制冷设备钎焊接头焊后为什么会发黑/长铜绿？怎么解决？

制冷技术 06-21 125

前言：

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一、制冷设备钎焊接头常规钎焊工艺

空调/制冷行业用黄铜和紫铜类钎焊接头，如管接头组件、分流器（分配器）组件、四通阀端盖焊缝、截止阀出管焊缝、电磁阀接管焊缝等钎焊接头，通常采用火焰钎焊或常规感应钎焊（或称常规高频焊）。下面以空调行业最通用的黄铜管接头+紫铜管为例进行介绍。

二、采用常规钎焊工艺存在的问题

1.采用目前常规的感应钎焊，制冷行业黄铜管接头组件焊后，母材及焊缝均会出现明显氧化发黑外观缺陷

2.母材及焊料在加热过程中极易氧化，会严重影响钎料的流动和铺展，钎焊质量无法保证；

3.焊缝、管接头和铜管均氧化发黑，焊缝颜色外观与母材一致，操作人员无法清楚识别和检测钎料填充情况，无法通过肉眼检出焊缝是否有气孔、裂纹和沙眼等轻微焊接缺陷，可能导致泄漏缺陷件流入客户，出现售后质量问题；

4.为提升钎料流动性，钎焊前通常会在管接头组件或焊环上涂抹大剂量钎剂，导致焊后焊缝及附近严重的钎剂残留，影响焊缝检测及外观质量；

5.未经处理的管接头，工件在潮湿条件下储运、放置或使用，焊缝及附近可能会出现铜绿等外观缺陷，影响焊缝性能及可靠性；

6.氧化发黑外观质量差，会降低整机产品档次；

7.氧化发黑层，如不进行处理直接使用，在后期使用过程中，氧化发黑层可能率先腐蚀，加速腐蚀焊缝，缩短钎焊接头寿命，进而影响整机使用寿命或导致整机故障；

8.如焊后增加机械或化学方法处理氧化发黑层，会增加：操作工序、操作人员、设备和物料等，增加生产成本，并降低生产效率。

三、常规钎焊接头焊后发黑长铜绿等原因分析

经分析和验证得出，采用火焰钎焊或常规感应钎焊时，产生上述管接头组件焊后氧化发黑/铜绿等问题的主要原因如下：

1.管接头、铜管和钎料等均置于大气条件下加热，通常钎焊温度高至700°以上，母材及焊料在加热过程中与空气中氧气充分接触,产生氧化铜等氧化物，导致接头表面出现黑色物质。

2.母材及焊料在加热过程中极易氧化，会在母材及钎料表面形成致密氧化膜，该氧化膜会严重影响熔化钎料的流动和铺展性。

为保证钎料流动性，火焰钎焊或常规感应钎焊时，操作人员会在待焊工件及焊料表面添加大剂量钎剂，以充分去除母材表面氧化膜。铜及铜合金在钎焊过程中，各种钎剂的去除工件及焊料表面氧化膜的作用机理如下：

1）硼酸类钎剂的去膜机理

硼酸（H3BO3)加热时分解成硼肝(B2O3)。生成的硼肝(B2O3)熔点熔点为580℃，与铜的氧化物形成易熔的硼酸盐。

2）硼砂类钎剂的去膜机理

硼砂（Na2B4O7·10H2O)在741时熔化，在液态下分解为硼肝(B2O3)和偏硼酸钠（Na2B4O7）。

硼肝与金属氧化物形成易熔得硼酸盐，而偏硼酸盐又与硼酸盐形成熔化温度更低的复合化合物。

生成的复合化合物易浮到钎缝表面，硼砂的去膜能力较硼酸强，但硼砂熔点较高，且在800℃以下粘度大，流动性不好。

3）气体助焊剂和免酸洗助焊剂的去膜机理

硼酸三甲酯（C3H9BO3)与氧气混合燃烧生成硼肝，硼肝与氧化铜反应生成硼酸盐、

4）四氟硼酸钾的去膜

氟化钾的加入，可降低硼酸和硼肝的熔化温度和钎剂的粘度。当KF的含量为40%，其硼肝的熔点可降低至600℃。为进一步降低硼肝的熔化温度，并提高活性，可加入KBF4，其熔点为540℃，熔化后分解为BF3，其去氧化能力极强。

众所周知：母材和焊料表面的氧化膜，会严重阻碍熔化钎料在钎焊间隙内的流动、填充、铺展和扩散等，从前述钎剂去氧化膜的作用机理得出，没有钎剂，就无法去除母材及焊料表面的氧化膜，也就无法形成良好的钎焊接头。

采用常规的火焰钎焊和感应钎焊，母材和钎料在整个加热过程中，始终与空气中的氧气接触，极易氧化，且随着加热时间的延长和加热温度的升高，表面氧化膜厚度及重量会加速升高，出现严重氧化膜层。

易于理解：表面氧化膜越厚，需要钎剂的量越大。钎剂用量的增加，带来焊后难于去除，钎剂残留严重，腐蚀焊缝和产生铜绿等问题。

因此：母材和钎料表层在加热过程中的氧化，是空调/制冷行业钎焊接头焊后出现发黑、铜绿和严重钎剂残留等质量问题的重要原因。另外，母材和钎料表面的严重氧化，也是常规火焰钎焊和常规感应钎焊批量生产时出现的焊缝局部虚焊、钎料成型不良等焊接缺陷重要原因。

四、如何解决发黑/长铜绿/钎剂残留问题？

欲解决这些问题，需严格控制如下两方面：

1.防止或尽量降低工件母材和钎料在加热过程中表面的氧化；

2.不用钎剂或尽量减少钎剂用量。

简单的说，就是要确保母材及焊料在整个加热过程中不要氧化，这是制冷设备获得高质量钎焊接头的关键。

那如何做？

可采用的方法如下：

1.将母材及焊料置于惰性气体/真空氛围中，使其在整个钎焊加热过程中不与氧气接触；

2.尽量缩短钎焊加热时间，降低工件及母材与空气接触风险；

3.尽量降低钎焊加热温度，降低工件及母材与空气接触风险；

4.采用性能与材质与目前常规钎料匹配的自钎钎料，降低膏状或液态钎剂的用量。

通过潜心深入研究、开发和大批验证，珠海百锐思焊接技术有限公司（下简称百锐思BRZ)针对空调/制冷行业部分黄铜和紫铜等材质钎焊接头，开发出了一种全新自动感应工艺。采用该工艺，可防止母材/焊料表面在加热过程中氧化，大幅减少钎剂用量，确保钎缝及母材在焊后不氧化发黑、无铜绿和不进行单独焊后处理即可使用，获得内在和外观钎焊质量均佳的高品质钎焊接头。

感应钎焊新工艺主要包含:

1.数字化感应加热钎焊系统：输出稳定，精度高，操作简便，确保输出工艺参数的稳定性、可靠性和一致性，确保钎焊质量；

2.防工件焊料氧化感应加热钎焊模块：可避免母材及焊料在加热过程中氧化；

3.感应加热机构：加热效率高、尺寸精度高和高品质，可缩短加热时间；

4.定位工装机构：定位精度高、操作简便、切换方便和耐用；

5.配套感应钎焊工艺技术：确保加热温度均匀和一致；

6.非晶助焊钎料箔：钎料形态为箔状带材，材质和性能与常规铜磷和铜磷银钎料匹配，厚度最薄可做到0.025mm。钎焊时，将钎料箔置于接头间隙内，对钎焊有如下有利作用:

1）作为钎焊补偿片，减小装配间隙，改善工件配管后的对中性和均匀性，提升熔化钎料毛细作用力,进一步降低气孔率；

2）钎料箔有自钎作用，提升钎料流动性，减少钎剂用量；

3）母材界面被钎料箔片覆盖，减少外界气体进入，降低母材表面氧化风险；

4）非晶箔状钎料熔化时，在瞬间释放大量热量，提升钎焊界面温度，加速钎料熔化，降低感应加热设备输入热量和过烧风险；

5）非晶箔状钎料熔点可低至600℃,较常规铜磷银或铜磷钎料低100°C左右，可进一步降低钎焊温度。