“我們用了10噸銅，實(shí)驗(yàn)了無數(shù)次，才發(fā)現(xiàn)與世界權(quán)威焊接方法相反的創(chuàng)意才是真正的解決之道，這個(gè)創(chuàng)意造就了空調(diào)銅鋁連接管這個(gè)新型產(chǎn)品?！敝袊Ｑ蟠髮W(xué)材料科學(xué)與工程研究院高級(jí)工程師趙越對(duì)記者說。
趙越所說的是，被稱為世界級(jí)難題的、適合于工業(yè)化生產(chǎn)的薄壁銅鋁管焊接技術(shù)，是空調(diào)器連接管鋁代銅的關(guān)鍵技術(shù)。說它是世界難題并非夸大其詞，不少發(fā)達(dá)國家研究了多年，工業(yè)上只能實(shí)現(xiàn)焊接壁厚1.0毫米以上銅鋁管，但比這薄的銅鋁管焊接技術(shù)一直沒有突破?！岸覀円鉀Q的是，可用于空調(diào)器生產(chǎn)的薄壁銅鋁管對(duì)接焊問題。”
傳統(tǒng)上，空調(diào)產(chǎn)品的制冷管路用的都是銅管。但銅一直是全球性緊缺資源，銅的價(jià)格飛漲，已經(jīng)影響到空調(diào)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而我國的鋁資源比較豐富，鋁產(chǎn)業(yè)也比較發(fā)達(dá)。因此，空調(diào)制冷管路用鋁代銅成為大勢(shì)所趨。
用鋁代銅，最關(guān)鍵的技術(shù)就是銅鋁管對(duì)接焊問題。為此，在國內(nèi)焊接行業(yè)頗有名氣的青島市海青機(jī)械總廠聯(lián)合中國海洋大學(xué)，組成了課題攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，主動(dòng)承擔(dān)起了這項(xiàng)技術(shù)的攻關(guān)任務(wù)。
薄壁銅鋁焊接之所以被稱為世界難題，是有其客觀因素的。銅的熔點(diǎn)是1083攝氏度，鋁的熔點(diǎn)是660攝氏度，這相差400多攝氏度的熔點(diǎn)，形成的結(jié)果就是鋁化了，銅可能還只是發(fā)軟。更困難的是，鋁還會(huì)天然地在表面生成氧化膜，由于制冷管路有潔凈度要求，這層氧化膜不能用添加助劑的方法清除，也很難用物理方法清除，而這層氧化膜的熔點(diǎn)又達(dá)2000攝氏度，這三個(gè)不同的熔點(diǎn)，致使銅鋁焊接極易形成虛焊甚至焊不上。過去，采用一些特種焊接方法，如爆炸焊、擴(kuò)散焊、儲(chǔ)能焊、摩擦焊等方法，通過施加焊接助劑，也可以實(shí)現(xiàn)銅鋁焊接，但這些方法或者只能完成1.0毫米以上銅鋁管焊接，或者由于成本高、工藝復(fù)雜，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。一些國家嘗試?yán)勉~鋁共晶組織構(gòu)成焊縫，實(shí)現(xiàn)薄壁銅鋁焊接，并為此進(jìn)行了廣泛的研究，但沒有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用?？照{(diào)制冷管路的管壁非常薄，只有發(fā)明新的焊接方法形成薄壁銅鋁管的工業(yè)化焊接生產(chǎn)，才能真正實(shí)現(xiàn)在空調(diào)制冷管路上用鋁代替銅的目標(biāo)。
“一開始我們遵循著利用銅鋁共晶組織構(gòu)成焊縫的思路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于管壁太薄，共晶組織十分脆弱，因此，焊縫質(zhì)量非常差，甚至用手一撕就撕下來了。于是，我們便開始尋找全新的創(chuàng)意?！壁w越回憶說。
新創(chuàng)意來源于大量的實(shí)驗(yàn)和剖析。
課題組采用的焊接方法是通常采用的電阻焊接法，他們開始嘗試不斷地增加壓力參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有的管路焊接起來能撕下來，而有的撕不下來，通過分析，他們發(fā)現(xiàn)，凡是能撕下來的，都形成了共晶組織，而撕不下來的卻沒有發(fā)現(xiàn)共晶組織。
為什么沒有銅鋁共晶組織的焊縫，反而有效呢？經(jīng)過深入研究，課題組發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上銅鋁共晶組織是形成虛焊的“罪魁禍?zhǔn)住?，薄壁銅鋁管焊接的關(guān)鍵是將銅鋁共晶組織從焊縫中清除掉，否則焊縫機(jī)械性能差的弱點(diǎn)將暴露無遺，這也是薄壁銅鋁管不容易焊接的真正原因。
弄清了原由，課題組開始了無共晶組織焊接法的研發(fā)，經(jīng)過一年半時(shí)間的研究，歷經(jīng)了數(shù)萬次反復(fù)實(shí)驗(yàn)，他們對(duì)壓力參數(shù)、電氣參數(shù)、尺寸參數(shù)以及材料成分偏差等多種因素都了然于心，終于發(fā)明成功了一種全新的焊接法————電阻壓力焊接法，這種焊接法可以在焊接中實(shí)現(xiàn)焊縫中無銅鋁共晶組織、銅鋁原子結(jié)合，焊縫非常牢固，經(jīng)過拉伸、彎曲、壓扁等各種機(jī)械試驗(yàn)，都沒有出現(xiàn)任何縫隙。由此，以這種焊接法為技術(shù)核心的“銅鋁空調(diào)連接管”項(xiàng)目獲得了國家發(fā)明專利，并被科技部、商務(wù)部、國家質(zhì)檢總局和國家環(huán)保總局四部委聯(lián)合確定為國家重點(diǎn)新產(chǎn)品。目前，這一項(xiàng)目正在申請(qǐng)國際發(fā)明專利。
青島市海青機(jī)械總廠采用薄壁銅鋁管焊接技術(shù)生產(chǎn)的“銅鋁空調(diào)連接管”投入市場(chǎng)后，由于其銷售價(jià)格比銅管降低了一半，加上其性能、使用壽命和安裝方便度都優(yōu)于純粹的銅管，迅速贏得了空調(diào)廠商的青睞，產(chǎn)品供不應(yīng)求。目前，國內(nèi)大部分空調(diào)企業(yè)應(yīng)用了這一技術(shù)產(chǎn)品，韓國、日本的空調(diào)企業(yè)也開始使用此項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)品。同時(shí)，其產(chǎn)品質(zhì)量也經(jīng)受住了市場(chǎng)的檢驗(yàn)，從2004年投產(chǎn)以來，累計(jì)投放市場(chǎng)近600萬套“銅鋁空調(diào)連接管”，合格率達(dá)100%。
“由此，我們贏得了一個(gè)全新的市場(chǎng)?！壁w越說，“僅以我國空調(diào)市場(chǎng)計(jì)算，每年5000萬套的銷售量，意味著每年將有近20億元的銅鋁連接管市場(chǎng)容量，同時(shí)還將減少5萬噸的用銅量?！?
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