CN100491052C - 预制品以及具有钎焊接头的换热器及其制造方法 - Google Patents

预制品以及具有钎焊接头的换热器及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种特别适用于具有钎焊接头的组件制造的，特别是换热器制造的由非晶质金属钎焊薄片制成的预制品。本发明涉及具有钎焊接头的换热器或者其他组件的制造方法，所述方法包括提供与所述换热器或者其他组件的一个或者多个元件接触的由非晶质金属合金的钎焊薄片制成的预制品的处理步骤。

Description

预制品以及具有钎焊接头的换热器及其制造方法
技术领域
本发明涉及由钎焊薄片形成的预制品，以及包括所述预制品的组件的制造方法。
背景技术
钎焊是一种用于将组分通常不同的部件相互连接在一起的方法。通常，熔点低于需要被连接在一起的部件的填充金属被放置在所述部件之间以形成组件。组装的部件的接合点和填充金属接着被加热到足以使填充金属熔化但通常低于部件的熔点的温度。在冷却后，理想的是形成一个强度高但无间隙的接头。
钎焊广泛地用于各种组件的制造中，这些组件本身可是被使用或者销售的最终制品，或者这些组件是这样的制品的部件。利用钎焊方法形成的一类产品是换热器。这样的换热器可采用多种结构形式，但是最常遇到的是被称为壳管式的换热器以及板式换热器。在壳管式的换热器中，较大直径的壳体通常被称为“壳”并且包围一个或者多个小直径“管”或者管道。根据这种结构形式，第一流体(液体、气体)通过壳并且处于管的外部周围，同时第二流体(液体、气体)通过管的内部。尽管第一和第二流体之间没有实际接触，但是能够通过管进行换热。在板式换热器中，一个或者多个板将第一流体与第二流体分离，而通过板进行换热。在这些类型的换热器中(以及在其他组件中)，由于金属具有高强度和良好的换热性能，因此是最常使用的。通常，用于构成这些类型换热器的各个部件是通过钎焊接合在一起的。这样，接缝必须具有高的强度，并且能够抵抗那些由于与一种或者两种流体接触而可能产生的潜在不利影响。
为了满足这些要求，可精心选择构成换热器所用的材料。换热器中最常遇到的是不锈钢，这是由于它们具有包括良好的机械强度和良好的耐腐蚀性能的优良性能。但是，换热器中也可使用其他材料。
用于包括金属组分的钎焊操作中的某些钎焊薄片材料是已知的。欧洲专利公开EP-A-0014335披露了一种用于钎焊金属件的填充金属，该填充金属主要是由原子百分数约为0至4的铁、原子百分数约为0至21的铬、原子百分数约为0至19的硼、原子百分数约为0至12的硅、原子百分数约为0至22的磷、其余为镍和附带杂质构成的。该文献还披露了具有平面状配合表面的工件与设置在它们之间的平面状薄片的接合。
美国专利US 4,801,072披露了一种用于制造钎焊件的方法，该方法包括下列步骤：(a)提供同质的、延展性钎焊薄片，所述钎焊薄片是由一种具有至少50％玻璃态结构的亚稳定材料构成的，所述材料的成份是由原子百分数约为0至10的铁、原子百分数约为5至15的铬、原子百分数约为2至5的钼、原子百分数约为10至30的钴、原子百分数约为16至18的硼、其余为镍和附带杂质构成的；(b)将钎焊薄片插入在两个部件中的每一个的至少一部分之间；以及(c)使所述钎焊薄片熔化接着使熔融材料凝固以对所述部分进行钎焊。
美国专利US 4,250,229披露了一种用于钎焊和扩散粘结的中间层，所述中间层具有作为非晶质结构的连续层的一部分。
换热器的制造，特别是壳管式的换热器的制造通常是劳动密集的，需要大量的人工装配步骤。例如，在壳管式的换热器中，多个管被插过一个板，该板具有用于接收管的尺寸适合的孔。为了在管和板之间形成压力密封，在这些部件之间的接合处必需被钎焊。通常使用一种钎焊“膏”组分。这样一种常规的钎焊膏组分包括与作为一种载体的有机粘结剂结合的粉末状钎焊填充金属。在使用中，该钎焊膏组分被沉积在每一个管和板之间的接合区域中。接着，一旦完成施加上述钎焊膏组分后，在适合的条件下使组件被钎焊以驱散有机粘结剂同时在壳管式换热器中所用的每一个单独的管和板之间形成钎焊接头。但是，由于难以将等量的钎焊膏组分沉积在每一个单独的接合区域中，因此这种操作是不可靠的。由于粉末颗粒熔合不良，因此会产生大量的接头孔隙。另外，这种人工控制施加方法通常是耗时的，需要大量的人工技术，并且在整个工艺过程中需要严格控制操作。许多风险与这样的装配方法相关，每一个风险都可能在钎焊组件中形成不合格的接头。
一种潜在的技术风险在于，所用的钎焊填充金属组分的实际性质。由于钎焊填充金属组分必须在接合处散布并且被保留在那里，因此必然需要提供一种增稠剂，通常为一种或者多种有机材料。理想地，当实际进行钎焊时，这些增稠剂在加热过程中被驱散，但是在钎焊接头中通常会产生气泡、裂纹或者其他不连续点在本领域是公知的。当然，这些是在完成的钎焊组件中的缺陷。为了修补这样的缺陷，必需实施再钎焊步骤以修补具体的缺陷。目前的生产方法所带来的另一种技术风险是，钎焊材料应该非常均匀地分布在每一个管和板的接合处。理想上，这是必需的，钎焊厚度应该基本均匀以便在换热器的有效使用寿命内不会使不良接头在加压操作条件下受到破坏。当然，就本领域目前所知，在人工施加方法中可靠地进行操作可能是困难的。偶然地沉积过量的焊膏可能会使薄的管壁过度腐蚀或者分解，甚至可能会导致在管壁上形成孔。存在的另一个技术风险涉及壳管式组件在钎焊填充金属的施加后或者过程中的处理以及钎焊填充金属的组分。通常，在这样的人工操作中所用的钎焊填充金属包括少量的有机粘结剂和/或其他有机材料。由于已知问题与存在这样的有机材料相关，因此需要使所存在的有机材料达到最少。遗憾的是，这样的不需要的有机材料达到最少化对散布性以及这样一种含钎焊填充金属的组分的粘结性能产生不良影响。这样，已知在装配过程中，在形成钎焊接头之前的任何时刻，板上的一个或者多个管会产生错位或者移动。在需要装配大量的管时以及特别是在管的相对端部中的两个板需要同时装配时，这是很可能会产生的。另外，在钎焊接头实际形成之前的在钎焊填充金属组分的布置和保持中的任何故障也会自己显现在这样的换热器中的不合格的钎焊接头中。所存在的另一个技术风险是，难以形成需要将一个或者多个直径较小的薄壁管钎焊到一个或者多个端板上的小换热器。小直径薄壁管的组件的制造是麻烦的，这是由于在每一个管和每一个板之间的接合点处需要非常精确地施加钎焊填充金属组分。此时，在这样的小换热器中，仅使用很少的但足以形成每一个接头的钎焊填充金属量是非常希望的。遗憾的是，据目前所知的，即使利用注射器或者其他类型的供给设备也很难将精确数量的钎焊填充金属设置在精确位置中。从上述内容中可以明显地看出，在涉及钎焊组件，特别是壳管式换热器的生产的领域中存在实际和持续的需求。
因此，本发明针对这些技术需求中的一个或者多个。
发明内容
在第一方面，本发明提供特别适用于具有钎焊接头的组件，特别是换热器的制造中的非晶质金属合金的预制件。
在第二方面，本发明涉及具有钎焊接头的换热器或者其他组件的制造方法，所述方法包括提供与所述换热器或者其他组件的一个或者多个元件接触的非晶质金属合金的预制件的处理步骤。
在第三方面，本发明提供利用这里所述的非晶质金属合金的预制件制造的具有钎焊接头的换热器或者其他组件。
在第四方面，本发明提供利用这样一种方法制造的具有钎焊接头的换热器或者其他组件，所述方法包括提供与所述换热器或者其他组件的一个或者多个元件接触的非晶质金属合金的预制件的处理步骤。
在说明书和权利要求中所用的术语“预制品”与“预制件”是可互换使用的，并且表示的是本发明所涉及的钎焊薄片预制件。
从下面的详细描述中可以更明显地看出本发明的其他特征。
具体实施方式
如上所述，本发明提供包括钎焊金属组分的组件以及钎焊填充金属的预制件的制造方法。
在本领域应该理解的是，在任何钎焊过程中，钎焊填充金属必须具有足够高的熔点以提供能够满足将金属部件钎焊在一起的使用要求的强度。但是，该熔点又不能高至难以进行钎焊操作的程度。另外，填充金属相对于被钎焊的材料必须在化学和冶金方面是相容的。
特别适用于本发明所涉及的方法和组件的钎焊填充金属是可根据公知技术生产的各种形式的金属合金，诸如粉末、薄片、带或者其他形式。通常用于制造粉末状合金的方法包括气体或者水雾化以及机械粉碎。本发明的合金最好通过一种快速凝固的方法被制成延展性薄片、带或者线的形式。这样的快速凝固方法是以至少约1×105℃/秒的速度使熔融材料熔体快速冷却地淬火而使熔体凝固的方法，尽管更高的冷却速度是已知的并且更常使用。在目前所用的多种快速凝固方法中，最优选的方法使用快速转动的激冷轮，熔融合金被沉积于该激冷轮上。这种方法本身在本领域是已知的。
理想地，本发明所使用的钎焊填充金属是采用可容易被处理并且可被弯成三维预制件的延展性薄片形式的非晶质金属合金。这样的可弯曲的预制件是通过将一种平面形状的延展性钎焊薄片的部分折叠成适于与在被制造组件的装配中所用的金属部件的轮廓拟合的非平面形状的三维形状而形成的。可通过弯曲或者冲压延展性薄片以使延展性薄片的变形是不可逆的方式来形成这样非平面形状的复杂形状。另外，理想地，钎焊薄片在其组分中应该基本上是同质的，即，它们不含有粘结剂，诸如可能在钎焊过程中形成孔隙或者导致污染残余物的沉积的有机粘结剂。
利用同质的合金熔体生产的快速凝固产品在固态下通常是同质的。该产品可是玻璃态或者结晶态，这取决于合金组分和处理参数。另外，至少约90％为玻璃态的产品通常具有足够高的延展性以能够使合金的薄片和带形式在没有断裂的情况下被弯曲到小至为它们厚度十倍的半径。最好，本发明的钎焊填充金属是通过以至少1×105℃/秒的冷却速度使熔融材料熔体快速凝固所形成的金属合金。这样的冷却速度能够产生至少约90％为玻璃态从而具有足够的延展性以能够使它们被冲压成复杂形状的合金。优选的是，本发明的合金至少约92％为玻璃态，最好，基本上为玻璃态(即，至少约95％为玻璃态)，至少由于基本上为玻璃态的合金具有最大的延展性。
如上所述，本发明所涉及的预制件是通过将一种平面形状的延展性钎焊薄片的部分折叠成适于与在所制造组件的装配中所用的金属部件的轮廓拟合的非平面形状的三维形状而形成的。可利用任何能够以机械的方式由平面状延展性钎焊薄片制成预制件的适合装置来形成这样非平面形状的复杂形状，诸如利用弯曲或者冲压延展性薄片以使延展性薄片的变形是不可逆的，即，预制件在变形后不能回复到二维平面形态，另外在变形过程中钎焊薄片不断裂或者被破坏。用于本发明的合金特别适合作为这里所述方法所用的钎焊填充金属。最好，合金被制造成薄片形式并且无论该薄片是玻璃态的或者结晶态的都可使用。本发明的薄片的厚度通常约在0.0007英寸至0.004英寸(约18至100微米)之间。在许多情况下，薄片的厚度相当于被钎焊的部件之间的所需间隔。
本发明的钎焊填充金属特别适用于金属部件的接合，特别是不锈钢部件的接合。这样的不锈钢的示例性钢号包括：根据UNS分类的钢S31603、以及316L型不锈钢，所述的316L型不锈钢通常包含0.03wt.％的碳、2.00wt.％的锰、1.0wt.％的硅、16至18wt.％的铬、10至14wt.％的镍、2至3wt.％的钼、0.1wt.％的氮，100wt.％内的其余为铁。当然可以认识到使用其他可受益于这里所述的本发明并且获得这里所述的优点。非限定性示例包括其他牌号的不锈钢以及其他耐腐蚀合金，诸如包含镍或铬的合金。
本发明的一类钎焊填充金属包括镍/铬基以及镍/钴/铬基钎焊填充金属。这样的钎焊填充金属被认为包括常用于不锈钢部件钎焊的最常见的Ni-和Ni/Cr-基合金，它们被the American WeldingSociety specification ANSI/A5.8命名为BNi-和BCo-系列钎焊填充金属。特别适用于本发明所涉及的方法和制品中的镍/铬基钎焊填充金属包括这样的金属合金组分，该金属合金组分可由下列公式表示：
NiaCobCrcBdSieFefMogWhX
其中，下标“a”、“b”、“c”、“d”、“e”、“f”、“g”和“h”都是重量百分比，其中“b”约在0和75之间、“c”约在0和25之间、“d”约在0和4之间、“e”约在0和11之间、“f”约在0和10之间、“g”约在0和5之间、“h”约在0和5之间、“X”表示其他元素，包括重量百分比约为1％的杂质、以及“a”是总量为100的余量。最好，这些镍/铬基钎焊填充金属主要包含上述元素。应该理解的是，术语“镍/铬基钎焊填充金属”包括其中不含铬的合金，但是在使用该术语时，通常包含铬。
最好，镍/铬基钎焊填充金属基于一种处于具有至少约90％的玻璃态结构的亚稳定结构形态的合金，玻璃态结构至少约为92％较好，玻璃态结构至少约为95％最好。这样的合金在本领域中通常被称为“非晶质金属合金”。基于可用作这里所述的钎焊填充金属并且目前可在市场上获得的合金的镍/铬基钎焊填充金属的示例包括：根据ANSI分类A5.8(按the American Welding Society)被称为BNi-1、BNi-1a、BNi-2、BNi-5、BNi-7、BNi-9、BNi-10、BNi-11和BCo-1的填充金属以及每一种金属的亚类。用作具有上述化学组分并且目前可在市场上获得的镍/铬基钎焊填充金属的优选的Ni-和Ni/Cr-基合金的示例包括：根据上述ANSI/A5.8分类的BNi-2、BNi-5a和BNi-5b组分。理想地，根据本发明所用的镍/铬基钎焊填充金属采用容易处理并且在需要时能够形成轮廓拟合的形状或者制成所需的复杂形状的延展性薄片形式。更理想地，镍/铬基非晶质钎焊填充金属的组分基本上是同质的并且不包含有机粘结剂，诸如可能在钎焊过程中形成孔隙或者导致污染残余物的沉积的有机粘结剂。
在本发明的一个优选方面，提供一种具有钎焊接头的换热器或者其他组件的制造方法，所述方法包括下列处理步骤：提供与所述换热器或者其他组件的一个或者多个元件接触的包含非晶质金属合金的钎焊薄片预制件并且在适合的条件下对毗连的部件和钎焊材料进行加热以使钎焊材料熔化；接着使熔化的钎焊填充合金冷却形成钎焊接头。
在上述方法中，最好，在具有一种保护性气体，诸如氩气或者氮气的情况下在封闭的炉中对并置的部件进行加热以使部件被钎焊。或者，可在真空条件下在封闭的炉中进行加热，并且这种方式在某些情况下是优选的。当使用包含氧活化元素，诸如硼、硅和磷的填充金属时，这些钎焊条件通常用于工业中以达到高接合强度和整体性。
本发明优选的第一实施例涉及了一钎焊薄片预制件。该钎焊薄片预制件基本上为环形结构，一个或者多个突片从虚线处垂下。根据该优选实施例，由虚线限定的圆的直径对应于将钎焊薄片预制件安装于其上的板的直径，并且多个突片是钎焊薄片预制件的一部分。这意味着，这些突片将被折叠或者弯曲以使折痕或者弯曲线基本上与虚线相符，虚线还对应于板的边缘。这些突片的尺寸和大小应该被适当地确定以合适地接纳板。钎焊薄片预制件还包括至少一个但最好多个穿孔，穿孔最好是由穿过钎焊薄片预制件的狭缝形成的。在该优选实施例中，每一个穿孔是相同的，各个穿孔是由三个狭缝分别形成的，每一个狭缝的长度是基本相同的或者相同的，每一个狭缝在它们的中点处相交，并且每一个狭缝是径向等分的。但是，应该清楚地认识到，这种情况不是必需的，穿孔仅需要是穿过薄片的不连续的部分即可；它们的几何形状并不是那么重要。但是，根据该优选实施例，穿孔采用一个或者多个狭缝的形式以使它们形成一个或者多个适于弯曲或者折叠的垂翼，从而在一个或者多个壳与板装配在一起，接着将钎焊薄片预制件施加在板表面(和管的端部)上时能够使一个或者多个垂翼向内向下弯曲到一个或者多个管的内部中。根据第一实施例，多个垂翼在弯曲时还能够确保减少非晶质金属薄片断裂或者破坏的可能性。如本领域普通技术人员所知，非晶质金属薄片通常是很脆的并且通常是很难机加工或者切割的。这实际上是由于这些金属薄片的硬度通常很高而导致的。但是，本申请人已经发现，当以小的半径缓慢弯曲时，可在非晶质金属薄片中形成折痕，金属薄片通常不会断裂。这样，当钎焊薄片预制件在不断裂的情况下从基本上平面状的二维形状弯曲成三维形状时，非晶质薄片在任何折叠或者弯曲过程中保持较小的半径是特别希望的。理想地，弯曲半径应该被保持在不大于1毫米的范围内。当保持上述的小半径时，有效的折痕或者折线可被引入非晶质金属中，同时非晶质金属薄片的部分没有特别强烈的回弹或者回复到它们以前的未弯曲形状的趋势。
下面详细介绍第一实施例中所示的钎焊薄片预制件的一部分以及特别适用于将穿孔引入到钎焊薄片预制件中的穿孔工具的一部分。穿孔工具包括冲杆，冲杆上具有多个切割边缘。冲杆的轮廓以及切割边缘的布置对应于将被引入到钎焊薄片预制件中的一个或者多个狭缝(以及所得到的穿孔)的所需数量和尺寸。
穿孔工具的第二部分是接收杯，接收杯的一端具有凹槽，凹槽具有与切割边缘和冲杆的外形相应的配合形状。当存在时，凹槽内部的任意型面最好与切割边缘的任意型面相对应。由于非晶质金属具有难以处理的特性，因此本发明人发现，最好使用两部分式穿孔工具。在操作中，冲杆和接收杯回缩以在它们之间形成足以使钎焊薄片预制件的至少一部分引入的空隙。在切割操作中，接着使冲杆和接收杯相互抵靠以使钎焊金属预制件变形和被切割。然后，冲杆和接收杯相互回缩以使钎焊薄片预制件接着可从穿孔工具取出。
尽管参照第一实施例中的特定穿孔和特定构形进行了描述，但是应该理解的是，穿孔工具的构形可适于最终提供具有不同布置和/或构形的穿孔。另外，应该认识到，穿孔工具不是仅包括一个，而是多个冲杆和相同数量的多个接收杯。在这样一种布置中，应该清楚地认识到，在一个自动或者至少半自动制造操作过程中，可在一个冲压操作中为钎焊薄片预制件提供一些但最好所有需要的穿孔。在一个特别优选实施例中，穿孔工具元件形成模具的一部分，不仅适于在一个冲压步骤中同时冲压通过一个非晶质金属合金片材上的穿孔16而且还同时冲压出总体周边形状，即，多个突片。在这样一个操作中，确保钎焊薄片预制件的精确生产。
在穿孔操作后以及在将钎焊薄片预制件引入到一个壳管式组件上之前，突片最好被弯曲以使其基本上垂直于钎焊薄片预制件的主平表面。关于形成在非晶质金属薄片中间的各个垂翼，这些狭缝不一定必须弯曲以与主平表面形成一定角度，但最好相对于钎焊薄片预制件的主平表面形成一个约在0度-90度之间的角度。
从上述内容中可以看出，本申请人所提供的钎焊薄片预制件在涉及钎焊组件制造，特别是壳管式换热器制造的领域中提供了很大的技术进步。利用这里所述的钎焊薄片预制件能够重复和可靠地制造尺寸根据管和板的特定尺寸布置而设定的钎焊薄片预制件。这样，对于将制造具有特定构形的多个，特别是大量的壳管式换热器的任何生产作业，利用这里所述的钎焊薄片预制件能够提供特别适用的生产方法。同时，不忽略这里所述的钎焊薄片预制件的组分与关于粉末状钎焊填充金属组分的领域现状之间的，特别是关于非晶质金属膏组分和壳管式换热器的装配的领域现状之间的主要差别也是有意义的。根据该优选实施例，指出本发明所涉及的钎焊薄片预制件中不存在已知会导致故障的有机粘结剂或者其他有机材料，是特别重要的。这能够大大减少失效接头的可能性，以及在需要同时生产大量钎焊接头的情况下这是特别重要的。特别是在大量的管需要被可靠地钎焊到一个或者多个板上的壳管式换热器中，这是特别有益的。对于本领域目前已知的小尺寸壳管式换热器制造技术，该技术优点是特别有益的。与对应于板上的管的位置设置的狭缝(或者其他穿孔)的精确定位相结合，钎焊薄片预制件的基本均匀的厚度能够基本上最小化可能出现的在本领域目前的制造技术中常遇到的制造误差。不然的话，最多利用这里所述的钎焊薄片预制件和生产方法大大或者完全消除本领域已知的所有技术风险。
下面介绍在许多方面与第一实施例类似的钎焊薄片预制件的第二实施例。该实施例中的钎焊薄片预制件与第一实施例的钎焊薄片预制件之间主要的差别在于，在该实施例中，不存在周边突片。适用于壳管式换热器装配中的这种钎焊薄片预制件具有构形不同于与第一实施例的钎焊薄片预制件结合使用的冲压板。但是，该实施例的钎焊薄片预制件通常与下面所示的另一种钎焊薄片预制带结合使用。钎焊薄片预制带的长度与要将钎焊薄片预制带安装在其上的板的周长相当。另外，根据一个优选实施例，钎焊薄片预制带也包括从其一面延伸的多个功能与第一实施例中所示的突片相同的突片。通过观察可以看出，这些突片具有“锯齿”型面，即，每一个垂片是具有与虚线重合的底的三角形，虚线将是与第一实施例中所示的虚线相对应的折线或者折痕。尽管这是优选的，但也可采用其他型面。
下面详细介绍第二实施例中所示的钎焊薄片预制件的一部分和用于形成穿过钎焊薄片预制件的穿孔的穿孔工具。另外，穿孔工具在钎焊薄片预制件上的操作与以上第一实施例中描述的相对应。
下面详细介绍处于部分拆卸状态下的一种常规壳管式换热器的一部分。其中示出了壳的一部分、多个管，每一个管具有端部，并贯穿有适合尺寸的穿过板的通道。从中可以看出，板的直径的尺寸是这样设定的，即，能够使板被安装在壳的内径内，为了便于达到这样的效果，使板的边缘具有一定锥度。还应该认识到，板的外径相对于壳的内径应该具有小的间隙。壳与板之间的间隙通常至少略大于也示出于其中的钎焊薄片预制件的厚度。设置这样的间隙的原因是，已经认识到，在对钎焊薄片预制件进行钎焊以形成钎焊接头之前，从预制件的主平表面垂下的突片被放置于与板的边缘接触的位置。类似地，存在的并且穿过平表面的穿孔也是这样设定尺寸和布置的，即，使它们与管的端部的位置和尺寸相符。如前面参照钎焊薄片预制件的制造描述的，可以可靠和可重复的方式容易地实施。
关于所需的装配步骤，仅需要使钎焊薄片预制件适当地抵靠板的主表面，折叠突片以接触或者至少侧向沿着带有锥度的边缘延伸，穿孔与适合定位的管端和板对应。接着，该组件可被插入到壳中。可根据构成组件的材料所需的特定要求以及关于形成钎焊薄片预制件所用的非晶质金属合金组分的特定要求进行下一个操作，钎焊步骤。
下面详细介绍第二实施例中所述元件的某些特征，包括壳、板、钎焊薄片预制件以及两个管的最终相对位置等。为了清楚起见，未示出其他管以及穿过板的其他孔。突片被插在板的带有锥度的边缘和壳的内壁之间。紧公差配合不是必需的。仅需要这样设定板和壳的尺寸，即，使突片能够设置于它们之间，并且在钎焊后，应该存在足够的钎焊薄片预制件材料以形成可靠的钎焊接头。类似地，形成在构成每一个穿孔的狭缝中间区域中的垂翼向内延伸到各个管的内部中。这些垂翼无需与每一个管的内壁接触；仅需要使钎焊薄片预制件能够同时实际接触每一个管的端部和板即可。
还应该理解的是，第二实施例中所示的元件的相对位置的变化也被认为在本发明的范围内。例如，在一种变化中，板实质上没有与壳的端部重合但可向其外部延伸或者向其内部延伸。
还应该认识到，也可“颠倒”布置各个元件。在这样一种颠倒布置中，钎焊薄片预制件的主平表面位于板中与第二实施例中所示的相反的一面上，并且每一个管的端部穿过穿孔。利用这样一种方式，每一个穿孔的悬垂翼散布于每一个管的外壁和穿过板的孔的内部之间。类似地，突片位于板的边缘和壳的内壁的中间，尽管每一个突片的端部从组装的壳管式换热器的内部朝向外部。在该颠倒布置中，钎焊薄片预制件处于在壳管式组件内部上的板的表面上。当壳管式组件具有多个管并且板在管的相对端部处时，这样一种颠倒布置是特别适合的，一个板可包括根据第二实施例施加在第一板的表面上的钎焊薄片预制件，而在管的相对端部处的另一个板可具有上述以颠倒布置方式施加的钎焊薄片预制件。钎焊薄片预制件的这样一种布置大大有助于壳管式组件插入到壳中。
下面介绍本发明的第三实施例。其中具有冲压板，冲压板包括多个穿过其的通道，每一个通道适于接收构成壳管式组件的一部分的多个管中的一个的端部。与第二实施例中的布置类似，冲压板包括边缘，当组装壳管式换热器时，边缘适于被安装在壳的内壁内。第三实施例中还示出了对应于第一实施例中所示的钎焊薄片预制件以及钎焊薄片预制带。另外，如前面参照第二实施例中所述的，钎焊薄片预制件包括多个适当设定尺寸和适当定位以与管端和冲压端板的布置对应的穿孔。可以看出的差别在于，钎焊薄片预制件没有包括周边突片(诸如第一实施例中的突片)，并且钎焊薄片预制件的直径适于安装在冲压板的边界内。该直径不是很重要的；仅需要使钎焊薄片预制件的部分同时接触管端和穿过冲压板的孔即可。下面将对这种布置进行更详细的描述。另外，从第三实施例中可以看出，钎焊薄片预制带也具有等于或者大于冲压板的直径的长度。如第三实施例中所示，钎焊薄片预制件被布置为基本上形成环形并且适于这样放置，即，可使所示钎焊薄片预制带的至少一部分被插入到壳的至少一部分与冲压板之间。利用这样一种方式，在加热和钎焊步骤中，可确保钎焊接头在壳和冲压板之间。
下面介绍第三实施例中所示组件的局部细节。钎焊薄片预制件同时接触冲压板的至少一部分和管的端部。另外，由穿孔所形成的部分垂翼偏斜并且弯曲以向内指向管的内部。钎焊薄片预制带毗连在冲压板和壳的部分之间。
在所示的布置使这些元件定位后，应该认识到，实施一种常规钎焊步骤以使钎焊薄片预制件和钎焊薄片预制带至少被部分熔化并且在冷却时，在相应的元件之间形成钎焊接头。
本发明还提供具有钎焊接头的换热器或者其他组件的制造方法，所述方法包括下列处理步骤：
在其制造过程中提供与所述换热器或者其他组件的一个或者多个元件接触的非晶质金属合金的钎焊薄片组分预制件；以及
接着使换热器或者其他组件经受适合的条件以使由钎焊薄片组分形成的预制件至少部分熔化，从而形成钎焊接头。
下面对使用本发明所涉及的钎焊薄片预制件的壳管式换热器的一种制造技术进行描述，这是一种布置有第一实施例中所示的钎焊薄片预制件的部分组装的壳管式换热器。根据其中部分示出的该技术，板设置有如第一实施例的钎焊薄片预制件。板被插入到壳的一端内以确保突片位于板的边缘和壳的内径之间。钎焊薄片预制件位于板中从壳内部朝向外部的表面上。在下一个制造步骤中，管沿着箭头“a”的方向插入穿过壳的开口端以确保每一个管的至少一端被插入到第一板内。还设有第二板，并且钎焊薄片预制件被施加在其一个表面上；应该认识到，该表面将从壳内部定向朝向外部。为了便于将已经插入的管和处于正在被插入的状态的管的端部设置在第二板中，并且确保已经插入的管和处于正在被插入的状态的管的端部、第二板和壳之间的良好对准，最好使用引导装置。示例性引导装置包括可方便地插入每一个已经插入的管和处于正在被插入的状态的管内部中并且接着穿过第二板内的适合的孔的杆。这样，当接着将第二板插入到壳端部内时，可确保各个管端和第二板中的孔适合对准。在进行钎焊步骤之前，最好将这些引导装置抽出。当然，应该理解的是，引导装置的使用在这里所述的技术中是任选的。
对于该技术的下一个步骤，接着使这样组装的组件经受适合的钎焊条件以确保在已经插入的管和处于正在被插入的状态的管的端部、第一板和第二板和壳的至少一部分之间形成钎焊接头。
根据用于壳管式换热器中的组件的第二种制造技术，采用一种类似的但略微改变的组装步骤顺序。根据该技术，将管的第一端插入到第一板和第二板中的适合孔中。接着将诸第一实施例中的钎焊薄片预制件放置在第一板中最终将从组装的壳管式换热器朝向外部的表面上。将诸如第二实施例中的钎焊薄片预制件放置在第二板中最终将从壳朝向外部的表面上。然后，将第一板、组装的管和第二板插在尺寸适合的壳的一端处，接着使它们沿着箭头“a”所示方向移动穿过壳到达它们最终的位置(未示出)。在这样一种方法中，第一板、第二板、管和钎焊薄片预制件的组件用作可移动通过壳的冲杆或者活塞。为了确保将第二板钎焊到壳上，最好利用钎焊薄片预制带或者钎焊薄片预制环包围第二板的边缘。这样，当装配完成时，钎焊薄片预制件与第一板和第二板中每一个的边缘之间接触，以及在第一板和第二板的外部朝向的表面上，与每一个管的端部接触。
接着，使组件经受适合条件以确保钎焊进行。
如简要描述的，可代替钎焊薄片预制带使用的有另一种可替换的钎焊薄片预制环。钎焊薄片预制环包括一系列从内部环形区域悬垂的周向突片。大约在突片弯离圆形表面平面并且形成特别适于与诸如第二实施例中所示的钎焊薄片预制件结合使用的三维预制件的位置处有折线。
下面对用于壳管式换热器生产中的组件的第三制造技术进行描述。该图中示出了一种其中在两个端板上都设有钎焊薄片预制件以及在壳的每一端与上述端板中一个的中间处设有钎焊薄片预制件的部分组装的壳管式换热器的截面图。钎焊薄片预制件的构形可采用钎焊薄片预制带的形式或者钎焊薄片预制环的形式。
根据该技术，最好使用有助于确保每一个管的端部和每一个板之间良好对准的引导装置。根据该技术，每一个管具有一个或者多个与其相关的引导装置。引导装置穿过在每一个板中的尺寸适合的孔。将钎焊薄片预制件放置在每一个板中最终将从组装的壳管式换热器的内部朝向外部的表面上。接着，沿着与箭头“a”相对的方向移动第一板以使其适当地插入到壳内并且使每一个管的端部插入到第一板内具有适合尺寸的孔中。另外，注意确保钎焊薄片预制件也被定位在第一板的带有锥度的边缘和壳的内壁中间。利用一种类似的方式，将第二板相似地插入到壳的内部中，管的相对两端被插入到所述第二板内具有适合尺寸的孔中，并且钎焊薄片预制件也被定位在带有锥度的边缘和壳的内壁中间。通常，从这样组装的壳管式换热器取出引导装置，接着使所述壳管式换热器经受适合的条件以使钎焊薄片预制件凝固并且形成钎焊接头。
当然，应该理解的是，本发明不限于应用到换热器制造中，而且也可用于需要通过钎焊将两个或者多个金属部件接合在一起的任何应用中。
示例
示例1
生产诸如第一实施例中所示的钎焊薄片预制件。生产具有适于对第一实施例中所示的钎焊薄片预制件冲压的构形的金属冲模。接着利用该冲模对第一实施例中所示的钎焊薄片预制件进行冲压并且进行一个冲压操作。根据该示例，应该认识到，穿孔在该单个冲压操作中被同时冲压。
示例2
利用两步式冲压操作生产诸如第一实施例中所述的钎焊薄片预制件。首先，利用具有适于对第一实施例中所示但没有穿孔的钎焊薄片预制件冲压的构形的金属冲模将非晶质金属合金片、条或带冲压成预制件。接着，利用穿孔工具形成如在第一实施例中所示的穿孔。
示例3
根据参照示例1所述的方法步骤生产诸如第二实施例中所示的钎焊薄片预制件。但是，根据本示例，金属冲模的构形对应于如第二实施例中所示的钎焊薄片预制件的形状。
示例4
根据参照示例2所述的方法步骤生产诸如第二实施例中所示的钎焊薄片预制件。但是，根据本示例，钎焊薄片预制件的形状采用第二实施例中所示的构形。
利用由具有两端的多个管、具有至少一个尺寸允许管的一端穿过的孔的第一板、具有尺寸允许管的另一端穿过的孔的第二板、尺寸适于接收所述端部、多个管和如第一实施例中所示的钎焊薄片预制件的壳制成的壳管式换热器组件。适合的管端插入到每一个板中的适合的孔中，并且钎焊薄片预制件被放置在从壳的内部朝向外部的表面上。接着钎焊薄片预制件、板和多个管的组件被设置在壳的内部，然后，该组件经受适合的钎焊条件以使钎焊薄片预制件至少部分熔化并且在壳管式换热器的元件之间形成钎焊接头。接着使该组件冷却。
示例5
根据参照示例2所述的方法步骤生产诸如第二实施例中所示的钎焊薄片预制件。但是，根据本示例，钎焊薄片预制件的形状采用第二实施例中所示的构形。
利用由具有两端的多个管、具有至少一个尺寸允许管的一端穿过的孔的第一板、具有尺寸允许管的另一端穿过的孔的第二板、尺寸适于接收所述端部、多个管和如第一实施例中所示的钎焊薄片预制件的壳制成的壳管式换热器组件。适合的管端插入到每一个板中的适合的孔中，并且钎焊薄片预制件被放置在从壳的内部朝向外部的表面上。接着钎焊薄片预制件、板和多个管的组件被设置在壳的内部，然后，该组件经受适合的钎焊条件以使钎焊薄片预制件至少部分熔化并且在壳管式换热器的元件之间形成钎焊接头。接着使该组件冷却。
另外，在每一个板的边缘和壳的内壁之间引入钎焊薄片预制带。
尽管对本发明的优选实施例进行了描述，但是，应该理解的是，这里所披露的内容是说明性的，而非限定性的，本领域普通技术人员显然能够在不脱离本发明的范围和实质的基础上进行各种变型和改进。

Claims (14)

1.一种预制品，包括具有不可逆变形的、非平面状的三维构形的非晶质金属钎焊薄片，所述非晶质金属钎焊薄片包括一个主平表面，所述主平表面具有至少一个贯穿所述主平表面的穿孔，所述预制品适用于组件的制造中，所述制造包括将多个管钎焊到至少一个板上，以及将所述板钎焊到封装所述多个管和所述至少一个板的壳上。
2.如权利要求1所述的预制品，其特征在于，所述非晶质金属钎焊薄片是Ni-或Ni/Cr-基合金。
3.如权利要求1所述的预制品，其特征在于，所述非晶质金属钎焊薄片具有可由下列公式表示的组分：
NiaCobCrcBdSieFefMogWhX
其中，下标“a”、“b”、“c”、“d”、“e”、“f”、“g”和“h”都是重量百分比，其中“b”约在0和75之间、“c”约在0和25之间、“d”约在0和4之间、“e”约在0和11之间、“f”约在0和10之间、“g”约在0和5之间、“h”约在0和5之间、“X”表示其他元素，包括重量百分比约为1％的杂质、以及“a”是总量为100的余量。
4.如权利要求1所述的预制品，其特征在于，所述预制品的构形包括至少一个从所述主平表面悬垂的可弯曲的突片。
5.如权利要求1所述的预制品，其特征在于，所述预制品包括：
具有适用于将多个管钎焊到至少一个板上的构形的钎焊薄片预制件；以及
具有适用于将所述板钎焊到封装所述多个管和所述至少一个板的所述壳上的构形的钎焊薄片预制带。
6.一种具有钎焊接头的换热器的制造方法，所述方法包括下列步骤：
提供一种与所述换热器的一个或者多个元件接触的包括非晶质金属钎焊薄片的预制品，所述钎焊薄片具有不可逆变形的、非平面状的三维构形，所述钎焊薄片包括一个主平表面，所述主平表面具有至少一个贯穿所述主平表面的穿孔，在其制造过程中，所述预制品与所述换热器的一个或者多个元件接触；以及
接着使换热器经受适合的条件以使由钎焊薄片组分形成的预制品至少部分熔化，从而在所述换热器的元件之间形成钎焊接头。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预制品是由一种非晶质金属钎焊薄片制成的，所述非晶质金属钎焊薄片是Ni-或Ni/Cr-基合金。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述非晶质金属钎焊薄片具有可由下列公式表示的组分：
NiaCobCrcBdSicFefMogWhX
其中，下标“a”、“b”、“c”、“d”、“e”、“f”、“g”和“h”都是重量百分比，其中“b”约在0和75之间、“c”约在0和25之间、“d”约在0和4之间、“e”约在0和11之间、“f”约在0和10之间、“g”约在0和5之间、“h”约在0和5之间、“X”表示其他元素，包括重量百分比约为1％的杂质、以及“a”是总量为100的余量。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预制品的构形包括至少一个从所述主平表面悬垂的可弯曲的突片。
10.一种由这样的方法制造的具有钎焊接头的换热器，所述方法包括以下处理步骤，提供一种与所述换热器的一个或者多个元件接触的包括非晶质金属钎焊薄片的预制品，所述钎焊薄片具有不可逆变形的、非平面状的三维构形，所述非晶质金属钎焊薄片包括一个主平表面，所述主平表面具有至少一个贯穿所述主平表面的穿孔。
11.如权利要求10所述的换热器，其特征在于，所述非晶质金属钎焊薄片具有可由下列公式表示的组分：
NiaCobCrcBdSieFefMogWhX
其中，下标“a”、“b”、“c”、“d”、“e”、“f”、“g”和“h”都是重量百分比，其中“b”约在0和75之间、“c”约在0和25之间、“d”约在0和4之间、“e”约在0和11之间、“f”约在0和10之间、“g”约在0和5之间、“h”约在0和5之间、“X”表示其他元素，包括重量百分比约为1％以内的杂质、以及“a”是总量为100的余量。
12.如权利要求10所述的换热器，其特征在于，所述预制品具有与所述换热器的一个或者多个元件配合的轮廓。
13.如权利要求10所述的换热器，其特征在于，所述方法还包括使换热器经受适合的条件以使所述预制品至少部分熔化，从而形成钎焊接头的处理步骤。
14.如权利要求13所述的换热器，其特征在于，所述元件包括多个管、至少一个板和一个壳，并且所述方法还包括将所述多个管钎焊到所述板上以及将所述板钎焊到封装所述多个管和所述至少一个板的所述壳上的处理步骤，利用所述预制品执行所述钎焊步骤。
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