铜铝复合管制造方法

铜铝复合管制造 铜铝复合管制造方法 近几年来，随着国际电解铜价格的提高，铜管在空调成本中的比例已提高到约25,，空调等制冷行 业经营成本急剧上升，迫切需要理想的替代材料。如何研发出用于空调制冷的新材料，提升产品质量和 市场竞争能力，同时拓展管材生产厂自己的生存空间，成为摆在管材生产厂面前的现实难。近十年来， 业界的科研人员一直在尝试寻找替代材料，降低成本，纷纷进行铜铝复合技术的研发。 泰州凤凰机电设备有限公司从2004年起对铜铝复合管进行研制，现将相关情况介绍如下: 1 铜管与铜铝复合管的性能比较 在所有金属材料中，银的热传导性能(导热系数)最好，其次是铜、金、铝，同时银、铜、金、铝的伸长率 在金属中也是名列前茅，都具有很好的再加工性『l1。因为金和银价格昂贵、资源贫乏，在一般产品中很少 使用。目前国内空调、制冷行业管路系统绝大数使用的是上引式无氧铜管，其优点是:可以很方便地通过 火焰钎焊进行连接;不存在电化学腐蚀问题(如果全部采用铝管则很容易在连接处发生电化学腐蚀);管 路容易弯曲且弯曲过程中不容易折断等。因此，在可以高频感应钎焊连接、不发生电化学腐蚀方面，铜管 具有不可替代的作用。 根据相关资料记载 ，铜的瞬间导热能力是铝材的1(6倍，铝材的散热速度则是铜的2-3倍。如果能 将两种金属材料优点加以结合，将是完美的换热材料，因此，用铜和铝制成的铜铝复合管具有极好的热 传导性能。 另外，我国是一个铜资源缺口量很大的国家，研制、推广铜铝复合管可以减少国家铜的进口量，节约 铜资源，降低产品成本，具有很好经济效益和社会效益。 2 铜铝复合管的种类及应 用场合 铜铝复合管可分为:铜铝接头型铜 铝复 合管(见图1)、铜包铝型铜铝复合管 (见图 2)、铝包铜型铜铝复合管(见图3)。铜铝接头 型铜铝复合管主要应用于空调器室内机与室 外机的连接管路系统，铜包铝型铜铝复合管 作者简介:李仁j~((1970一)，男，江苏泰州人，助理师 I一艉蜃 2一螺质 图2 铜包铝型铜复合管示意图 3 铜铝复合管的,jn-r方法 铜铝复合管的加工方法通常有电阻焊接法、直管穿入法、外层包裹法、水平牵引连铸 。其中，电 阻焊接法用于加工铜铝接头型铜铝复合管，焊接后的铜铝接头型铜铝复合管经过必要的面防腐处理 后就可以作为产品销售。直管穿人法、外层包裹法用于加工铜包铝型铜铝复合管。直管穿入法、水平牵引 连铸法用于加工铝包铜型铜铝复合管。铜包铝型铜铝复合管和铝包铜型铜铝复合管加工后，还需要进行 拉制、成型、复绕、退火等工序，最后作为原材料销售。 3(1(电阻焊接法生产方法 铜铝接头型铜铝复合管生产方法有两种:一种为插人式焊接法，另一种为对撞式焊接法。 (1)插入式焊接法。先将铜管定尺为长度约120mm并将一端按要求制成锥形以便于插入铝管内(见 图1)，铝管按需要长度定尺，连接时采用专用电阻焊接机床，通过调整机床的电流、气压、焊接时间等参 数来保证焊接强度，焊接有效长度一般为5mm，不同规格的管材焊接时焊接参数不尽相同。此种结构的 铜铝复合管表面经过防腐处理后，既达到了铜制空调连接管的质量，又提高了抗弯性，减轻了产品重量 并大幅度地降低了产品价格。 (2)对撞式焊接法。对撞式焊接法又称碰焊。先将铜接头和铝管按需要长度定尺，并通过夹具保证 碰焊端端面垂直，否则焊接处铝管外表面铝焊珠较多从而影响管材的连接强度。 铜铝接头型铜铝复合管焊前铜管、铝管内外表面应洁净无油污，焊接时焊接电流的调整很重要，电 流小了起不到焊接效果;电流大了焊接处铝材熔化过烧也影响到焊接强度。 铜铝接头型铜铝复合管的特点:两头铜管接头长度较短，中问铝管较长。 铜铝接头型铜铝复合管所需设备为铜铝管焊接专用机床。生产效率高，设备投资不大。 3(2(直管穿入法 直管穿入法既可以加工铜包铝型铜铝复 合管，又可以加工铝包铜型铜铝复合管，为便 于使内管能穿 人外管之中，内管和外管之间要有一定的 间隙。采用直管穿人法加工工艺时，还需要采 用胀管法、加热 法、滚压法等工艺才能达到预期效果。 ， (1)胀管法。胀管法又可分为机械胀管法和气、液 胀管法。 1)机械胀管法。通过机械传动的方法推动胀头前 进，使内管胀大达到消除内管和外管之间的间隙，从 而使内管和外管之间能紧密结合。胀管法原理见图4。 2)气、液胀管法。先将内管的一端密封牢固，再从 图4 机械胀管法生产铜铝复合管示意图 内管的另一端向内管内腔压人气(液)体，逐步加大压力，直至内管变形从而消除与外管之间的间隙为止。 胀管后外管外径比未胀管前外管外径会有所增大。 胀管法所需T艺装备简单，投资很小。 (2)加热法。通过高频加热线圈快速对外管迅速加热，当温度达到材料熔点以下50’:C—IO0’C时，迅 速套人内管，待外管冷却收缩后从而达到消除内管和外管之间的间隙，使内管和外管能紧密结合。 与气(液)胀管法不同的是，采用加热法成型后外管外径会比未加热前外管外径有所减小。 加热法所需工艺装备简单，投资小。 (3)滚压法。通过对外管进行滚压使外管变形，消除内管和外管之间的间隙，达到使内管和外管之间 能紧密结合的目的。在滚压的同时，可使外管外表面获得所需的各种压纹(如直条纹、网纹、螺旋纹等)， 来达到增大散热面积，提高散热效果的目的。 同样规格的铜铝管经滚压后，外管未压纹的管材，其外管外径小于未经滚压的外管外径;外管压纹 的管材，其外管外径大于或等于未经滚压的外管外径。 滚压法所需工艺装备一般，设备投资较小。 (4)拉制法。一方面通过外力拉动内外管一起前进，另一方 面通过模具作用达到消除内管和外管之间的间隙，使内管和外 管之间能紧密结合。根据管材外径和壁厚的不同，一般选择 (1(5,5(o)v拉床，基本特征为管子作直线前进运动而模具不动。 缩径拉制法原理见图5。 经拉制后的复合管外径和内径比拉制前复合管外径和内 径都要小。拉制时通过调整外模孔径可精确控制外管外径。拉 制后的铜铝复合管外径尺寸公差可控制在?0(Olmm内。 拉制时，一般拉伸系数控制在1(50以内，否则易断管，但拉 伸系数过小时，不易消除内外管之间的间隙，且易使管材表面产 1-M管 2一铝管 3一楱具 图5 拉制法生产铜铝复合管示意图 生环形波纹，需多次拉制时，拉伸系数应逐步降低。同时拉制时，要在管材内外表面加适量专用润滑油。 拉制法所需设备为直拉机，设备投资中等。 3(3外层包裹法f铜带卷圆焊接法1 铜带卷圆焊接法适用于铜包铝型铜铝复合管。在外力作用下，使铜带逐步由平卷曲成圆形，再通过 焊接的方式成为有缝铜焊管，最后通过外模进行拉拔加工成铜铝复合管，其外观示意图见图 6。图7为 铜带逐步由平卷曲成圆形并焊接的示意图。 经拉制后的外管外径比拉制前外管外径要小。拉制时通过调整外模孑L径可精确控制外管外径，拉制 后的铜铝复合管外径尺寸公差可控制在?O(01mm内。 一铝管 一铜带 图7 外层包裹法生产过程管示意图 图6 外层包裹法铜铝复合管示意图 外层包裹法所用设备为专用机床，生产效率高，设备投资较大。 3(4水平牵引连铸法 水平牵引连铸法适用于铝包铜型铜铝复合管。水平牵引连铸法是通过充分利用铜和铝熔点不同的 特点，使铜管快速穿过液态铝再经冷却牵引而成为铜铝复合管。其成型原理见图8。 此种结构的铜铝复合管利用铜良好的导热性能及铝良好的比热值来增加传热速度，可取代目前大 量应用的铜内螺纹空调管材，它利用内层铜与 制冷剂接触吸热，外层的铝作为散热目的，成功 地实现了铜铝之间的冶金结合。在铜铝结合面 全部为原子问金属键结合，将两种金属的优点 完美地结合起来，具有很强的抗渗漏、抗振动疲 劳破坏能力。主要应用于空调与冰箱用蒸发器 和冷凝器、冰箱连接管、中央空调、风机盘管、热 水器管、暖气散热器等场合。此外，空调中的冷 凝器、蒸发器在采用铜铝复合管以后，复合管与 1一铜管2一保温层3一液态铝4一冷却液5一周液混合铝6一铜铝复合营 两器表面上的铝翅片间不发生电化学腐蚀，长 图8水平牵引连铸法生产铜铝复合管示意图 期使用不降低空调的制冷(制热)效果，同时由于该复合管利用内层铜与制冷剂接触吸热，外层的铝散 热，从而提高了空调的能效比。 水平牵引连铸法所需设备为专用机床，生产效率高，设备投资大。 4 铜铝复合管的市场前景 (1)随着我国人民生活水平的提高，对铜的需求量逐年增长。推广铜铝复合管可减少国家铜的进口 量、节约铜资源、降低能耗。 (2)相关资料统计表明4I，2007年11月份的铜价约为60000元,liq~，铝价约为20000元,吨，铜材价 是铝材价的3倍。另外，铜的比重为8(9g,cm，，而铝的比重为2(7g,cm ，铜的比重是铝的比重的3-3倍。以 春兰KFR一35GW,VL壁挂式空调为例，每套空调有两根连接管，其外径分别为中6(35和 12(7，长度均 为3(5m左右，如果用纯铜制造，则成本约为100元，如果以铜铝复合管替代，成本约50元，这意味着铜 铝复合管价格是纯铜管价格的1,2左右，因此推广使用铜铝复合管有很好经济效益。