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某焊接組件高頻釬焊脫焊故障工藝性分析及解決措施

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某焊接組件高頻釬焊脫焊故障工藝性
分析及解決措施
慶安集團(tuán)有限公司（西安市710077） 閆曉鋒 劉軍平 戈和偉易振國(guó)
摘要文中從釬焊準(zhǔn)備、釬縫間隙、釬劑活性與添加過(guò)程、釬焊加熱溫度、工藝過(guò)程控制以及釬焊后的檢測(cè)技 術(shù)等方面逐一分析了某焊接組件高頻釬焊的脫焊原因，并基于原因分析簡(jiǎn)要介紹了應(yīng)對(duì)措施及效果驗(yàn)證,最后指 出了進(jìn)一步提高一次合格率和穩(wěn)定高頻釬焊質(zhì)量的努力方向。
關(guān)鍵詞：管件高頻釬焊故障分析解決措施
中圖分類號(hào)：TG454

1問(wèn)題由來(lái)
某產(chǎn)品組件由lCrl8Ni9Ti管與lCrl8Ni9Ti延伸件 高頻釬焊而成，釬料為HLAgCdZnCu,如圖1所示，返廠 分解發(fā)現(xiàn)高頻釬焊處脫焊。
管
延伸件
 
圖1焊接組件脫焊圖

2工藝概述 2.1焊接組件釬焊結(jié)構(gòu)
焊接組件上管與延伸件采用感應(yīng)釬焊，零件的材 料均為lCrl8Ni9Ti不銹鋼，延伸件被焊端為錐形臺(tái)柱, 中心孔徑＜H- 8 to：os mm,深5. 1 *腐mm,釬焊前將經(jīng)加 工的管（外徑（H- 8_爲(wèi)2 mm） —端裝配到延伸件 ©4. 8：常mm孔底。釬焊裝配間隙要求為0. 05 -0. 12 mm（即釬縫間隙為0.025 -0.06 mm）,如圖2所示。
收稿日期:2010-12-24
高頻釬縫間隙
延伸體0.025~0.06 mm 管
 
圖2焊接組件焊接裝配示意圖

2.2焊接組件高頻釬焊工藝過(guò)程
焊接組件管與延伸件工藝過(guò)程為:感應(yīng)釬焊-釬 焊后目視檢查焊縫質(zhì)量f熒光檢查-500 N拉力檢測(cè) （控制拉力檢測(cè)前后的長(zhǎng)度）-熒光檢查―裝配試驗(yàn) （液壓試驗(yàn)不允許泄漏）。
3焊接組件高頻釬焊脫焊分析
3.1焊接組件脫焊概要分析
用體式鏡觀察管件脫焊部位形貌，如圖3所示。 僅在釬縫口部均勻釬焊了一圈釬料，釬透深度大約為 0.7 mm,僅有一處約為1.3 mm。而在2個(gè)零件之間相 互交接的釬焊面上幾乎未看到一點(diǎn)釬料，顯然是釬料 在釬焊過(guò)程中未能充分鋪展填縫所致，即釬料填縫不 良造成的故障。
3.2造成釬料填縫不良的原因分析
3.2.1釬焊前表面清理的影響
經(jīng)查，故障件在焊接裝配前,操作者按照工藝要求 對(duì)整個(gè)零件進(jìn)行了汽油清洗和無(wú)水乙醇的清洗，目視 觀察脫開(kāi)故障件的管件和延伸件的釬焊部位的表面， 
 
網(wǎng):釬焊專，殍

圖3脫焊部位局部放大

表面有輕微的氧化色，未發(fā)現(xiàn)有其它異物,說(shuō)明焊前的 清理工作符合工藝要求，釬焊前表面清理不是造成釬 料填充不足的主要因素。
3.2.2釬縫間隙的影響
實(shí)際測(cè)得故障件管件外徑為 g 795 mm,延伸件 孔內(nèi)徑為g 86 mm,釬縫間隙理論計(jì)算結(jié)果為0. 032 5 mm,符合工藝規(guī)定的釬縫間隙0. 025 - 0. 06 mm。在 高頻釬焊過(guò)程中因采用了帶有上、下頂尖的裝配定位 夾具，可以保證釬縫間隙符合工藝要求，即使夾具定位 產(chǎn)生極限偏差，使其極限釬縫間隙為0 ~ 0. 065 mm,至 少裝配間隙一部分符合用HLAgCdZnCu釬焊 lCrl8Ni9Ti不銹鋼推薦間隙0.05 -0.15mm,也應(yīng)在極 限間隙為0.065 mm —側(cè)產(chǎn)生毛細(xì)作用，形成釬縫，但 事實(shí)上故障件間隙中幾乎無(wú)釬料。所以故障件釬縫間 隙不是造成故障件釬料填充不足的主要因素。
3.2.3釬劑活性和釬劑添加過(guò)程的影響
3.2.3.1釬劑使用控制分析
生產(chǎn)中所用焊劑103,其主要成份：氟化鉀KFM 95%,碳酸鉀KCO3W5%,開(kāi)始熔化溫度為550 %,超 過(guò)750乜則被分解，活性大大降低。溫度過(guò)高會(huì)使釬 劑失去作用,導(dǎo)致焊接失敗，引起脫焊故障。釬焊過(guò)程 中僅能觀察到釬劑在釬料的添加端熔化及流動(dòng)浸潤(rùn)的 情況，無(wú)法觀察到釬縫內(nèi)部的情況。為了確保零件和 釬料表面不被氧化，同時(shí)更好的發(fā)揮釬劑對(duì)焊道的清 理作用（清除表面氧化物）和提高釬料在零件表面的潤(rùn) 濕能力，工藝上采取了以下控制措施:①將釬劑的有效 期控制為1年,并明確了釬劑的保存要求;②明確了釬 劑的添加控制要求，即在釬焊過(guò)程中，在對(duì)釬料加熱 前，首先在釬縫的口部預(yù)置一定量的釬劑，隨高頻加熱 釬劑熔化,沿著焊縫間隙流入釬縫來(lái)發(fā)揮釬劑對(duì)焊道 的清理作用,隨后將釬料環(huán)移至加熱部位，在對(duì)零件加 熱的過(guò)程中釬料被同時(shí)加熱熔化，在整個(gè)加熱過(guò)程中 操作者還應(yīng)不斷地向釬料表面添加釬劑；③控制加熱 溫度在650 T左右,使溫度不超過(guò)700七。
經(jīng)查，故障件生產(chǎn)過(guò)程中的操作者、所使用的設(shè) 備、感應(yīng)器（感應(yīng)圈）,以及生產(chǎn)過(guò)程中所選用的加熱功 率均未發(fā)生改變，生產(chǎn)過(guò)程中操作者也是按上述工藝 要求進(jìn)行釬劑添加操作的" 3.2.3.2釬劑活性分析
釬劑在釬焊的過(guò)程中清除母材和釬料表面的氧化 物，為液態(tài)釬料在母材上的鋪展填縫創(chuàng)造必要的條件, 以液態(tài)薄層覆蓋母材和釬料面，隔絕空氣而起到保護(hù) 作用，并起界面活性作用，改善液態(tài)釬料對(duì)母材的潤(rùn) 濕。
從故障件管件和延伸件的釬焊部位的表面目視 觀察來(lái)看，表面僅有輕微的氧化色，未發(fā)現(xiàn)留存的釬 劑和釬劑流過(guò)表面留下的沖刷痕跡，對(duì)于此現(xiàn)象，可 能有二種截然不同的分析，一種是認(rèn)為在釬焊過(guò)程 中沒(méi)有一點(diǎn)釬劑進(jìn)入釬縫，另一種是釬劑對(duì)零件表 面清理得很徹底。為了驗(yàn)證釬劑未進(jìn)入釬縫分析的 正確性，為此取二件零件模擬了釬劑添加的過(guò)程（加 熱過(guò)程中未加釬料，所用釬劑與故障件釬劑為同一釬 劑），并且脫開(kāi)后目視觀察釬劑在表面的留存情況，發(fā) 現(xiàn)兩件模擬件的表面狀態(tài)與故障件相比有明顯的差 異，明顯能觀察到釬劑的留存和釬劑流過(guò)的沖刷痕跡, 因此可以斷定故障件在釬焊過(guò)程中釬劑填縫不良，幾 乎未進(jìn)入釬縫，也就未起到釬劑在釬焊過(guò)程中應(yīng)起的 作用，即促進(jìn)釬料在零件表面潤(rùn)濕和促進(jìn)毛細(xì)填縫的 作用。
3.2.3.3造成釬劑填縫不良的分析
由于受該零件接頭形式的限制，釬焊過(guò)程中使用 釬焊夾，當(dāng)管件端面與延伸件內(nèi)孔端面貼合緊密時(shí)，釬 焊過(guò)程中預(yù)置在延伸件孔口的釬劑首先熔化,封閉延 伸件孔口，釬縫間隙此時(shí)形成封閉空間，釬縫間隙中的 空氣無(wú)法排出，阻止了熔化的釬劑向釬縫間隙的毛細(xì) 鋪展。從而阻止了釬料的進(jìn)一步毛細(xì)填充，這是造成 釬料填充不足的主要因素。
3.2.4釬焊加熱溫度的影響
高頻感應(yīng)釬焊為手工釬焊，釬焊時(shí)焊件的裝卸、釬 焊過(guò)程實(shí)施和參數(shù)調(diào)節(jié)都是手工操作完成，這種操作 方式對(duì)操作者技術(shù)水平要求高。加熱過(guò)程中，借助斷 續(xù)通電加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)零件的均勻加熱，對(duì)于加熱溫度，則 依靠操作者目視觀察焊件加溫顏色進(jìn)行判斷,所以誤 差較大。因生產(chǎn)中高頻釬焊屬于單件生產(chǎn)，對(duì)于整批 零件而言，零件和零件之間存在個(gè)性差異。 
釬焊專題

3.3分析結(jié)論
綜上所述，造成故障件釬料填充不足的主要原因: ①受該零件接頭形式的限制，兩零件的端面貼合緊密 時(shí)，焊縫間隙中的空氣將無(wú)法排除，排不出的空氣阻止 了熔化的釬劑和釬料向釬縫間隙的毛細(xì)鋪展;②高頻 釬焊屬于手工操作,完全靠操作者的目視觀察來(lái)控制 加熱溫度,很難消除零件之間的個(gè)性差異。
4故障件未被檢測(cè)出分析
由于目前尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)只通過(guò)釬焊過(guò)程的控制來(lái)保 證零件的焊接質(zhì)量要'求，因此還得依賴釬焊之后的檢 測(cè)來(lái)對(duì)零件進(jìn)行進(jìn)一步的篩選,以剔除不合格零件。 4.1.焊接組件高頻釬焊結(jié)構(gòu)分析
焊接組件上高頻釬焊的接頭形式如圖4所示，屬 于明置釬料接頭。
 
圖4釬料明置接頭方式■

該種接頭方式與暗置接頭方式（圖5）相比，在保 證釬料的填縫方面具有明顯的弱點(diǎn)，如釬料易向間隙 外的零件表面流失，釬料受干擾易錯(cuò)動(dòng)及釬料填縫路 徑較長(zhǎng)等，不利于保證穩(wěn)定的釬焊質(zhì)量。
 
圖5釬料暗置接頭方式
在檢測(cè)方面，明置接頭方式焊后的目視檢查和熒 光檢查僅能檢查釬料添加一端,無(wú)法觀測(cè)到釬縫的另 一端,從而無(wú)法判斷釬料在釬縫中的流動(dòng)情況。暗置 接頭方式則可從釬縫另丄端釬料的流出情況判斷整個(gè) 釬縫的基本釬焊情況。
4.2無(wú)損檢查方法分析
對(duì)于一般焊縫內(nèi)部缺陷的無(wú)損檢測(cè)常采用X射線 和7射線、超聲波（C掃描）、工業(yè)CT、紅外熱成像等方 法檢驗(yàn)。但對(duì)于釬焊接頭，由于釬縫很薄，在工件較 厚、接頭形式或釬焊構(gòu)件形狀的局限，常因設(shè)備靈敏度 不夠而無(wú)法發(fā)現(xiàn)缺陷，難以發(fā)現(xiàn)厚度0.05 mm以下的 面型缺陷。而焊接組件高頻釬焊件釬縫理論間隙為0. 025 - 0.06 mm,故障件間隙為0.032 5 mm,小于0.05 mm,所以常規(guī)的無(wú)損檢查檢測(cè)焊接組件高頻釬焊件釬 縫的內(nèi)部質(zhì)量比較困難。
所以，為了保證焊接組件釬焊質(zhì)量,該件在設(shè)計(jì)的 受力分析的基礎(chǔ)上,增加了 500 N拉力檢測(cè)。
從故障件生產(chǎn)過(guò)程來(lái)看，零件高頻釬焊后均通過(guò) 了熒光.500 N拉力檢測(cè)等各項(xiàng)檢查并滿足工藝控制要 求，同時(shí)按產(chǎn)品技術(shù)條件要求被抽取進(jìn)行了 -55七/ 2 h低溫試驗(yàn)，在高頻釬焊釬料填充不足（僅0.7 mm釬 焊面）的情況下，由于釬料和母材成份不同，兩者之間 的線膨脹系數(shù)也有差異,在低溫試驗(yàn)過(guò)程中在兩者的 交界面之間產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，有可能造成缺陷釬縫的損傷, 在外廠工作中受力的情況下，發(fā)生脫落。
5解決措施及效果驗(yàn)證 5.1管件增加工藝排氣孔
基于故障件形貌及上述釬劑填縫不良分析，即釬 縫間隙在釬焊過(guò)程中形成封閉空間，釬縫間隙中的空 氣無(wú)法排出，阻止了熔化的釬劑向釬縫間隙的毛細(xì)鋪 展的結(jié)論，采取在管距端面2 mm處沿圓周對(duì)稱位置打 4個(gè)颯）.5 mm工藝排氣孔的方案，如圖6所示,解決了 釬焊過(guò)程排氣不暢問(wèn)題。
 
圖6管件工藝排氣孔
5.2增加內(nèi)窺鏡檢查
基于焊接組件高頻釬焊僅能在添加釬料端目視檢 查釬焊質(zhì)量，不能在釬焊另一端檢查釬焊質(zhì)量的局限 性,增加“高頻釬焊后內(nèi)窺鏡檢查管件4個(gè)颯).5 mm工 藝排氣孔處應(yīng)有釬料，但不應(yīng)有焊瘤”的檢驗(yàn)控制要 求，當(dāng)4個(gè)工藝排氣孔位置均有釬料時(shí),通過(guò)零件尺寸 理論計(jì)算釬著率約占整個(gè)釬焊面積的60%，解決了釬 焊后無(wú)法檢測(cè)釬著率問(wèn)題。
5.3釬縫間隙的控制
基于HLAgCdZnCu釬焊lCrl8Ni9Ti不銹鋼推薦釬 縫間隙0.05 ~0. 15 mm,而焊接組件管件和延伸件釬 焊裝配間隙要求為0.05 -0. 12 mm(即釬縫間隙為 0.025 ~0.06 mm)。為提高釬劑和釬料填縫能力，工藝 內(nèi)控釬縫間隙為0.037 5 -0.06 mm,控制在現(xiàn)有工藝 要求釬縫間隙0.025 -0.06 mm的中上限。通過(guò)內(nèi)控 延伸件內(nèi)孔＜H- 8 to：05 mm改為8 :牆5 mm實(shí)現(xiàn)。 5.4效果驗(yàn)證
上述措施已通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證和生產(chǎn)批考核,一次釬 焊合格率在70%左右,通過(guò)返修合格率可達(dá)85%左 右。
6結(jié) 語(yǔ)
鑒于目前高頻釬焊過(guò)程控制和后續(xù)檢測(cè)的局限 性，為進(jìn)一步提高一次釬焊合格率，減小生產(chǎn)質(zhì)量波 動(dòng)，后續(xù)仍需從以下方面進(jìn)行努力改進(jìn)。
(1)	進(jìn)行高頻釬焊設(shè)備的自動(dòng)控溫和自動(dòng)控制時(shí) 間的研究,并針對(duì)自動(dòng)控溫和時(shí)間的高頻設(shè)備進(jìn)行零 件工藝參數(shù)的摸索試驗(yàn),盡可能降低對(duì)操作人員技能 的依賴性，主要依靠設(shè)備控制穩(wěn)定零件釬焊質(zhì)量。
(2)	配備可視化內(nèi)窺鏡進(jìn)行零件檢查，降低檢驗(yàn) 人員視覺(jué)疲勞;進(jìn)一步進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)研究,通過(guò)無(wú)損檢 測(cè)釬縫釬著率情況，制定無(wú)損檢測(cè)釬著率驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
作者簡(jiǎn)介：閆曉鋒,1976年出生，工學(xué)學(xué)士，高級(jí)工程師。主 要從事焊接工藝技術(shù)研究與管理工作，已發(fā)表論文 3篇，沉淀硬化不銹鋼時(shí)效后焊接工藝研究曾獲部 級(jí)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

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