江苏兴荣高新科技股份有限公司

彩色铝合金空调连接管的研发与应用

                                     田  福  生  

（江苏兴荣高新科技股份有限公司  江苏 常州 213022）

摘要：本文全面介绍了具有自主创新特色的彩色铝合金空调连接管的生产工艺和装备的研发过程。该彩色铝合金空调连接管与高强度铝合金螺母均具有电绝缘层，所构成的连接管总成可以有效地防止铜铝间产生电化学腐蚀。应用结果表明：该产品是目前国内外成本最低、性能与铜管相当的新产品，比使用铜管降低70%、比使用铜接头铝管降低20%的采购成本。

关键词： 彩色防腐 空调 连接管 铝合金管

一、研发背景

在空调安装时，内外机的连接通常是采用铜连接管两端套接铜螺母，铜螺母再与内外机的铜阀体或铜接头啮合，进而将室内外机连接起来。在应用的过程中，铜虽然具有良好的耐腐蚀性、导热性和良好的机械性能，但是同时，铜的成本较高、比重大，相同规格相同长度的铜管与铝及铝合金管相比，成本高6倍左右。我国为铜资源贫乏的国家，近年来铜价一直在高位徘徊。因此，人们不断地试图采用铝及铝合金管来替代铜管。但是若采用铝及铝合金管来替代铜管首先遇到的难题就是铜连接螺母与铝及铝合金管之间会产生电化学腐蚀，从而造成接头处腐蚀、泄漏，严重影响空调器的寿命和使用性能，为此人们又对整个铝及铝合金管的结构进行了改进，如国家知识产权局分别于2003年11月5日授权公告的CN2584995Y和2005年7月6日授权公告的CN2708156Y，名称分别为“一种用于空调室内外机的连接管”和“用于空调器室内外机的接管”的实用新型专利，均公开了一种在铝管或铝合金管的两端焊接有铜管接头或铜连接管段，并且在铝管或铝合金管与铜管焊接处设置绝缘和防腐作用的涂层。这样由于中间部分是铝管或铝合金管既可以降低铜的消耗量，又可以解决现有技术中铜铝接头处的电化学腐蚀问题。但是以上的改进在实际使用中仍然存在缺陷，一方面与铜接头或铜阀座连接的螺母还是采用铜螺母，铜的使用量还是比较大，在目前铜价飞涨的情况下，造成空调器成本仍然很高；另一方面，连接管的接头处需要焊接、防腐处理，尤其是管径很小情况下的焊接工艺复杂、成本高。同时在安装时恰好在铜铝接头处要进行弯曲，稍有不慎就造成铝管的断裂。

为此，人们仍然在不断探索，试图找到更合理的结构以克服上述缺陷，其中国家知识产权局于2003年5月7日公开的CN2549297Y，名称为“一种用于铝连接管的连接装置”的实用新型专利，使用铝合金螺母代替铜螺母与铜连接头相啮合连接，在这篇专利中公开的用于铝连接管的连接装置包括铝合金连接管螺母、室外机铜接头、铝连接管以及铜接头表面覆盖的防腐蚀层。这一专利虽然实现了用铝螺母代替铜螺母与铜接头连接，但因防止电化学腐蚀采用的是在铜接头表面覆盖防腐层，仍然存在很大缺陷，一方面由于聚四氟乙烯等防腐层具有较低的分子内聚力和表面能，涂装时要对连接件进行前期处理（包括除油、干燥、喷沙打磨），以提高涂层与铜金属表面结合力，工艺复杂、结合不牢固；另一方面，在螺母受紧固或更换时，铜接头的防腐层很容易破裂，失去防腐蚀的特性而造成泄露的发生。此外，国家知识产权局于2001年7月18日公开的CN1304005A，名称为“分体式空调器用截止阀”的发明专利申请，公开了截止阀的阀体、密封帽、连接管和连接螺母的材料均为铝及铝合金材料，试图将铜接头或者铜阀座全部用铝及铝合金代替，以便与铝及铝合金螺母连接以彻底解决电化学腐蚀问题，且可以节省大量铜以降低成本。但是，在实际使用中这样方案效果并不好，因为铝的防腐性不如铜，造成阀体、连接处长期使用很容易发生泄露，难以达到空调、冰箱等产品超过十年使用寿命的要求；而且铝的机械性能不如铜，往往也造成连接处密封达不到要求而泄漏，均严重影响了空调、冰箱的使用，因此实际中人们仍然使用铜接头或铜阀座。而国家知识产权局于2003年11月5日公开的CN2585000Y，名称为“空调铝连机管”的实用新型专利，是将铝连接管内外壁表面均设有保护层膜，即在铝管或铝合金管的外部设有工程塑料或氧化铝镀膜作为保护层，试图解决连接处电化学腐蚀和铝的耐腐蚀不如铜的缺陷，但是因为该连接管中运行的是具有压力的冷或热介质，极易造成工程塑料等保护层变脆，从而不能有效起到保护作用，影响空调、冰箱等的使用。

从以上人们的努力可以看出，虽然人们已经取得了一定的成果，但是仍然没有从根本上解决问题，实际中依旧是使用铜螺母与铜接头进行连接。相同规格的铝螺母与铜螺母相比，铝螺母的重量仅为铜螺母的1/3，制造成本和材料成本仅是铜螺母的1／2左右。如此大的材料和制造成本价差，促使人们不断试图采用铝螺母来替代铜螺母，但由于铝及铝合金螺母与铜管或阀体的铜接头连接时，该接头在接触空气、水汽时容易产生电化学腐蚀，而作为连接室内外机的连接装置来说，接触水汽是不可避免的。在此恶劣使用环境下，如上所述，人们的种种尝试均是不成功的。

二、研究内容及产品特点

研发目的：为解决现有技术的不足，提供一种结构简单、使用方便、可高效安装、成本低、绝缘和防腐蚀效果好、可替代铜管和铜螺母的全铝合金结构的空调连接管总成。

研发的另一个目的，是克服现有技术中内外机连接装置的不足，提供一种成本低、使用方便、安装效率高且绝缘和防腐蚀效果好的室内外机连接装置。

我们所研发的连接装置，包括连接管和连接管两端的连接螺母，主要特征是：高强度铝合金螺母和防锈铝合金管表面带有20微米厚电绝缘层和防腐层。其中铝合金螺母的强度与黄铜相当，其抗拉强度为440MPa，可以保证连接的牢固程度。

所研发的彩色铝合金空调连接管相对于现有技术具有以下优点：

1、由于彩色铝合金空调连接管表面具有电绝缘层，避免了铝螺母与铜截止阀体的连接面上产生铜－铝电偶发生电化学腐蚀，有效地防止了接头发生泄露事故。有效地保证空调和冰箱等产品十年使用寿命的要求。

2、用铝合金管和高强铝合金螺母代替原来使用的铜管和铜螺母，减少铜的使用量，有效节约铜资源，极大地降低原材料费用和生产成本。而且由于铝比仅为铜比重1/3，使得整体连接装置的重量减轻60%以上。

3、由于绝缘、防腐层是生长在铝合金管和铝合金螺母的基体上，与铝合金基体本身成为一体。铝合金螺母在紧固过程中，其电绝缘层不会产生破裂、不破坏绝缘性。

4、考虑到安装后,铝合金管的喇叭口会出现拉伸变形现象。整机在制热运行过程中会出现轻微的振动,为确保使用寿命，将铝合金管的壁厚在原来铜管的基础上加厚30%以上。

5、空调对连接管的要求是导热系数越低越好，这样才能避免能量的损失，达到节能的效果，而铜的导热系数是铝的1.7倍，因此，采用铝合金制作的连接管损失的能量比铜连接管损失的能量要小很多，更有利于空调的使用效果。表面阳极氧化层具有绝热、电绝缘特性，更有利于减少能量的散失。

6、管路接长：彩色铝合金空调连接管可以用专用的接长铝合金螺母连接铜管、铝合金管、彩色铝合金管，也可以插套后采用铝硅焊环钎焊接长。

彩色铝合金空调连接管与其他现有连接管不同之处对比表

三、彩色铝合金空调连接管的应用

经过阳极氧化、染色、封闭处理后的铝合金管及铝合金螺母，可以考虑用户的传统习惯，将铝合金管表面染色为铜色，将铝合金螺母表面染色为黄铜色。这样在使用中，由于有电绝缘层，铝合金螺母与铜截止阀连接时不会发生电化学腐蚀，且铝合金螺母的电绝缘层与铝合金螺母是一体的，因此在紧固过程中电绝缘层不会产生破裂，铝合金螺母的绝缘特性比较稳定。

在3003铝合金管材构成的接头和连接管的耐腐蚀测试中，试验条件和标准为：“在PH值为6.5-7.2，5%±1%NaCl，温度35±2℃的盐雾箱内放置500小时，观察是否出现腐蚀点。” 所研发的彩色铝合金空调连接管及铝合金螺母的阳极氧化层在经过500小时盐雾试验后依然完好无损。铝合金螺母一般采用2A12的高强铝合金，其抗拉强度达到440MPa，可以有效防止泄露、而且耐腐蚀和绝缘效果良好。

用于非常重要的密封连接时，可以在铝合金螺母的柱面螺纹处设有密封层。密封层的作用是密封螺纹，使得连接面紧密地结合，排除连接面的空气，达到防泄露、防腐蚀的目的。密封层可以是在铝合金螺母螺纹处涂覆的双组分螺纹密封胶，当安装使用时，旋动铝合金螺母，密封胶中的两种组分融合发生反应，将螺纹连接处密封，使其绝缘并不会发生泄露。也可以使用乐泰680型厌氧密封胶。

在我国，铜为稀缺资源和战略物资，而铝的储量却相对丰富。2007年4月份铜的现货价为75000元／吨，而铝仅为20000元／吨。铜比重约为8.9g/cm³，铝的比重为2.7 g/cm³，即相同规格的铜管和铝管相比，同样长度，后者是前者重量的30％。而铝的价格是铜的26%，两者相乘，采用铝所花费的原料成本仅为铜的8%，成本降低很多。即用8％的费用就能达到以往100％的同样效果。考虑到安全系数，一般把铝合金管的壁厚由铜管的0.7mm提高到1mm，如果再加上阳极氧化层的费用，所花费用也由8%提高到15%。每台空调平均用连接铜管1.2kg，价值90元。采用本文所述的新型铝合金管后，初步计算可使每台空调器降低50元以上的成本。2006年中国生产了6500多万台空调，如果都使用这种新型的连接管，将降低制造成本32亿元。这对大批量生产的空调厂家来说具有非常的现实意义。