CN101844184B - 一种用于内翅片管的相变无损胀管方法 - Google Patents

一种用于内翅片管的相变无损胀管方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于内翅片管的相变无损胀管方法，该方法首先是将铜质换热管弯曲成U形并进行表面去油污和氧化层处理；在铜质换热管上串套铝合金翅片组，采用焊接的方法将各段U形铜质换热管连接为一个回路，将铜质换热管回路两端密封，内部抽真空并灌注液体工质；将铜质换热管回路加热至250℃-350℃，并保持10-30min，工质相变产生内压力迫使铜管外径膨胀产生塑性变形，与铝合金翅片上的管孔紧密结合。本发明不会损伤铜管内壁的翅槽结构，可获得具有薄壁瘦高齿形特征，能够有效提高换热效率，尤其对于细长管道的膨胀具有独特优势，且整个工艺过程无污染，绿色环保，可应用于建筑暖通制冷、微电子散热等领域。

Description

一种用于内翅片管的相变无损胀管方法
技术领域
本发明涉及一种胀管方法，尤其涉及一种对管道内壁毛细结构无损伤的胀管方法。
背景技术
铜铝复合散热器是家庭或企事业单位常用的供暖设备，其用量大，涉及面广。在现有技术中的散热器或热交换器其换热管与散热翅片之间的连接，一般是采用胀管工艺连接，是靠换热管的金属变形膨胀使换热管的外表面与管板上安装孔的内表面产生压紧力将换热管和管板连接并密封。常用的胀管方法有机械胀管和液压胀管法。机械胀管法为最早的胀接方法，目前仍在大量使用，这种方法简捷方便，但需要用油润滑，油的污染使胀接后不能保证焊接的质量；管径的扩大会产生较大的冷作应力，不利于应力腐蚀的场合。另外机械胀管法由于受到管径和胀管器长度的限制，胀接深度和胀管总的长度不易实现太大，特别对于细长管路的胀接，缺点尤为明显。而对于内部具有凸起结构如螺纹管的胀接，机械胀接会对管路内壁的螺纹特征产生较大的破坏。针对机械胀接的这些确定，产生了液压胀管法。液压胀管法解决了机械胀管法几何形状上受限制和容易破坏管路内壁凸起结构的缺点，可以实现整个管板厚度的全程胀接，使管子与散热翅片整个形成一体，大大提高管子的抗振能力。但是液压胀管法也有液压源体大、量重，不适宜搬运，一般只能在厂家制造地使用管子胀接等缺点。如中国实用新型专利97224848.x公开了可调式液压胀管器，该装置无法携带，不利于上门安装或修理时现场的管子涨接。液压胀管法需要使用液压油作为工作介质，和机械胀管法一样，油的污染一方面使胀接后不能保证焊接质量，另一方面也会造成一定的污染。
发明内容
本发明的目的在于：克服现在常用的机械胀管和液压胀管方法存在的缺点，提供一种不会损伤铜管内壁的凸起翅片，对于细长管道的膨胀具有独特优势，且整个工艺过程无污染，绿色环保的新型胀管方法。
为了实现这一目的，本发明所采取的技术方案是：
一种用于内翅片管的相变无损胀管方法，其特征在于该方法包括以下步骤和工艺条件：
(1)裁取多段铜质换热管并且弯曲成U形；
(2)将U形铜质换热管进行表面去油污和氧化层处理；
(3)在铜质换热管上串套铝合金翅片组，并采用焊接的方法将各个U形铜质换热管连接为一个回路，然后将铜质换热管回路两端密封、内部抽真空并灌注液体工质；
(4)封装完毕的换热器至少经过以下两种加热工艺之一进行胀管：
a、将伸出在铝合金翅片组外面铜质换热管通过高频加热或缠绕发热丝等方法加热至250℃-350℃，并保持10-30min。铜管内的液体工质蒸发的相变反应可以把加热端的热量快速传递至铜质换热管的各处，得到均匀的管内温度场。随着铜质换热管回路内部液体工质的蒸发在铜管回路内部形成内部蒸汽压力，迫使铜管外径膨胀产生塑性变形，与铝合金翅片上的管孔紧密结合并且挤压铝合金翅片产生弹性变形。
b、将整个换热器放入退火炉中升温至250℃-350℃，并保持10-30min。升温和保温过程可对炉膛内部抽真空或充入氮气、氢气等保护性气体。高温使铜质换热管回路内部液体工质的蒸发在铜管回路内部形成内部蒸汽压力，迫使铜管外径膨胀产生塑性变形，与铝合金翅片上的管孔紧密结合并且挤压铝合金翅片产生弹性变形。
冷却后，铝合金翅片的弹性变形回弹，进一步加紧了铜管与翅片的结合强度，获得良好的管板连接效果。
(5)胀接完成后，可以重新破开换热管回路封闭的两端，该回路用于换热器工质循环回路，也可以保持密封作为散热器使用。
所述的铜质换热管为紫铜软态管，管壁厚度为0.2mm-1.0mm，其外壁面光滑而内壁面附带有螺纹、轴向齿形或其他不规则突起翅片。
所述的液体工质可以是水、甲醇、乙醇或其他中性液体，优选水。
所述的液体工质灌注量为铜管回路腔体体积的5％-10％。
所述的铝合金翅片开设有用于安装铜质换热管的管孔，管孔直径比铜质换热管管径大5％-10％。
与现有技术方法相比较，本发明具有以下优点：
(1)本发明的相变无损胀管方法相对于机械胀管法，利用了工质的相变传热现象在管道内部形成蒸汽高压，可以对较大细长比的管路进行胀接，且对于管壁内部的凸起结构不会产生损伤，可以实现瘦高齿形的胀管工艺，具有了液压胀管法的优点。
(2)本发明的无损胀管方法相对于液压胀管法，由于采用中性、易挥发液态工质，工艺过程无油性物质，可保证焊接质量、无污染，绿色环保的优点。
附图说明
图1为本发明实施例1的立体示意图；
图2为本发明实施例1的爆炸示意图；
图3为图1的A-A截面示意图；
图4为本发明相变胀管的原理示意图；
图5为本发明胀管原理示意图；
图6为本发明内螺纹管的结构示意图；
图7为本发明中铝质翅片的结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1、2、3所示。铜铝散热器包括铜质换热管1和多片铝质翅片2。一种用于内翅片管的相变无损胀管方法包括以下步骤和工艺条件：
(1)裁取多段铜质换热管并且弯曲成U形，铜质换热管1为紫铜软管，管壁厚度为0.2mm-1.0mm，其外壁面光滑而内壁面设有周向齿条11(如图5所示)，齿数40-70，齿高0.15-0.30mm，齿宽0.12-0.20mm；或者是铜质换热管1的外壁面光滑而内壁面设有连续的螺纹状突起齿条12(如图6所示)，管内壁厚度为0.2mm-1.0mm，螺纹状突起齿条凸起布置于管内壁，齿形截面可为三角形或顶部狭窄根部较宽的梯形截面，齿顶角为5°-27°，齿条高0.15-0.30mm，平均齿宽0.12-0.20mm，齿数35-75，螺旋角＜45°。铜质换热管内壁面的突起翅片一方面可以为工作液体的回流提供毛细力，促成工作液体的相变循环，另一方面可以增大换热管的换热面积，提高换热效率。如图7所示，铝合金翅片2厚度为0.2-1.0mm，且其开设有用于安装铜质换热管的管孔21，管孔21的直径比铜质换热管外径大2％-10％。
(2)将U形铜质换热管1进行表面去油污和氧化层处理；
(3)在U形铜质换热管1上串套多片铝合金翅片2，并采用焊接的方法将U形铜质换热管连接为一个回路；然后将铜质换热管回路两端密封、内部抽真空并灌注液体工质；液体工质可以是水、甲醇、乙醇或其他中性液体，优选水；每一毫米长度的铜质换热管1灌注0.008-0.015毫升液体工质。
(4)封装完毕的换热器至少经过以下两种加热工艺之一进行胀管：
a、将伸出在铝合金翅片组外面的铜质换热管1通过高频加热或缠绕发热丝等方法加热至250℃-350℃，并保持10-30min。其相变原理如图4、5所示：通过加热铜质换热管两端，管内纯水蒸发，水蒸汽迅速向管内其他位置扩散，并且在离热源较远的地方冷却为液体。冷却得到的液体，依靠紫铜软管内壁面的周向齿形11或螺纹翅片12形成的毛细力回流到加热端，形成纯水作为工质的相变循环。这样，利用水的相变潜热可以很快的把热量传递到管道的各个位置，获得均匀的管内温度场和压力场。温度达到上述温度时，铜质换热管内部气压P迫使铜管外径膨胀产生塑性变形，与铝合金翅片上的管孔紧密结合并且挤压铝合金翅片产生弹性变形。
b、将整个换热器放入退火炉中升温至250℃-350℃，并保持10-30min。升温和保温过程可对炉膛内部抽真空或充入氮气、氢气等保护性气体。高温使铜质换热管回路内部液体工质的蒸发在铜管回路内部形成内部蒸汽压力，迫使铜管外径膨胀产生塑性变形，与铝合金翅片上的管孔紧密结合并且挤压铝合金翅片产生弹性变形。冷却后，铜管的外径变大，如图4之虚线所示意，而铝合金翅片的弹性变形回弹，进一步加紧了铜管与翅片的结合强度，获得良好的管板连接效果。
(5)胀接完成后，重新破开U形铜质换热管回路封闭的两端，该回路用于换热器工质循环回路；或者是胀接完成后，保持U形铜质换热管回路密封作为散热器。
本发明技术方案不会损伤铜管内壁的凸起结构，可以实现瘦高齿形的胀管工艺，对于细长管道的膨胀具有独特优势，且整个工艺过程无污染，绿色环保的新型胀管方法。
实施例1
铜铝散热器包括铜质换热管1和铝质翅片2。铜质换热管1的材料是紫铜，退火软态，其外径为6mm，壁厚为0.3mm，其内壁附带有周向齿形11，如图6所示。轴向齿形11的高度为0.30mm，宽度为0.15mm，数量为55。铝质翅片2为矩形薄板，其厚度为0.5mm，长250mm，宽200mm，其上开设有安装孔21，安装孔直径为6.2mm，略大于铜管外径，方便安装。
一种用于内翅片管的相变无损胀管方法进行铜铝散热器的胀管过程：
(1)裁取铜质换热管10段，每段长度为300mm，弯曲成U形管1，如图2所示；裁取铜质换热管5段，每段长度为40mm，弯曲成U形管1，如图2所示；
(2)将U形铜质换热管1进行表面去油污和氧化层处理；
(3)在U形铜质换热管1上串套上35片铝合金翅片组2，并采用焊接的方法将2个较长的U形铜质换热管和1个较短的U形铜质换热管连接为一个回路，如图3所示。本实施例一共设置了5个独立的换热管回路，如图1、2所示。然后将每个铜质换热管回路两端密封、内部抽真空并灌注工质。每个回路焊接连接后的长度约为680mm，每一毫米长度的铜质换热管1灌注0.010毫升液体工质，总共灌注纯水6.80ml；
(4)封装完毕的换热器经过以下加热工艺进行胀管：将伸出在铝合金翅片组外面铜质换热管通过高频加热至250℃-350℃，并保持10-30min。如图4所示：通过加热铜质换热管两端，管内纯水蒸发，水蒸汽迅速向管内其他位置扩散，并且在离热源较远的地方冷却为液体，在重力和毛细力作用下回流到加热端，形成纯水作为工质的相变循环。这样，利用水的相变潜热可以很快的把热量传递到管道的各个位置，获得均匀的管内温度场和压力场。温度达到上述温度时，铜质换热管内部气压P迫使铜管外径膨胀产生塑性变形，铜管外径由6.00mm膨胀到6.25mm，如图5所示。膨胀的铜管与铝合金翅片上的管孔紧密结合并且挤压铝合金翅片产生弹性变形。冷却后，铝合金翅片的弹性变形回弹，进一步加紧了铜管与翅片的结合强度，获得良好的管板连接效果。
(5)胀接完成后，重新破开换热管回路封闭的两端4，该回路用于换热器工质循环回路。
应用本发明的相变无损胀管方法相对于机械胀管法，利用了工质的相变传热现象在管道内部形成蒸汽高压，完成了对较大细长比的管路进行胀接，且拆检发现管壁内部的周向齿形12没有产生损伤，齿形形貌完整，没有出现齿形破坏堵塞毛细通道的现象，只是由于管径胀大齿高略为减小，齿高降为0.28mm，齿宽增大至0.17mm。而由于胀管过程采用了纯水作为工作液体，工艺过程无油性物质，可保证焊接质量、无污染，绿色环保的优点，此点又优于液压胀管法。

Claims (5)

1.一种用于内翅片管的相变无损胀管方法，其特征在于该方法包括以下步骤和工艺条件：
(1)裁取多段铜质换热管并且弯曲成U形，铜质换热管管壁厚度为0.2mm-1.0mm，其外壁面光滑而内壁面设有周向齿条，齿高0.15-0.30mm，齿宽0.12-0.20mm；或者是铜质换热管的外壁面光滑而内壁面设有螺纹状突起齿条，齿条高0.15-0.30mm，齿顶角为5°-27°，螺旋角＜45°；
(2)将U形铜质换热管进行内/外表面去油污和氧化层处理；
(3)在U形铜质换热管上串套多片铝合金翅片，将多个U形铜质换热管连通成一个回路；然后将铜质换热管回路两端密封、内部抽真空并灌注液体工质；液体工质是纯水、甲醇或乙醇；每一毫米长度的铜质换热管(1)灌注0.008-0.015毫升液体工质；所述铝合金翅片厚度为0.2-1.0mm，且其开设有用于安装铜质换热管的管孔，管孔的直径比铜质换热管外径大2％-10％；
(4)封装完毕的换热器至少经过以下两种加热工艺之一进行胀管：
a、将伸出在铝合金翅片组外面铜质换热管通过高频加热或缠绕发热丝方法加热至250℃-350℃，并保持10-30min；铜管内的液体工质蒸发的相变反应把加热端的热量快速传递至铜质换热管的各处，得到均匀的管内温度场；随着铜质换热管回路内部液体工质的蒸发在铜管回路内部形成内部蒸汽压力，迫使铜管外径膨胀产生塑性变形，与铝合金翅片上的管孔紧密结合并且挤压铝合金翅片产生弹性变形；
b、将整个换热器放入退火炉中升温至250℃-350℃，并保持10-30min；升温和保温过程对炉膛内部抽真空或者是充入保护性气体氮气或氢气；高温使铜质换热管回路内部液体工质的蒸发在铜管回路内部形成内部蒸汽压力，迫使铜管外径膨胀产生塑性变形，与铝合金翅片上的管孔紧密结合并且挤压铝合金翅片产生弹性变形。
2.根据权利要求1所述的一种用于内翅片管的相变无损胀管方法，其特征在于：所述的铜质换热管为紫铜软态管。
3.根据权利要求1所述的一种用于内翅片管的相变无损胀管方法，其特征在于：在U形铜质换热管上串套多片铝合金翅片后并采用焊接的方法将多个U形铜质换热管连通成一个回路。
4.根据权利要求2所述的一种用于内翅片管的相变无损胀管方法，其特征在于：胀接完成后，重新破开U形铜质换热管回路封闭的两端，该回路用于换热器工质循环回路；或者是胀接完成后，保持U形铜质换热管回路密封作为散热器。
5.根据权利要求2所述的一种用于内翅片管的相变无损胀管方法，其特征在于：所述螺纹状突起齿条的齿形截面为三角形或梯形，平均齿宽为0.12-0.20mm，齿数为35-75。
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