连续式气体保护钎焊炉的发展现状及其应用

连续式气体保护钎焊炉的发展现状及其应用

1、前言

在汽车行业中，连续式气体保护钎焊是一种非常重要且应用十分广泛的方法，尤其是在汽车散热器和汽车三滤等零部件的焊接中更是如此。我国自20世纪80年代以来，从国外陆续引进了各种类型的气体保护钎焊炉，促进了产品质量及生产效率的提高。自上个世纪90年代以来，我国的科研单位也相继开发出了用于铝制散热器的氮气保护钎焊炉及用于其它钢制及铜制零部件的氮基可控气氛钎焊炉，促进了我国汽车行业的发展，同时为国家节约了大量外汇。

2、国内气体保护连续钎焊炉发展现状

目前，我国开发研制的气体保护钎焊炉，大都仿制进口产品。其中用于铝制散热器等其它铝制品的钎焊炉和进口产品几无二致，这是受Noclock工艺制约的结果，只不过有的使用厂家为减少投资要求开发单位简化。如湖北某厂家要求将钎剂喷淋、空气吹落、工件干燥置于炉外处理。处理好后直接进钎焊炉焊接。即使这样，我国大多数用户对该设备的投资也很难承受。如此一来，我国东北某公司为适应这种要求，开发出了单室不连续钎焊炉，其投资大大降低。但相应降低的还有效率和质量的稳定性，可以说，这也是没有办法的办法。钎焊铝制品对控温精度及加热区的均匀性要求很高。开发这种钎焊炉对国内

的研究单位来讲，难度还是很大的。为此，国内东北某研究单位采用了和日本某公司合作的方式，但由于其技术和关键器件均来自于日本，所以成本下降不多，价格上的优势不大。开发出性能满足焊接要求，同时价格上也能为用户接受的气体保护钎焊炉，只有在吸收国外先进技术的基础上，走国产化这条路。目前天津某研究所就是采取了这种方式。

钢制零件的硬钎焊炉和进口产品相比，有如下不同：

（1）进口钎焊炉的保护气氛大多为石油液化气。而我国现大部分还采用氨分解气。实际上在西方发达国家，保护气氛基本上采用两种：a石油液化气；b氮基气氛。其中氮基气氛最有发展前途。现在能源危机不仅威胁着我国，也威胁着整个世界。我们知道，空气中含有78%的氮气，是取之不尽用之不竭的。现在我国大多数还采用氨分解气，主要原因有两个：一是氨分解气制备简单；二是国内对氮基气氛的宣传不够，广大用户对此不太了解，影响了推广。

（2）国内的保护气氛发生装置大多置于炉外。在炉外产生保护气通往炉内起保护作用。而我国引进的钎焊炉其保护气氛发生装置大多置于炉内，其优点很多，如节省面积，节省能耗，简化操作，从而节省投资等等，这种方式应大力推广。

（3）加热元件：在参观和解剖国外进口硬钎焊炉时发现，其加热元件大多采用两种，一是电阻丝，二是管状加热器。我国则大多数采用SiC棒。本文作者多年从事钎焊炉的研究开发工作，目前正尝试对加热元件方式进行大胆改进，以比较其优缺点。

（4）炉膛构造：国外进口成本硬钎焊炉，采用油耐热及保温材料砌筑而成的炉膛为多，属马费结构。而我国这类炉几乎无一例采用了耐热钢制成的马费结构。

另外在传送结构上，我国的研究单位应下大功夫。目前无论网带传送还是舟板传送，均有明显的缺点。据资料介绍，国外研究出了一种陶瓷网带，它没有改变传送方式，仍然方便工人操作；同时又没有金属网带的热蠕变及晶体长大的忧虑。这种网带如研制成功，将会大大降低钎焊炉的运行成本。

总之，我国在气体保护连续铝钎焊炉方面和国外尚有一定差距，而在用于钢、不锈钢、铜等材料的硬钎焊炉方面和国外差距不大，研究力度也在不断加大。20世纪80年代末以前，全国只有一家研究开发钎焊炉，而到目前为止，据笔者所掌握的情况，全国已有11家。这对我国汽车零部件制造业来讲，是一个福音。

3、连续式气体保护钎焊简介

3．1保护气氛

目前在汽车行业应用的钎焊炉，其保护气氛有四种，即氮分解气氛、石油液化气燃烧气氛，高纯氮气及氮基可控气氛。

3．1．1 氨分解气氛

氨分解气氛的制备是以液氨为原料,经裂解炉在催化剂的作用下,发生如下反应：

2NH3氧化剂—→3H2↑+N2↑

裂解后产生的的气氛中含有75%的氢气和25%的氮气。该气氛由于含有75%的氮气，其还原性较强，可广泛用于钢制零件的铜钎焊、银钎焊及镍基钎料的钎焊，如汽车三滤件即空气滤清器、汽油滤清器、机油滤清器的焊接，汽车化油器、分电器及真空助力器的焊接均采用该保护气氛。该气氛有两大缺点：

（1）由于含氢量较高，危险性大；

（2）能耗大。

液氨裂解成保护气氛，必须在裂解炉内加热至高温900℃以上,电耗相当大,而且液氨原料耗量也很大。

3.1.2石油液化气燃烧气氛

该气氛的制备原理如下：

第一步C3H8+5O22+19N2→3CO2+4H2O+19N2+Q1

第二步C3H8+3CO2+ →6CO+4H-Q22

C3H8+3HO2+ →3CO+7H-Q2

两步反应合并为2 C3H8+3CO2+11.4 N2→6CO+8H2+11.4 N2+Q

可以看出，式右边除N2为中性气体外，其余的CO和H2均为还原气体，因而丙烷燃烧后的气体具有保护钎焊作用。

该保护气氛用于钢制零件的铜钎焊和银钎焊。如汽车三滤件、化油器及真空助力器的焊接，可采用该气氛。

大部分钎焊炉是在炉外燃烧产生上述保护气氛通入炉内，起保护钎焊作用。但我国引进的一些钎焊炉也采用气体燃烧发生器置于炉内，当炉温升至约750℃时，产生上述反应。该方法的特点是节能，不使用单独的加热电源，而且节省占地面积。这种类型的钎焊炉，以引进为

多，国内开发研制的很少。

3．1．3 氮基可控气氛

所谓氮基可控气氛是指气氛中90%以上为氮气，10%以下为活性气体，而且两气体的比例可调，其中进入炉膛的氮气纯度要达5个9以上。

瓶装氮气或小型的制氮机的氮气纯度一般为99．5%，要使其纯度达到99．9995%，必须对其加以纯化处理，纯化原理如下：

ＣＨ3OH→ＣＯ+２Ｈ2↑

２ＣＯ+Ｏ2→２ＣＯ2↑

２Ｈ2+O2→２Ｈ2Ｏ

采用甲醇裂解产生的CO、H2和氮气中的氧反应，除掉氮气中的氧，从而使氮气纯度达99.9995%,而多余的ＣＯ和Ｈ2(1%～１０％可调)作为活性气氛进入炉内起到保护钎焊的作用。汽车零部件中的钢制零件均可采用上述保护气氛。该气氛的特点：

（1）安全。气氛中含有90%以上氮气，还原性气体仅占10%，其安全性显而易见。

（2）节能，方便。一般大型工厂有氮气管道，只要将氮气接到钎焊