曹国富;姜荣生;曹丽珠
【摘 要】In order to reduce the leak-rate of aluminum alloy composite HFW pipe used in condenser,the pore leaking, microfissure leaking and oxide inclusion leaking were analyzed by metallographic test,and weld leaking reason was demonstrated from welded pipe production. According to the research results,the main reasons of weld leaking in collecting pipe of condenser were irregular longitudinal section of aluminium tube blank,inner wall notch caused by guide ring,and improper welding parameter control. For leaking reason,the optimizing solutions of aluminium tape slitting process,guide ring design, welding parameter were proposed. Production practice showed that the solutions reduced the leak-rate of collecting pipe weld observably.%为了进一步降低冷凝器用铝合金复合管的泄漏率,采用金相试验对冷凝器用铝合金复合高频焊管焊缝气孔泄漏、 显微裂纹泄漏和氧化物夹杂泄漏3种形式进行了分析,并从生产角度对焊缝泄露的原因进行了论证.研究结果表明,铝管坯纵切面不规整、 导向环啃食成型开口圆管筒内侧边缘及焊接工艺参数控制不当等是冷凝器集流管焊缝泄 漏的主要原因.针对以上泄露原因,提出了铝带纵剪分条优化工艺、 导向环优化设计和焊接工艺参数优化等解决方案.实践证明,解决方案显著降低了冷凝器集流管焊缝泄漏率.
【期刊名称】《焊管》
【年(卷),期】2017(040)010
【总页数】8页(P44-51)
【关键词】冷凝器集流管;焊缝泄漏;铝合金复合高频焊管;金相分析
【作 者】曹国富;姜荣生;曹丽珠
【作者单位】上海萨新热传输材料有限公司 , 江苏 东台 224000;上海萨新热传输材料有限公司 , 江苏 东台 224000;上海萨新热传输材料有限公司 , 江苏 东台 224000雨水弃流井
【正文语种】中 文
【中图分类】TG146.2
女用站式小便器冷凝器是一种可以将气态物质凝结成液态的设备，广泛应用于汽车空调、家用空调等领域，它由集流管和翅片两部分构成。将冷凝器用铝合金复合高频焊管（以下简称冷凝器集流管）的泄露率控制为零，一直是铝带供应商、铝焊管生产者和冷凝器制造者各方努力的目标，但是仍有关于冷凝器集流管泄漏的报道出现。本研究试图从冷凝器集流管生产者的角度来分析导致冷凝器集流管泄漏的原因，并提出解决方案，以期进一步降低冷凝器集流管的泄漏率。
常用冷凝器集流管的规格为Φ20 mm×（1.2～1.5）mm，是 H14状态的 AA4343/AA3003铝合金复合板带经高频焊接而成，覆层是AA4343，复合率 10%±1.5%，基板为 AA3003；并且要求AA4343覆层在管外，以便后道工序的钎焊。Φ20 mm×1.2 mm冷凝器集流管结构如图1所示，H14状态的AA4343/AA3003铝合金复合板带的化学成分和力学性能分别见表1和表2。
统计数据显示，冷凝器集流管的泄漏点99.8%集中在焊缝区域，焊缝泄漏主要有气孔泄漏、显微裂纹泄漏和夹杂泄漏3种表现形态。
气孔泄漏指当试验压力尚未达到规定值时焊缝区域出现的泄漏，其低倍形貌如图2（a）所
示。在图2（b）所示的400倍显微组织中可见晶粒边界局部变宽，在3个晶粒的交界处有复熔共晶三角形且部分晶间断裂，晶粒内有复熔共晶球；在图2（c）所示3003基体中，强化相呈现明显富集长大现象。这些复熔共晶三角形、复熔共晶球和强化相富集长大均会导致焊缝组织疏松，在高压作用下易发生泄漏。
观察冷凝器集流管焊缝的显微组织可以发现，其裂纹分为贯穿性微裂纹和局部微裂纹两大类，如图3所示。这两类显微裂纹都具有较强隐蔽性，通常在服役前均能通过水压试验进行判别。前者在服役不久后焊缝部位将发生泄漏，后者是长期服役后局部微裂纹在应力作用下起裂扩展所致。
现浇箱梁施工夹杂泄漏是指在冷凝器集流管的焊缝中，存在与铝合金组织不相干的金属氧化物或非金属氧化物，如Al2O3、SiO2等，如图4所示。以Al2O3为例，由于氧化铝密度（3.85 g/cm3）比4343或3003铝合金密度（2.6～2.8 g/cm3）大许多，在焊接过程中，若挤压力偏小则Al2O3挤排不彻底，会残留在焊缝中形成夹杂。这些夹杂物既破坏了焊缝组织的连贯性，同时又成为起裂源与泄漏隐患。
由此可见，无论冷凝器集流管焊缝泄漏的形态如何，其成因大多与焊管生产工艺中的焊接
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工艺参数、轧辊孔型、操作调整及铝带剪切缺陷等密不可分。
根据对铝管坯边缘纵切面低倍金相形貌分析可知，管坯边缘对接呈现3种基本匹配形态，且会形成不同焊缝品质。7bbuu
（1）管坯两边缘切面规整。如图5所示，由这种管坯成型的待焊圆管筒，容易实现管坯两边缘的平行对接与焊接，焊接热影响区对称，熔合线粗细均匀、笔直清晰。这种焊缝强度最高，缺陷最少，通常不会发生泄漏。
（2）管坯边缘一面规整一面不规整。边缘不规整的切面呈现“撕裂”状，如图6所示，由这种一面规整一面不规整的对焊面形成的焊缝，内侧易形成显微裂纹。这是因为在焊接压力、焊接热量和焊接速度等焊接要素相同的条件下，与边缘规整的两对焊面比较，“撕裂”处受到的挤压力相对较小，容易形成局部显微裂纹。
卷制成形过程中，当“撕裂”口卷制在管外壁（反向卷制）时，焊缝外侧易出现显微裂纹；当“撕裂”口卷制在管内壁（正向卷制）时，则焊缝内侧易生成显微裂纹。
集流管焊缝存在显微裂纹时，在随后的钎焊过程和服役过程中，将不断受到温度交变应力
和高频震动作用，其焊缝中的显微裂纹会逐步扩展成为小孔洞，然后小孔洞聚集连接发展成为宏观裂口，最终导致泄漏。
（3）管坯两边缘均呈“撕裂”状，如图7所示，与这种管坯相对应的焊缝熔合线模糊不清。 “撕裂”状管坯两侧边缘各对应点（见图8）在高频电流集肤效应和邻近效应共同作用下所形成的电流密度差异较大，由此根据式（1）焦耳—楞次定律可以得到管坯边缘各点的焊接温度。
且 QA≠Qa≠QB≠Qb≠…。
其中， QA、Qa、 QB、 Qb 和 IA、 Ia、IB、Ib 分别表示管坯两侧边缘各点的焊接热量和感应电流强度；t表示时间。这样由式（1）可以知道焊缝内各点焊接温度混乱，高低不等。当选择固相焊接制度时，焊缝局部存在冷焊与微裂纹风险；当选择熔融焊接制度时，焊缝局部存在过烧与氧化物夹杂的几率；当选择固熔焊接制度时，则冷焊、显微裂纹风险和过烧、氧化物夹杂的几率共存，这些均是焊缝潜在起裂源与泄漏诱因。
高频铝焊管成型，无论是设计理念还是设计方法，尚没有专门针对铝焊管成型的轧辊孔型。以导向环倒角为例，仍旧沿用钢管成型用导向环的倒角角度
式中：b—导向环厚度；
B—铝管坯宽度；
ΔB1—成型余量。
但与钢质管坯相比，铝管坯较软，如基板AA3003、状态H14的铝管坯，其屈服强度仅是SPCC（一般用冷轧碳钢薄板及钢带）钢管坯的64.1%，硬度仅是33.3%，所以对铝管坯而言，倘若成型不充分，或发生回弹，则钢质导向环便会挤溃铝质成型管筒内边缘。图9所示为被导向环挤溃的成型铝管坯的低倍形貌。由这种“缺内角”管筒形成的焊缝，其内侧会因材料缺失导致该部位不受或受到很小挤压力作用，极易产生微裂纹，甚至宏观裂纹，亦为图6（b）所示缺陷的重要成因。
铝合金由固态转变为液态时没有明显颜变化，不利于操作者判断焊接温度及对输入热量的把控，同时又更多担心发生冷焊，故常常因焊接温度过高而不被察觉，导致过烧，甚至烧穿。在图2（b）和图2（c）中，不论是共晶复熔球的出现，还是晶间断裂，或者是强化相富集长大，这些均是铝合金过烧的基本特征。说明这种泄漏是焊接过程中局部温升过高
引起铝管坯边缘熔化，并在随后冷却结晶过程中形成疏松的、具有铸造组织的结果，该疏松的焊缝在高压液体作用下局部易发生渗（泄）漏。
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