CN101782341B - 一种铝制板翅式换热器及其真空钎焊工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝制板翅式换热器及其真空钎焊工艺方法，包括一种铝制板翅式换热器结构、真空钎焊工艺方法。本发明采用在高温流体介质通道中以错位矩形翅片替代三角形翅片结构，采取控制环境空气湿度、夹持压力、钎料厚度、加热温度、真空度、时间等工艺参数的技术方案，克服了现有技术存在形体大，不紧凑，以及真空钎焊存在易出现翅片弯曲倒伏、钎缝断续、虚焊、熔蚀、泄漏不良缺陷的问题与不足，所提供的一种铝制板翅式换热器及其真空钎焊工艺方法，通过对制品结构和制作工艺的改进，使铝制板翅式换热器达到了结构紧凑，形体小巧，减少不良缺陷、提高焊接质量和提高换热效率的目的。

Description

一种铝制板翅式换热器及其真空钎焊工艺方法

技术领域

本发明涉及一种换热器，具体是指应用在汽车、化工、工程机械、石化、制冷、空调等设备上用于各种介质热交换的一种铝制板翅式换热器及其真空钎焊工艺方法。

背景技术

铝制板翅式换热器，由相互隔离且正交的高温流体介质通道与低温流体介质通道的叠层构成；通道中均焊有导热翅片，由于采用的翅片结构不同，换热器的换热效率和体积亦不同，现有技术通常在高、低温流体介质通道中均采用三角形翅片，三角形翅片的换热面积较小，在满足换热效率的前提下，使得换热器的形体较大，另外，由于铝制板翅式换热器结构的复杂性，现有技术采用真空钎焊工艺将其焊接成型；真空钎焊是在真空状态下，对换热器结构件进行加热和保温，使钎料在适宜的温度和时间内熔化，在毛细力作用下与固态结构件金属充分浸润、溶解、扩散、熔合，从而达到将固态结构件焊接在一起的一种先进焊接方法。然而，真空钎焊极易受工艺环境、手段、参数等因素影响，产生翅片弯曲倒伏、钎缝断续、虚焊、熔蚀、乃至泄漏等质量缺陷，而泄漏属重大质量缺陷。因此，现有技术的铝制板翅式换热器存在形体大，不紧凑，以及真空钎焊存在易出现翅片弯曲倒伏、钎缝断续、虚焊、熔蚀、泄漏不良缺陷的问题与不足。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题与不足，本发明采用在高温流体介质通道中以错位矩形翅片替代三角形翅片结构，采取控制环境空气湿度、夹持压力、钎料厚度、加热温度、真空度、时间等工艺参数的技术方案，提供一种铝制板翅式换热器及其真空钎焊工艺方法，旨在通过对制品结构、制作工艺的改进，使铝制板翅式换热器，达到结构紧凑，形体小巧，减少不良缺陷、提高焊接质量和提高换热效率的目的。

本发明的目的是这样实现的：一种铝制板翅式换热器及其真空钎焊工艺方法，包括一种铝制板翅式换热器结构、真空钎焊工艺方法，其中：所述的一种铝制板翅式换热器结构为由侧板、复合板、错位矩形翅片、三角形翅片、小封条、大封条构成；其中，所述的侧板为铝合金矩形板，厚度大于所述复合板；所述的复合板为铝合金矩形薄板；所述的错位矩形翅片为铝合金薄板制成，楞条被冲制成品字形交错的冲口的矩形瓦楞板，楞高低于所述三角形翅片的楞高；所述的三角形翅片为铝合金矩形薄板制成的三角形瓦楞板；所述的小封条为铝合金制成的矩形长条板，厚度与错位矩形翅片的楞高相等；所述的大封条为铝合金制成的矩形长条板，厚度与三角形翅片的楞高相等。

各部件相互位置及连接关系

在上下二块复合板之间的左右二边，各焊有一只大封条，由上下二块复合板与大封条围成的矩形通道，构成低温流体介质通道；在低温流体介质通道中焊有一块三角形翅片，三角形翅片的楞边与通道轴线平行，且每条楞边均与复合板接触的面焊合；在上下二块复合板之间的前后二边，各焊有一只小封条，由上下二块复合板与小封条围成的矩形通道，构成高温流体介质通道；在高温流体介质通道中焊有一块错位矩形翅片，错位矩形翅片的楞面与通道轴线平行，且每条楞面均与复合板接触的面焊合；由上而下，由若干层相互被复合板隔离，且通道轴线投影相互正交的低温流体介质通道与高温流体介质通道的交错叠层焊接构成；在低温流体介质通道与高温流体介质通道之间共用一块复合板；在叠层的上下二端各焊有一块侧板。

所述的真空钎焊工艺方法为：

表面处理，对各构件进行常规除油、除氧化层、清洗、烘干处理；

涂钎料，钎料厚度为复合板2厚度的10±3％；

组装，装配夹持环境：温度室温；相对湿度30％～40％RH；借助工具、装具，将各构件按所述位置及连接关系组合成型，装入钎焊夹具03；所述的钎焊夹具是由不锈钢制成，设有预紧压力弹簧的夹板；人工接触构件时，须佩戴干净无油、垢、水的手套；

真空钎焊：

设备，真空钎焊炉；

工艺过程为，预热升温，保温；蓄能升温，保温；钎焊升温，保温；停电降温，出炉；

将装入夹具的工件置于真空钎焊炉底部的托架上，关闭炉门，启动真空钎焊炉：

步骤一、预热升温，保温；抽真空，

一次预热升温，真空度6×10^-2大气压，时间30分钟，工件温度150℃；保温，真空度6×10^-2大气压，时间30分钟，工件温度150℃；

二次预热升温，真空度4×10^-2大气压，时间30分钟，工件温度300℃；保温，真空度4×10^-2大气压，时间30分钟，工件温度300℃；

三次预热升温，真空度6×10^-3大气压，时间20分钟，工件温度520℃；保温，真空度6×10^-3大气压，时间40分钟，工件温度520℃；步骤二、蓄能升温，保温；

真空度3×10^-3大气压，时间20分钟，工件温度570℃；保温，真空度3×10^-3大气压，时间40分钟，工件温度570℃；

步骤三、钎焊升温，保温；

真空度8×10^-4大气压，时间20分钟，工件温度608℃；保温，真空度8×10^-4大气压，时间40分钟，工件温度608℃；

步骤四、停电降温，出炉；

释放真空，时间30秒；送风冷却，风温室温，待工件温度降至100℃时出炉，风冷至室温，从钎焊夹具中取下工件，送至下道工序，氩弧焊焊接导流板工序，从略。

工作原理

由于错位矩形翅片的换热面积大于三角形翅片的换热面积，错位矩形翅片可使高温流道的热阻降低，三角形翅片可使低温流道的流阻降低，基于高温流体介质通道中多用于高温液体介质，低温流体介质通道多用于低温气体介质，在相同换热效率的前提下，错位矩形翅片的棱高可以比三角形翅片低；因此，采取在高温流体介质通道中以错位矩形翅片替代三角形翅片，使得制品结构紧凑，形体小巧；通过控制装夹构件的环境空气湿度，操作佩戴干净手套，减少构件焊接面氧化铝的形成，避免了制品产生虚焊不良；由于铝合金工件与不锈钢钎焊夹具的热胀系数不同，通过弹簧控制夹持工件的压力，防止了翅片在高温状态下产生弯曲倒伏不良；通过对构件钎料涂层厚度、加热温度、真空度、时间等工艺参数的控制，避免了制品产生钎缝断续、熔蚀、泄漏不良。

上述，本发明采用在高温流体介质通道中以错位矩形翅片替代三角形翅片结构，采取控制环境空气湿度、夹持压力、钎料厚度、加热温度、真空度、时间等工艺参数的技术方案，克服了现有技术存在形体大，不紧凑，以及真空钎焊存在易出现翅片弯曲倒伏、钎缝断续、虚焊、熔蚀、泄漏不良缺陷的问题与不足，所提供的一种铝制板翅式换热器及其真空钎焊工艺方法，通过对制品结构和制作工艺的改进，使铝制板翅式换热器达到了结构紧凑，形体小巧，减少不良缺陷、提高焊接质量和提高换热效率的目的。

附图说明

图1是本发明的一种铝制板翅式换热器及其真空钎焊工艺方法的单层铝制板翅式换热器的结构示意图；

图2是本发明的一种铝制板翅式换热器及其真空钎焊工艺方法的单层铝制板翅式换热器的各构件结构的分解轴测示意图；

图3是图2中A部的引出放大图；

图4是本发明的一种铝制板翅式换热器及其真空钎焊工艺方法的真空钎焊工艺方法中，将多层铝制板翅式换热器的构件装入钎焊夹具状态的轴测示意图。

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步详细说明，但不应理解为对本发明的任何限制。

图中：侧板1、复合板2、错位矩形翅片3、三角形翅片4、小封条5、大封条6、高温流体介质通道01、低温流体介质通道02、钎焊夹具03、弹簧04、夹板05。

具体实施方式

参阅图1～图4，本发明的一种铝制板翅式换热器及其真空钎焊工艺方法，包括一种铝制板翅式换热器结构、真空钎焊工艺方法，其中：所述的一种铝制板翅式换热器结构为由侧板1、复合板2、错位矩形翅片3、三角形翅片4、小封条5、大封条6构成；其中，所述的侧板1为铝合金矩形板，厚度大于所述复合板2；所述的复合板2为铝合金矩形薄板；所述的错位矩形翅片3为铝合金薄板制成，楞条被冲制成品字形交错的冲口的矩形瓦楞板，楞高低于所述三角形翅片4的楞高；所述的三角形翅片4为铝合金矩形薄板制成的三角形瓦楞板；所述的小封条5为铝合金制成的矩形长条板，厚度与错位矩形翅片3的楞高相等；所述的大封条6为铝合金制成的矩形长条板，厚度与三角形翅片4的楞高相等。

各部件相互位置及连接关系

在上下二块复合板2之间的左右二边，各焊有一只大封条6，由上下二块复合板2与大封条6围成的矩形通道，构成低温流体介质通道02；在低温流体介质通道02中焊有一块三角形翅片4，三角形翅片4的楞边与通道轴线平行，且每条楞边均与复合板2接触的面焊合；在上下二块复合板2之间的前后二边，各焊有一只小封条5，由上下二块复合板2与小封条5围成的矩形通道，构成高温流体介质通道01；在高温流体介质通道01中焊有一块错位矩形翅片3，错位矩形翅片3的楞面与通道轴线平行，且每条楞面均与复合板2接触的面焊合；由上而下，由若干层相互被复合板2隔离，且通道轴线投影相互正交的低温流体介质通道02与高温流体介质通道01的交错叠层焊接构成；在低温流体介质通道02与高温流体介质通道01之间共用一块复合板2；在叠层的上下二端各焊有一块侧板1。

所述的真空钎焊工艺方法为：

表面处理，对各构件进行常规除油、除氧化层、清洗、烘干处理；

涂钎料，钎料厚度为复合板2厚度的10±3％；

组装，装配夹持环境：温度室温；相对湿度30％～40％RH；借助工具、装具，将各构件按所述位置及连接关系组合成型，装入钎焊夹具03；所述的钎焊夹具03是由不锈钢制成，设有预紧压力弹簧04的夹板05；人工接触构件时，须佩戴干净无油、垢、水的手套；

真空钎焊：

设备，真空钎焊炉；

工艺过程为，预热升温，保温；蓄能升温，保温；钎焊升温，保温；停电降温，出炉；

将装入夹具的工件置于真空钎焊炉底部的托架上，关闭炉门，启动真空钎焊炉：

步骤一、预热升温，保温；抽真空，

一次预热升温，真空度6×10^-2大气压，时间30分钟，工件温度150℃；保温，真空度6×10^-2大气压，时间30分钟，工件温度150℃；

二次预热升温，真空度4×10^-2大气压，时间30分钟，工件温度300℃；保温，真空度4×10^-2大气压，时间30分钟，工件温度300℃；

三次预热升温，真空度6×10^-3大气压，时间20分钟，工件温度520℃；保温，真空度6×10^-3大气压，时间40分钟，工件温度520℃；

步骤二、蓄能升温，保温；

真空度3×10^-3大气压，时间20分钟，工件温度570℃；保温，真空度3×10^-3大气压，时间40分钟，工件温度570℃；

步骤三、钎焊升温，保温；

真空度8×10^-4大气压，时间20分钟，工件温度608℃；保温，真空度8×10^-4大气压，时间40分钟，工件温度608℃；

步骤四、停电降温，出炉；

释放真空，时间30秒；送风冷却，风温室温，待工件温度降至100℃时出炉，风冷至室温，从钎焊夹具03中取下工件，送至下道工序，氩弧焊焊接导流板工序，从略。

工作原理

由于错位矩形翅片3的换热面积大于三角形翅片4的换热面积，错位矩形翅片3可使高温流道的热阻降低，三角形翅片4可使低温流道的流阻降低，基于高温流体介质通道中01多用于高温液体介质，低温流体介质通道02多用于低温气体介质，在相同换热效率的前提下，错位矩形翅片3的棱高可以比三角形翅片4低；因此，采取在高温流体介质通道中01以错位矩形翅片3替代三角形翅片4，使得制品结构紧凑，形体小巧；通过控制装夹构件的环境空气湿度，操作佩戴干净手套，减少构件焊接面氧化铝的形成，避免了制品产生虚焊不良；由于铝合金工件与不锈钢钎焊夹具03的热胀系数不同，通过弹簧04控制夹持工件的压力，防止了翅片在高温状态下产生弯曲倒伏不良；通过对构件钎料涂层厚度、加热温度、真空度、时间等工艺参数的控制，避免了制品产生钎缝断续、熔蚀、泄漏不良。

Claims (2)

1.一种铝制板翅式换热器，其特征在于：包括侧板(1)、复合板(2)、错位矩形翅片(3)、三角形翅片(4)、小封条(5)、大封条(6)，其中，所述的侧板(1)为铝合金矩形板，厚度大于所述复合板(2)；所述的复合板(2)为铝合金矩形薄板；所述的错位矩形翅片(3)为铝合金薄板制成的矩形瓦楞板，错位矩形翅片(3)的楞条被冲制成品字形交错的冲口，错位矩形翅片(3)的楞高低于所述三角形翅片(4)的楞高；所述的三角形翅片(4)为铝合金矩形薄板制成的三角形瓦楞板；所述的小封条(5)为铝合金制成的矩形长条板，小封条(5)的厚度与错位矩形翅片(3)的楞高相等；所述的大封条(6)为铝合金制成的矩形长条板，大封条(6)的厚度与三角形翅片(4)的楞高相等；

各部件相互位置及连接关系为，在上下二块复合板(2)之间的左右二边，各焊有一只大封条(6)，由上下二块复合板(2)与大封条(6)围成的矩形通道，构成低温流体介质通道(02)；在低温流体介质通道(02)中焊有一块三角形翅片(4)，三角形翅片(4)的楞边与低温流体介质通道(02)轴线平行，且每条楞边均与复合板(2)接触的面焊合；在上下二块复合板(2)之间的前后二边，各焊有一只小封条(5)，由上下二块复合板(2)与小封条(5)围成的矩形通道，构成高温流体介质通道(01)；在高温流体介质通道(01)中焊有一块错位矩形翅片(3)，错位矩形翅片(3)的楞面与高温流体介质通道(01)轴线平行，且每条楞面均与复合板(2)接触的面焊合；由上而下，由若干层相互被复合板(2)隔离，且通道轴线投影相互正交的低温流体介质通道(02)与高温流体介质通道(01)的交错叠层焊接构成；在低温流体介质通道(02)与高温流体介质通道(01)之间共用一块复合板(2)；在叠层的上下二端各焊有一块侧板(1)。

2.一种权利要求1所述的一种铝制板翅式换热器的真空钎焊工艺方法，其特征在于：包括表面处理、涂钎料、组装、真空钎焊工艺过程，

所述表面处理为对各构件进行常规除油、除氧化层、清洗、烘干处理；

所述各构件为权利要求1所述的一种铝制板翅式换热器的侧板(1)、复合板(2)、错位矩形翅片(3)、三角形翅片(4)、小封条(5)、大封条(6)；

所述涂钎料为钎料厚度为复合板(2)厚度的10±3％；

所述组装为，装配夹持环境：温度室温；相对湿度30％～40％RH；借助工具、装具，将各构件按权利要求1中所述位置及连接关系组合成型，装入钎焊夹具(03)；所述的钎焊夹具(03)是由不锈钢制成，设有预紧压力弹簧(04)的夹板(05)；人工接触构件时，须佩戴干净无油、垢、水的手套；

所述真空钎焊的设备为真空钎焊炉；

所述真空钎焊工艺过程为，预热升温，保温；蓄能升温，保温；钎焊升温，保温；停电降温，出炉；

将装入夹具的工件置于真空钎焊炉底部的托架上，关闭炉门，启动真空钎焊炉：

步骤一、预热升温，保温，抽真空；

一次预热升温，炉中真空度6×10^-2大气压，用30分钟时间将工件温度升至150℃；保温，将真空度维持在6×10^-2大气压，保持工件温度150℃，保持时间为30分钟；

二次预热升温，炉中真空度4×10^-2大气压，用30分钟时间将工件温度升至300℃；保温，将真空度维持在4×10^-2大气压，保持工件温度300℃，保持时间为30分钟；

三次预热升温，炉中真空度6×10^-3大气压，用20分钟时间将工件温度升至520℃；保温，将真空度维持在6×10^-3大气压，保持工件温度520℃，保持时间为40分钟；

步骤二、蓄能升温，保温；

炉中真空度3×10^-3大气压，用20分钟时间将工件温度升至570℃；保温，将真空度维持在3×10^-3大气压，保持工件温度570℃，保持时间为40分钟；步骤三、钎焊升温，保温；

炉中真空度8×10^-4大气压，用20分钟时间将工件温度升至608℃；保温，将真空度维持在8×10^-4大气压，保持工件温度608℃，保持时间为40分钟；步骤四、停电降温，出炉；

释放真空，释放时间为30秒；向炉中送风冷却炉中温度，风的温度为室温，待工件温度降至100℃时出炉，出炉后用风冷将工件温度降至室温，从钎焊夹具(03)中取下工件，即为成品。

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