20mm铜铝管自动焊接技术研究申报书.doc

序号： 编码： 第十届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书 作品名称： 20mm铜铝管自动焊接技术研究 学校全称： 沈 阳 工 业 大 学 申报者姓名 刘日芬 （集体名称）： 20mm铜铝管自动焊接技术研究队 类别：自然科学类学术论文哲学社会科学类社会调查报告和学术论文科技发明制作A类科技发明制作B类报送方式：省级报送作品高校直送作品A2申报者情况（集体项目）说明：1.必须由申报者本人按要求填写； 2.申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列； 3.本表中的学籍管理部门签章视为对申报者情况的确认。申报者代表情况姓名刘日芬性别女出生年月1985.6.21学校沈阳工业大学系别、专业、年级材料学院成控0306班学历本科学制四年入学时间2003.9作品名称20mm铜铝管自动焊接技术研究毕业论文题目Al-Cu-xMg合金时效初期微观结构演变的计算机模拟通讯地址沈阳工业大学769信箱邮政编码110023办公电住地通讯地址沈阳工业大学7舍308邮政编码110023住宅电他作者情况姓 名性别年龄学历所在单位徐在山男23本科沈阳工业大学王思闯男23本科沈阳工业大学马玉强男22大专沈阳工业大学辽阳分校邓柳平男23本科沈阳工业大学资格认定学校学籍管理部门意见以上作者是否为2007年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的高等学校中国籍专科生、本科生、硕士研究生或博士研究生。是否 （部门签章）年 月 日院、系负责人或导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果。是否负责人签名：年 月 日B3申报作品情况（科技发明制作）说明：1必须由申报者本人填写； 2本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认； 3本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、原理结 构图、外观图（照片）,也可附鉴定证书和应用证书； 4作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称20mm铜铝管自动焊接技术研究作品分类（A ）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标设计目的概述：在资源短缺的当今时代，为了降低生产成本，提高市场竞争力，电冰箱、空调等制冷电器、设备的冷凝器、蒸发器已大部分采用铝材来取代相对昂贵的铜材，铝材需与之相连的钢材设备如压缩机焊合，而铝材与钢材的焊合困难，需中间加上铜材来过渡，即需要用到铜铝管接头，铜铝管焊机应运而生，焊接812mm的焊接技术已经成熟,并得到有效应用。然而，由于存在相对直径较大的异种金属铜-铝管的焊接问题，加上技术条件等原因的限制，国内外尚未见有20mm铜铝管焊接机报道。可是，制冷企业利用铝代替铜不仅仅是用在小型设备上，同时也开始用在大型设备上，如中央空调，大冰箱等，以扩大铝代替铜的应用范围，提高铝代替铜的利用率，逐渐实现完全的铝代替铜。为此，就有了直径相对较大的铜铝管焊接机的市场需求（这也可从多家企业求购我们研制成的焊机这个事实说明）本项目正是应这个需求，为实现20mm铜铝管优质焊接而设计。基本思路是：分析20mm铜铝管接头焊接难点的基础上，采用新材料、新方法及新工艺，改进铜铝管焊接设备，包括：执行机构，改进了气动管路走向，使之更加合理，且节省了管路材料；焊接电路，加大了焊接线圈容量，达50kVA，满足20mm铜铝管的焊接需要控制系统，采用新型可编程控制器，提高了焊接时间控制精度，改进后达0.001s；夹具和钳口，研制了新型耐高温氧化、耐磨损且不变形的夹具和钳口。而后采用改进的铜铝管焊接设备， 对20mm的铜铝管焊接工艺参数进行了试验研究，并参照6mm-12mm铜铝管接头的焊接质量要求，对20mm铜铝管接头的焊接质量进行了检测，并分析焊接成品的质量。创新点在于：1 实现20mm铜铝管优质焊接。2研制耐高温氧化,耐磨损,不易变形的材料作夹具和钳口,适应20mm铜铝管的焊接特点,保证焊接质量及焊机寿命。3 精密的焊接参数及焊接工艺过程控制系统。根据20mm铜铝管的焊接特点,采用某种新型的可编程控制系统,其可靠性好, 控制准确，控制精度高,尤其是对铜铝管焊接的时间参数控制精度达0.001s,抗干扰能力强,功能完善,体积小,能耗低,且有故障自诊断功能,程序的设计、调试、修改和维护都很方便。4焊机具有预调谐与预显示功能，可人机对话，设计合理,性能可靠,使用安全节能,调试和安装工艺简单等特点。此外该设备还可以应用于其他异种材料的焊接。技术关键是：1：实现20mm铜铝管的稳定、可靠焊接;2：设计高精度，智能化的20mm铜铝管自动焊接控制系统及设计 20mm铜铝管焊接执行机构；3: 研制耐高温氧化,耐磨损,不易变形的夹具和钳口,适应20mm铜铝管焊接,保证焊接质量及焊机寿命.4: 确定20mm铜铝管焊接的焊接工艺参数, 5：检测20mm铜铝管接头的焊接质量；主要技术指标：焊接线圈容量50kVA；焊接时间控制精度0.001秒；铜铝管规格60.75201.5 mm；单支铜铝管接头生产时间5-15s，工作电压380V；压缩空气压力0.4-0.6MPa；冷却水可用自来水或另配冷却水循环装置。作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）科学性、先进性和实用性概述：1.实现20mm铜铝管优质焊接: 国内外尚未见有报道20mm的铜铝管焊接设备(见科技查新报告)，研制成的焊机可自动焊接出优质的20mm铜铝管。 焊接出的铜铝管接头强度高、泄漏率低(1.3109Pam3/s-1以下)、连接面宽(5mm以上)，无需二次修整(去毛刺等)，焊接生产技术成熟、应用可靠。2.控制系统精密: 20mm铜铝管焊接的工艺要求严格,为此，我们研究采用了某种适合大口径铜铝管焊接的特定型号可编程序控制器（PLC），其对铜铝管焊接的时间参数控制精度达0.001s。能满足大口径铜铝管的焊接参数时间控制精度指标。针对20mm铜铝管的焊接参数稳定控制要求，编写了衔接慎密的程序对铜铝管整个焊接过程参数进行控制，保证焊接稳定，可靠进行。3.夹具和钳口性能高:研制成耐高温氧化,耐磨损,不易变形的材料作夹具和钳口,适应口径,功率较大的焊接。既保证了焊件的质量,同时也提高了焊机的寿命。4.焊机的的智能化及绿色化设计: 本焊机具有自我保护功能,在冷却水(主要是焊接线圈冷却)和压缩空气压力不足时可自动停止工作并报警，在工作电压过高或过低时也可自动停止工作并报警。本焊机的的动力源为电和压缩空气，清洁无污染；冷却水可循环多次使用，节约水资源；生产中无噪声、无辐射。5研制成的焊机具有预调谐与预显示功能，可人机对话，设计合理,性能可靠,使用安全节能,调试和安装工艺简单等特点。此外该设备还可以应用于其他异种材料的焊接。6. 研制成的焊机使用对象明确，面向制冷设备生产企业，可投入工业化生产，生产率高；存在广阔的市场需求，巨大的经济价值。可降低制冷电器制造成本，提高企业的市场竞争力，创造可观的经济效益，具有广阔的发展前景。因此，研制成的焊机得到了中国工程院与中国科学院胡壮麒双院士，中国工程院唐任远院士的肯定及推荐。作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果2007年5月8日 沈阳工业大学 获得首届“全国大学生科技园”竞赛暨第八届“挑战杯”辽宁省竞赛预赛特等奖 2007年5月31日 在辽宁省 获得第八届“挑战杯”辽宁省终审决赛金奖。作品所处阶 段（ B ）A实验室阶段 B中试阶段 C生产阶段D （自填）技术转让方式产品或技术转让作品可展示的形 式实物、产品 模型 图纸 磁盘 现场演示图片 录像 样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测使用说明：生产必备条件： 380V电源；0.4-0.6MPa压缩空气；冷却水；铜铝管材规格为60.75201.5 mm；焊接时，将铜管和铝管置于夹具适当位置，通过脚踏开关，启动自动焊接程序，经夹紧、推进、焊接、保持、松开和退出等动作后，即可得到合格的铜铝管接头；20mm铜铝管自动焊机的主要优势是设备安装调试周期短、操作者即学即会短期可熟练操作；投入生产后见效快；应用范围广。应用范围主要是：(1)电冰箱、冷柜及空调器等制冷设备生产企业；(2)为上述企业提供配套产品的生产厂。目前，仅从生产能力上讲，我国已经成为世界空调第一生产大国。故对铜铝管接头的需求巨大，从而20mm铜铝管自动焊机具有广阔的发展前景。经分析预测，单台此型号焊机每年可获利近100万元。(研究报告)专利申报情况提出专利申报 申报号 申报日期 年 月 日已获专利权批准 批准号 批准日期 年 月 日 未提出专利申请科研管理部门签 章年 月 日 C.当前国内外同类课题研究水平概述说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写； 2.填写此栏有助于评审。传统上，电冰箱、空调等制冷设备的制冷管路用的都是铜管。但铜一直是全球性紧缺资源，铜的价格飞涨，已经影响到空调产业的发展。而我国的铝资源比较丰富，铝产业也比较发达。因此，电冰箱、空调等制冷设备的制冷管路用铝代铜成为大势所趋。用铝代铜，最关键的技术就是铜铝管焊接问题。薄壁，大口径铜铝管焊接技术被称为世界级难题，说它是世界难题并非夸大其词，不少发达国家研究了多年，工业上只能实现焊接壁厚1.0毫米以上铜铝管，但比这薄的铜铝管焊接技术并没有完全突破，国内是在2007年4月17号才公布攻关了薄壁铜铝管焊接技术，然而国内外都尚未见有20mm的铜铝管焊接技术攻关报道。过去，采用一些特种焊接方法，如爆炸焊、扩散焊、超声波焊、冷压焊、储能焊、闪光焊、摩擦焊等方法，通过施加焊接助剂，也可以实现铜铝焊接， 这些方法或者只能完成1.0毫米以上铜铝管焊接，或者只能完成口径较小的铜铝管焊接或者由于成本高、工艺复杂，不适合工业化生产。一些国家尝试利用铜铝共晶组织构成焊缝，实现铜铝焊接，并为此进行了广泛的研究，但没有实现工业化应用。制冷管路的管壁非常薄，中央空调，大型冰箱的管路口径又较大，只有研制薄壁，大口径的焊接技术，形成广范围的铜铝管工业化焊接生产，才能真正实现制冷管路用铝代替铜的目标。在资源短缺的当今时代，增强铝代替铜的利用率，扩大铝代替铜的应用范围，逐渐实现完全的铝代替铜，以降低成本，提高市场竞争力，已成为企业的发展趋势 。为此我们进行了20mm铜铝管焊接技术研究，研制成的焊机可焊接规格为60.75201.5 mm的铜铝管。此焊机具有广阔的市场需求，在本课题未研究之前曾有公司向我校咨询16-20mm的铜铝管焊机，当我们进行研究20mm的铜铝管焊接机过程中，已有两间公司向我们订货，其中之一已经签了合同。研究成功后即有企业求购，并有售出投入生产，且反映收益可观。由此可知“20mm铜铝管自动焊接技术研究”的研究课题具有广阔的发展前景。综上所述，实现口径较大铜铝管的自动焊接，扩大铝代替铜的应用范围，逐渐实现完全的铝代替铜，以达到节约目的,是制冷行业的重要研究问题之一。 20mm铜铝管自动焊接机应用前景广阔, 而至今国内均未见有报道20mm铜铝管焊接设备产品面市，故这是研制此种设备的大好时机。D.推荐者情况及对作品的说明说明：1由推荐者本人填写； 2推荐者必须具有高级专业技术职称，并是与申报作品相同或相关 领域的专家学者或专业技术人员（教研组集体推荐亦可）； 3推荐者填写此部分，即视为同意推荐； 4推荐者所在单位签章仅被视为对推荐者身份的确认。推荐者情况姓 名胡壮麒性别男年龄78职称工程院院士工作单位中科院金属研究所通讯地址沈阳市文化路72号,中科院金属研究所邮政编码110016单位电宅电荐者所在单位签章 （签章） 年 月 日请对申报者申报情况的真实性作出阐述申报情况属实请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价该项目作品有实际应用价值，使用对象明确，面向制冷设备生产企业，可广泛应用于冷凝器和蒸发器生产企业，实现以“铝代铜”，降低制冷电器制造成本，提高企业的市场竞争力，创造可观的经济效益，有较高的技术水平。该项目作品前身已在辽宁省机械研究院和吴江信德利制冷有限公司等多家企业实际应用，设备运行稳定，焊接质量达到设计标准，投产以来为厂商创造了可观的经济效益，运行和维护费用低廉，技术水平处于较高地位，推广前景看好。希望该项目进一步研究、完善，以广泛应用于实际生产，获得巨大的经济效益与社会效益。其它说明推荐者情况姓 名唐任远性别男年龄76职称工程院院士工作单位沈阳工业大学永磁电机研究所通讯地址沈阳工业大学永磁电机研究所邮编110023单位电宅电话推荐者所在单位签章 签章日期 年 月 日请