CN101065633A - 由异型轧制金属产品制成的管子及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种由异型轧制金属产品制成的管子(1),特别是用于热交换器的管子;一种轧制金属产品;和制造这种管子的方法。这种管子(1)包括形成管子的两个相对壁的第一壁(2)和第二壁(4),以及多个加强结构,这些加强结构连接第一和第二壁(2,4),并在它们之间形成纵向通道(10)。每个加强结构由位于第一壁(2)上朝向第二壁(4)突出的纵向脊(6),和位于第二壁(4)上朝向第一壁(2)突出的纵向脊(8)形成。脊(6,8)在它们的侧面上彼此结合。
Description
技术领域
本发明涉及一种由异型轧制金属产品制成的管子,特别是用于热交换器的管子,还涉及一种轧制金属产品和用于制造这种管子的方法。特别的,本发明涉及一种包括多个加强结构的管子,这些加强结构之间形成了用于传送流体例如制冷剂的纵向通道。
背景技术
热交换器,例如用于汽车冷却器、空调系统等的冷凝器、蒸发器等,通常包括多个平行设置在两个管座之间的换热管,每根管子在每一端连接至一个管座。波纹翅片设置在位于相邻换热管之间的气流间隙中,并钎焊到相应的管子上。热交换器典型地由铝或铝合金制成。
过去,扁平的制冷剂管通过折叠一个外侧包覆有钎料层的钎焊薄板来制造。而后将制冷剂管、管座和翅片装配起来,并加热至钎焊温度,在该温度下,包覆层熔化并把翅片、制冷剂管和管座结合成钎焊组件。
设想的是,气体例如二氧化碳将用作空调系统中冷却介质。二氧化碳的使用将导致空调机组的工作温度和压力提高。上述传统的钎焊管有可能无法耐受在任何情况下遭遇到的工作压力和温度。因此对于现有的基于二氧化碳的原型,换热管由中空的挤压件制成,该挤压件包括扁平的上壁和下壁,和多个连接上壁和下壁的加强壁。挤压技术的缺点是,壁不能被制成像所预期的那样薄。此外,挤压管不能被包覆钎料,因此波纹翅片必须被包覆,以便能够钎焊到换热管上,由于翅片的表面积很大,导致这种做法是很昂贵的。再者,由钎焊板材制成的管子比挤压管强度更高,且更能抗蚀。
US-5,931,226公开了一种用于由扁管构成的热交换器的制冷剂管或流体管,这种管子具有上壁和下壁,和多个连接在上壁和下壁之间的纵向加强壁。这些加强壁由从上壁或下壁向内突出的脊构成,并连接到另一壁的扁平内表面上。这些脊通过用具有平行环形凹槽的辊子轧制铝薄板而形成,该铝薄板在其相对表面的至少一个上包覆有钎料层。平行的制冷剂或流体通道限定在相邻的加强壁之间。此外,加强壁包括多个用于使平行的制冷剂通道彼此相通的连通孔。在另一实施例中,每个加强壁由从上壁突出的脊和从下壁突出的脊构成,这些脊在它们的相应顶端彼此连接。上壁和下壁分别制造或由一张薄板制成,在用一张薄板的情况下,扁平的制冷剂管是通过在板中点就像发卡一样纵向折叠该板而制成。
US-5,947,365描述了一种制造类似扁平换热管的过程,这种管具有多个由从下壁突出的脊构成的加强壁。上壁和下壁通过将位于下壁上的脊的顶部钎焊在上壁上而连接。为了加强加强壁和上壁下表面之间的钎焊连接,并防止其间形成间隙,上壁下表面设有加强壁上表面与之接触的较小的纵向脊,以消除间隙,从而确保在每个加强壁和上壁下表面之间存在连续的钎焊连接。
US-5186250公开了一种制造用于热交换器的扁平制冷剂管中的加强壁的不同方法。这种管子包括一个或多个弯曲的凸耳,这些凸耳自每个平面壁的内表面向内突出,并与之为一体,并且弯曲的凸耳各自具有最里面的顶部,以使得从一个平面壁上突出的最里面的顶部抵靠在另一平面壁的内表面上,或抵靠在从相对平面壁上突出的其它弯曲凸耳的顶部上。这种突出的凸耳的目的是,在减小管子的高度和厚度的同时,提高它的耐压强度。
在这些公知的管子的制造过程中,难于在位于上壁和下壁上的脊之间获得精确的对正,特别是在那些两个从相对壁上突出的脊必须头对头连接的实施例中更是如此。此外,脊之间或脊的顶部和相对壁的下表面之间的钎焊连接并不是非常坚固的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种由异型轧制金属产品制成的管子,特别是用于热交换器的由异型轧制金属产品制成的管子,这种管子包括形成所述管子的两个相对壁的第一壁和第二壁,和多个加强结构,这些加强结构连接第一和第二壁,并形成用于在第一和第二壁之间传送流体的纵向通道,所述管具有提高的强度和耐压性。本发明的另一个目的是提供一种制造这种异型轧制管的相对简单的方法。
本发明通过提供一种根据独立权利要求所述的由异型轧制金属产品制成的管子,来满足这些目的中的一个或多个。通过说明书来描述和详细说明优选实施例。
如于下文所理解的那样,除了另外指出以外,所有合金代号和热处理状态代号均指的是铝业协会所出版的《铝标准、数据以及登记记录》中的铝业协会代号。
根据权利要求1所述,一种由异型轧制金属产品制成的管子,特别是用于热交换器的管子,这种管子包括形成管子的两个相对壁的第一壁和第二壁,和多个加强结构,这些加强结构连接第一和第二壁,并形成用于在它们之间传送流体的纵向通道(也称之为流体通道)。每个加强结构包括位于第一壁上朝向第二壁突出的纵向脊,和位于第二壁上朝向第一壁突出的纵向脊,这些脊在它们的侧面上彼此接合。脊的侧向接合具有如下好处的一个或多个。首先,它在第一和第二壁之间提供了更为稳定和耐压的结合,这是由于连接在一起的区域可制造得相当大。此外,在管子内的压力增加时,结合部受到剪切力,而不是拉力。此外,在脊彼此侧向接合的情况下,有利于第一和第二壁彼此上下布置。因此,脊可作为将壁相对于彼此引向预定位置的定位辅助。
存在若干个第一和第二壁几何轮廓的优选实施例。优选地是,设置在第一或第二壁上的脊在底部宽于顶部,虽然大多数的实施例将采用矩形、或锥形轮廓。目前,梯形截面是最优选的。
在优选实施例中,第一壁具有与第二壁相同的轮廓,即相同的脊几何形状。这具有额外的优点,即流体管可通过折叠单个薄板加以制造。
已经发现有利的是为脊设置切口,这些切口形成了用于使相邻流体通道彼此相通的连通孔或通道。因此,脊不是在管子的全长上连续,而是具有形成孔的彼此间隔的间隙。这些孔会导致制冷剂流动时产生紊流,并因此促进了管壁和流经管子的制冷剂之间的热交换。
在特别优选的实施例中,上下壁均具有底部宽于顶部、并彼此间隔的脊的轮廓,以使得凹槽形成在两个相邻的脊之间,其中脊的两侧接合位于相对壁中的凹槽的两侧,从而在凹槽中形成纵向通道。这个实施例具有特别高的强度,这是由于每个脊可连接到另一个脊的两侧上。当装配两个壁时,两壁上的脊将相互交错,并从而彼此极佳配合。因此,这种设计极易装配。这种设计同样适用于锥形轮廓。
根据第二实施例,位于一个壁上的每个脊与位于相对壁上的脊在一侧连接在一起,在其另一侧上形成制冷剂通道。这种轮廓将在脊之间留下更为畅通的空间。如果把轮廓改成使得位于一个壁中的每个脊的顶部均接合在另一壁的凹槽中,那么这两个壁将彼此形成配合。当管组装时,这两个壁将有效地相互卡合。
第三实施例为每个壁提供了不同的轮廓。第二壁的脊轮廓在两个相邻脊之间形成凹槽,其中位于第一壁上的每个脊接合第二壁中的凹槽。因此,这两个壁还是彼此配合。
根据第四实施例,第一壁具有主脊轮廓,其顶部带有小脊。小脊与第二壁中相应小脊的侧面连接在一起。
第一和第二壁的脊优选地通过摩擦焊接、电阻焊接或钎焊之中的一种或多种,或通过焊接和钎焊的组合而彼此连接起来。
在本发明的另一个方面,它提供了一种用于制造上述管子的第一和/或第二壁的轧制金属产品。因此,这种轧制金属产品具有如上所述的轮廓,并通过轧制至少在一侧上包覆有钎料的钎焊薄板而制成。
在本发明的另一方面,提供了一种用于制造根据本发明所述的管子的方法,这种方法包括如下步骤:
-通过利用一对辊子轧制至少一侧上包覆有钎料的金属薄板来制造第一和第二壁,辊子中的一个具有用于在薄板的一侧上形成脊的平行的环形凹槽,
-将第一壁放置在第二壁上,
-通过夹持或轧制,将第一和第二壁连接在一起。
在制造利用根据本发明管的热交换器中,所遇到的问题之一是如何将第一和第二壁保持在一起,同时装配热交换器的所有部件以便后续钎焊。如果第一和第二壁没有适当地保持在一起,那么间隙会开在侧面上,或相对脊之间,导致了管子泄漏和整个热交换器的报废。
因此这种方法提供了两个壁的初步连接,这可以通过夹持或轧制实现。
根据一个实施例,第一和第二壁是通过将侧面卷边而夹持在一起的。一个纵向壁的一个边缘被例如弯曲成夹持第二壁的U形。根据优选实施例,第一和第二壁通过轧制连接在一起。这种轧制可在第一和第二壁之间导致摩擦连接,或在彼此接合的脊的侧面之间导致摩擦焊接。例如,当第一实施例所述的互相交错的梯形脊被压到彼此之中时,可发生这种连接。
在本发明的另一方面中,本发明涉及一种制造热交换器的方法,这种热交换器包括一对管座,多个在每一端均连接在一个管座上的制冷剂管,和设置在相邻制冷剂管之间的波纹翅片,并且这种方法包括如下步骤:
-根据前述方法制造制冷剂管,
-装配管座、制冷剂管和波纹翅片,
-钎焊热交换器组件。
优选地,这些管子由在一侧或两侧上包覆有钎料的金属薄板,典型地为铝合金薄板制成。如果制冷剂管的内侧包覆有钎料,那么在钎焊热交换器组件的过程中,彼此接合的异型脊的侧面钎焊在一起。位于外侧上的包层用于将波纹翅片钎焊在热交换器管上。
附图说明
本发明的上述和其它特征和优点将通过如下参照附图对优选实施例的详细说明而变得明显。附图为:
图1是根据本发明的第一实施例所述管子的截面示意图;
图2是图1所示实施例的下壁的示意透视图;
图3是根据第一实施例轮廓的截面放大示意图;
图4至8是根据本发明的其它实施例轮廓的截面放大示意图;
图9a和9b是在轧制管子之前(图9a)和之后(图9b),根据本发明的另一实施例的脊轮廓的剖视放大示意图;
图10是用于制造示例所述的异型钎焊板的型材轧辊的侧视图;
图11是辊子表面的放大照片;
图12是根据第一实施例的轧制后的钎焊板的放大切像;
图13是根据第二实施例的轧制后的钎焊板的抛光切像;
图14是根据第三实施例的轧制的钎焊板的放大切像;
图15a和15b是在钎焊前(图15a)和钎焊后(图15b),根据第一实施例的轮廓的截面放大图。
具体实施方式
根据本发明的第一实施例的制冷剂管的截面示意图示于图1。该管大致为扁平的,并具有达100mm,典型地约为15至50mm的宽度w,和达10mm,典型地约为0.5至5mm的高度h。现有技术中由非异型铝薄板制成的管子具有0.25至0.4mm的壁厚,但具有根据本发明所述加强壁的管子在保持相同稳定性和耐压强度的同时可具有较薄的壁,例如a=0.1至0.3mm,优选地为0.15至0.25mm。
管子由通过把轧制金属薄板像发卡一样纵向折叠而形成的上壁2和下壁4制成。折痕以12指代。在另一侧,上壁和下壁通过凸缘14保持在一起,在这个示例中,凸缘14在位于下壁上的台阶15的周围终止,从而产生了上壁和下壁相对于彼此的机械固定。上壁和下壁均显示出了梯形脊6,8形式的相同轮廓,这些脊相互交错同时留有空隙10作为流体通道。流体通道优选地达到约0.5mm高。
脊6,8不必在管子的整个长度上是连续的,而是可以被在相邻流体通道10之间形成了连通孔的间隙或切口20所中断。示于图2中的箭头表示流动的方向,流动从最左侧的通道向相邻通道转向。对于每个脊8,切口20可设置在同样的纵向位置上,或可以沿管长分布。在任一种情况下,连通孔在不同的通道之间为冷却流体提供了改进的对流或紊流,从而提供了更多的热传递。
图3至9示出了根据本发明的上述实施例的脊的不同几何形状。图3示出了与图1所示相同的几何形状,即两个壁均具有梯形脊6,8形式的相同轮廓,每个脊6与位于相对壁上的两个相邻脊8的侧面相接合。接触侧6a和8a之间的连接可通过将壁2和4压在一起予以实现,以便获得在相对脊之间的摩擦接合,或甚至是摩擦焊接连接。压力可通过使折叠管在两个可适当调整的辊子之间穿过来施加。此外,连接可通过下文中更为详细地加以说明的钎焊来实现。
图4和5示出了脊的几何形状,其中,位于第一和第二壁上的两个脊16,18仅在一侧上彼此接合,而制冷剂通道10形成在另一侧上。这种设计使得流体通道10的横截面较大。为了进一步改进稳定性,每个脊16,18与位于相对壁中的相应凹槽19接合。这个实施例可设计成具有如图4所示的梯形脊,或具有如图5所示带有圆形边缘的脊。
第三实施例示于图6,采用了矩形脊的轮廓,但它也可为梯形轮廓。图6所示实施例在上壁和下壁上采用了不同的轮廓。因此,也许优选的是,利用两个单独的薄板,而不是利用从中点折叠的一个薄板来构造具有这种设计的流体管。这两块薄板可利用同样的辊子来加以轧制,但是减薄量不同。在细节上,上壁具有相对较高的脊26,每个脊26接合在形成于位于下壁上的一对低脊28之间的浅槽30中。
第三实施例的变型示于图7。在这个设计中,位于下壁4上的矩形或者其它形状的脊38接合在形成于位于上壁2中的一对脊36a,36b之间的凹槽37中。与图6不同的是,脊36a,36b一直达到下壁,并且制冷剂通道10形成于脊36a,36b的外侧上。由于脊36和38之间的接触面39在本实施例中特别大,因此,在上壁和下壁之间的连接强度是极好的。
示于图9a和9b的第四实施例特别适用于在上壁和下壁之间通过轧制获得摩擦连接或摩擦焊接连接。图9a示出了轧制前的轮廓,而图9b示出了轧制后的轮廓。如图9a所示,上壁2设有主脊46,每个主脊具有构造有小脊47的扁顶部,并接合下壁4的扁平内表面。当上壁和下壁通过轧制压在一起时,小脊47压入下壁的内表面中,并因此形成相应的位于下壁中的小脊48。这将在上壁和下壁之间导致摩擦连接或摩擦焊接连接。这种连接可以是管子的唯一连接,或者可以结合钎焊。
第四实施例的变型示于图8。在这种设计中,位于上壁上的梯形脊46接合下壁4的扁平内表面。
这些轮廓的所有实施例可通过对金属板材优选地为铝合金薄板轧制来制造。这种薄板可以是坯料,或可以在一侧或两侧上包覆有钎料。这种包层的厚度将优选地为钎焊薄板总厚度的2至13%。钎料的选择将取决于所选择的管壁的“初步”连接方法,并取决于所选择的钎焊技术,如下所述。为了实现在上壁和下壁之间的钎焊连接,可将双面包层的薄板用于一个壁,且单面包层的薄板用于另一个壁。
上述轮廓的代表示例利用示于图10中的型材轧辊制成。长度L为405mm,直径D为79.66mm,并且辊子轮廓的长度L1至L4分别为15mm、20.4mm、20.8mm和15mm。辊子的部分L2和L3各自设有18和28个平行的环形凹槽,它们的详细轮廓示于附图的下部。
左侧轮廓由梯形凹槽构成,这些凹槽深度b=0.8mm,在基部的宽度为f=0.55mm,在顶部的宽度e=0.85mm。侧面相对于垂直线的倾斜角度α=11.8°。相邻凹槽之间的顶部间距为c=0.3mm,底部间距为d=0.6mm。
示于右侧的较小轮廓具有深度为b=0.5mm的凹槽。凹槽的侧面相对于垂直线的倾斜角α=12.5°,并且凹槽底部宽度f=0.35mm,顶部宽度为e=0.55mm。相邻凹槽之间的顶部距离为c=0.2mm,底部距离为d=0.4mm。长度g为2mm。左侧轮廓的照片示于图11中。
这种辊子用于轧制铝质钎焊薄板,该薄板具有5%的钎料包层。铝芯板由根据铝业协会分类的AA3003铝合金制成,并且包层由AA4004铝合金制成。结果示于图12中。如从图中看出的那样,辊子制造了脊的几近完美的梯形轮廓。包层主要累积在脊的顶部和凹槽的底部上。
利用示于图10左侧的粗轮廓和示于图10右侧的精细轮廓轧制成的钎焊薄板的其它示例分别示于图13和14中。在图13和14中,“s”表示侧面,“c”表示中心。这种钎焊薄板具有AA3003型合金制成的芯板,和10%的AA4045铝合金制成的包层。此外,辊子制造了梯形脊的非常规则的形状,在辊子中心获得的效果最好。但是,在辊子侧面处的轮廓仍然也是好的。
在钎焊前(图15a)和钎焊后(图15b),由轧制钎焊薄板产品制成的管子的示意性截面示于图15中。如示例所示,包层24在轧制的过程中主要压在脊的顶部和凹槽的底部上。在钎焊的过程中,融化的钎料流入脊6和8之间的间隙中,从而在相对脊的接触点上形成填角25。
原则上,所有的钎焊技术均可用于钎焊上述管子和包括这种管子的热交换器。
用于钎焊铝质热交换器的其中一种优选技术利用了Nocolok(注册商标)牌焊剂。Nocolok牌焊剂也可与本发明结合使用。但是,利用焊剂在钎焊前喷涂热交换器是费力的,由此也是昂贵的工序。如果要把制冷剂管的型面钎焊在一起,那么Nocolok牌焊剂工序存在着使焊剂进入到管子内部的问题。因此,更为优选的是,利用如下无需焊剂的钎焊技术中的一种。
在真空钎焊中,如现有技术中所知,待钎焊的部件包括足量的Mg,这样当在钎焊炉中在真空状态下进行加热时,Mg充分挥发以破坏氧化层,并允许下面的铝质钎料流动到一起。这种钎焊技术特别适用于本发明,这是由于Mg将在管子的内侧累积,并将由此导致更好的钎焊结果。内包层的Mg含量优选地为0.2%至1%,例如0.6%。
另一种无需焊剂的钎焊技术在包层上采用了薄镍层。镍与下面的铝合金发生放热反应,从而破坏氧化层,并允许钎料流到一起并结合起来。例如从US-6,379,818和US-6,391,476中所了解到的那样,可以利用Co或Fe或其合金来代替Ni。
还可以设想采用基于聚合物的钎焊技术。这种方法在包含有焊剂颗粒的包层上采用附加聚合物层。这种聚合物层作为包层的粘合层。例如从US-6,753,094中知道的那样,这种聚合物将在钎焊的过程中在升温循环中蒸发,在金属表面上仅留下焊剂。
现在已经充分说明了本发明,但对于本领域技术人员来说,在不偏离于此说明的本发明的精神或范围下做出各种变化和修改是显而易见的。
Claims (19)
1、一种由异型轧制金属产品制成的管子,特别是用于热交换器的管子,这种管子包括形成所述管子的两个相对壁的第一壁(2)和第二壁(4),以及多个加强结构,这些加强结构连接第一壁和第二壁并形成用于在第一壁和第二壁之间传送流体的纵向通道(10),并且其中每一加强结构包括位于第一壁上朝向第二壁突出的纵向脊(6,16,26,36,46),和位于第二壁上朝向第一壁突出的纵向脊(8,18,28,48),所述脊在它们的侧面(6a,8a)上彼此接合,并且位于第一和/或第二壁上的所述脊具有从下列组中选择出的轮廓,所述组包括梯形、矩形和锥形轮廓。
2、根据权利要求1所述的管子,其中,所述第一壁(1)具有与所述第二壁(4)相同的脊轮廓。
3、根据权利要求1或2所述的管子,其中,位于第一和/或第二壁上的所述脊在底部宽于顶部。
4、根据权利要求3所述的管子,其中,每个壁具有彼此间隔的脊(6,8)轮廓,从而在两个相邻脊之间形成了凹槽,其中脊的两个侧面(6a)接合位于相对壁中的凹槽的两个侧面(8a),从而在所述凹槽中形成纵向通道(10)。
5、根据权利要求1至5中的任一项所述的管子,其中,每个脊(16)在一侧上接合位于相对壁上的脊(18),在其另一侧上形成流体通道。
6、根据权利要求5所述的管子,其中,位于一个壁中的每个脊(16,18)的顶部均接合位于另一壁中的凹槽(19)。
7、根据权利要求1至3中的任一项所述的管子,其中,所述第二壁(4)的脊(28,36a,36b)轮廓是在两个相邻脊之间形成凹槽(30),其中,第一壁(26,38)上的每个脊接合第二壁中的凹槽。
8、根据权利要求1至3中的任一项所述的管子,其中,第一壁具有主脊(46)的轮廓,其在顶部具有小脊(47),该小脊接合第二壁中的相应小脊(48)的侧面。
9、根据权利要求1至8中的任一项所述的管子,其中,第一和/或第二壁上的每一个脊包括多个切口(20),这些切口形成了用于使得相邻的纵向通道(10)彼此连通的连通孔。
10、根据权利要求1至9中的任一项所述的管子,其中,位于第一和第二壁上的脊通过摩擦焊接、电阻焊接或钎焊中的一种或多种而彼此连接起来。
11、根据权利要求1至10中的任一项所述的管子,其中,异型轧制金属产品由钎焊薄板产品制成,该产品包括在一侧或两侧上包覆有钎料的铝合金。
12、根据权利要求1至11中的任一项所述的管子,其中,第一壁(2)和第二壁(4)通过钎焊彼此连接起来。
13、用于制造根据权利要求1至12中的任一项所述的管子的第一和/或第二壁(2,4)的轧制金属产品,其中,该轧制金属产品具有如权利要求1所述的轮廓,并通过轧制至少在一侧上包覆有钎料的钎焊薄板而制成。
14、一种用于制造根据权利要求1至12中任一项所述的管子的方法,包括如下步骤:
-通过利用一对辊子轧制在至少一侧上包覆有钎料的金属薄板来制造第一和第二壁,所述辊子之一具有用于在金属薄板的一侧上形成脊的平行的环形凹槽,
-将第一壁(2)置于第二壁(4)上,
-通过夹持或轧制将第一和第二壁连接在一起。
15、根据权利要求14所述的方法,其中,通过在保持另一个壁的一个壁上形成凸缘(14),将第一和第二壁夹持在一起。
16、根据权利要求14或15所述的方法,其中,通过轧制,从而导致在彼此结合的脊的侧面(6a,8a)之间形成摩擦连接和/或摩擦焊接连接,将第一和第二壁连接在一起。
17、一种用于制造热交换器的方法,所述热交换器包括一对管座,多个在每一端部均连接至一个管座的制冷剂管,和设置在相邻制冷剂管之间的波纹翅片,所述方法包括如下步骤:
-根据权利要求14至16中的任一项所述的方法制造制冷剂管,
-组装管座、制冷剂管和波纹翅片,
-钎焊热交换器组件。
18、根据权利要求17所述的方法,其中,由至少在异型侧面上包覆有钎料的铝薄板制成所述管子,并且在钎焊热交换器组件的过程中,将第一和第二壁钎焊在一起。
19、根据权利要求18所述的方法,其中,钎焊热交换器组件通过真空钎焊或无焊剂的钎焊来实现。
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