當感應器線圈中的電流是交流電時，在線圈內部和周圍就會產生交變的磁場的磁力線所切割。而在工件表面產生高頻電流的集膚效應，鄰近效應，圓環效應，以達到工件表面升溫加熱。也就是說根據高頻感應的特性，感應器線圈的形狀與工件之間的相互位置，能夠強烈的影響著工件加熱的質量和效率。因此，根據工件的形狀做了幾種不同形狀的線圈感應器進行試驗，見圖2-4所示。
圖2 O型線圈感應器
圖3 U型線圈感應器
圖4 O型加U型線圈感應器
1.4釬料釬劑的選擇及釬焊工藝設計
根據工件等H62材質，屬非鐵磁性的特點，考慮到釬料成本及又能保證釬焊質量的因素，選用銀銅B-Ag30CuZn釬料，釬劑為FB201。具體釬焊工藝如下：
（1）采用諧振式電源
IGBT TG-30A-25，釬料（焊絲制成環）BAg30CuZn，焊縫間隙：0.02mm
（2）清理表面的油污等，工件上涂抹釬劑FB201（530-850 ℃）
（3）釬料環放置在銅管內，避免釬料環制成封閉狀態，以免兩端接觸，在高頻感應時產生感應電流，使過早的熔化
（4）制作簡易的夾具固定工具（嚴禁使用金屬材料）線圈與工件間隙2-3mm
（5）電流范圍560-700A之間均勻加熱（加熱過程避免工件升溫過快過熱，使工件均勻升溫加熱，必須適當停頓加熱時間數秒鐘后在加熱）當觀察到釬料熔化滲出后便可停機
（6）加熱時間：35-65S
2 實驗結果與結論
2.1 O型線圈感應器加熱和U型線圈感應器加熱
當使用O型線圈感應器加熱工件時，線圈與工件的距離2-3mm，隨著感應器加熱工件時間的增加，工件上端表面溫度明顯發生變化，而下端工件溫度變化不明顯，以至上面工件被熔化，下面工件依舊溫度變化不大，其原因是上端工件與下端工件的溫差相差較大，釬料無法熔化。
在第一種O型線圈感應器使用后，發現工件上下溫度不能同時加熱升溫不均勻，完全沒有考慮兩個工件溫差的現象，因此，根據工件的形狀又設計了U型線圈，見圖2所示感應器。再次通電試驗發現，工件上端基本上沒有溫度變化，只有下面的工件有升溫的變化，正好與O型線圈感應器加熱相反，也就是說，工件整體感應加熱，線圈感應器與工件匹配不好，無法實現熔化釬料環的目的。釬焊溫度不能達到上下工件整體均勻升溫和濕潤毛細化作用。U型感應器從外形上看，看似匹配理想，但看從效果來看，還是沒有達到釬焊感應的溫度。
2.3 O型加U型線圈串聯感應器加熱
通過以上O型線圈感應器和U型線圈感應器對工件分別單獨感應加熱的情況來看，由于工件形狀不對稱，尺寸厚度上存在明顯差異，感應加熱位置與工件散熱快匹配還是相差較大，以至感應加熱達不到感應釬焊的濕潤毛細化效果，因此，在原來的線圈基礎上，我們把O型線圈與U型線圈串聯使用，見圖4所示。
從整體上考慮工件與線圈的形狀匹配效果出發，改變工件為上下同時感應加熱的性質，使工件感應充分實現集膚效應和圓環效應，降低兩工件之間的溫差，達到升溫加熱均衡。從試驗效果來看，使線圈感應對工件形成了兩個線圈能同時上下感應加熱升溫，為對稱加熱方式達到工件均衡同時升溫加熱縮小
二工件之間溫差起到了關鍵性的作用，熔化釬料形成潤濕毛細化作用收到明顯效果。使焊縫表面圓滿光滑，無夾渣，氣孔等缺陷，如圖5所示。
圖5 高頻感應釬焊試件外觀形貌
對兩種焊接方法的工件成型后的外觀進行質量檢查對比，高頻釬焊焊縫（見圖5）成形美觀，圓滑無氣孔、夾渣等明顯缺陷，煤油滲透24小時實驗無泄露現象，工件表面氧化小與火焰氣焊相比（見圖6），勞動強度低，無污染環境，生產效率高。而火焰氣焊金屬表面火焰加熱溫度高氧化嚴重，勞動強度大，污染環境，焊接加熱時間長。
圖6 火焰氣焊試件外觀形貌
3 結論
本文對銅質異徑不對稱的工件進行高頻感應釬焊的試驗探討，利用高頻感應的特點改變感應器單獨對局部加熱方式，采用兩個線圈串聯形式感應器，對工件實施對稱升溫而設計感應器，得到了較好的效果。從實驗意義上來說，對于一些復雜不對稱的工件可以采取類似的做法。
利用材質的特性導熱快（銅），合理選擇感應加熱電源及加熱方式。在非導磁性材質（銅）高頻感應釬焊時，充分利用感應器對工件匹配質量使不對稱結構工件也能達到感應均勻加熱，潤濕毛細化效果，達到控制焊縫質量。感應器對工件的形狀，匹配質量及工件的加熱部分的形狀，尺寸和位置要求準確無誤，否則將嚴重影響感應器加熱的效果。
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作者簡介：涂學榮 男 高級工程師從事一，二類壓力容器二十余年，目前研究方向高頻感應釬焊。
