CN102489814B - 一种铝制板翅式换热器芯部叠层真空钎焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝制板翅式换热器芯部真空钎焊工艺方法，采用真空钎焊工艺钎焊铝制板翅式换热器芯部，侧板尺寸一致的多个换热器芯部在高度方向上叠层组装，通过柔性夹具固定，相邻换热器芯部之间加入三明治结构的两层云母带和一层纯铝或3003铝合金板，组装后入真空钎焊炉钎焊，钎焊出炉后再将多个已钎焊好的换热器芯部分离开。本发明采用多个换热器芯部叠层组装进行真空钎焊，工艺简单，操作性强，可控性好，钎焊效率高，有效降低了生产成本，提高了产品质量的一致性。
Description
技术领域
本发明属于铝合金焊接技术领域，尤其涉及一种铝制板翅式换热器芯部真空钎焊方法。
背景技术
铝制板翅式换热器是一种以铝合金波形翅片为传热元件的新颖换热器，是目前国内外最先进的换热器，具有热阻小、换热效率高、结构紧凑、体积小、重量轻、适应性强、坚固耐用、经济性好、并可设计成多达十多股流体同时换热等特点，早期专用于航空、潜艇等军事领域，现已广泛应用于石油化工、航空航天、电子、原子能和工程机械等领域。
铝制板翅式换热器由换热器芯部和封头通过钨极氩弧焊组焊而成。换热器芯部的基本结构是由翅片、导流片、隔板、侧板和封条五种元件组成的单元体叠积结构，翅片、导流片、侧板和封条材料通常为3003铝合金，隔板通常为434铝合金包覆板，434铝合金包覆板的中间芯板为3003 铝合金，上下表面层为厚度0.09~0.11mm的含硅量为9.0~10.5%的4004 合金包覆层，即钎料层。换热器芯部早期主要采用盐浴钎焊制造。由于盐浴钎焊存在能耗高、环境污染严重、残留盐腐蚀等问题，现已被无钎剂的真空钎焊所取代。真空钎焊具有盐浴钎焊无可比拟的优点，其经济和社会效益显著。
换热器芯部的真空钎焊是在真空钎焊炉中完成的。真空钎焊包括钎焊室抽真空、以一定的加热速率加热钎焊室到钎焊温度并保温一定时间、钎焊室降温、钎焊室温度降到一定温度时开启炉门自然降温等步骤。为保证钎焊室温度的均匀性和准确性，钎焊加热速率不能快，在加热过程中通常还要设置多次的保温程序。为了缩短产品真空钎焊的时间以提高钎焊的效率，钎焊室降温通常采用自然降温和充入纯氮气进行强制降温的组合降温方式。真空钎焊由于包括多个步骤，所以耗时比较长。如何提高钎焊设备的利用率，在保证钎焊质量的前提下有效提高钎焊生产的效率，降低生产成本，是换热器芯部实际生产必须解决的现实问题。
发明内容
本发明的目的在于针对铝制板翅式换热器芯部真空钎焊存在的问题，提供一种铝制板翅式换热器芯部真空钎焊方法，该方法能显著提高铝制板翅式换热器芯部的钎焊效率及产品质量的一致性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种铝制板翅式换热器芯部叠层真空钎焊方法，该方法采用纯铝或3003铝合金板和R-5461-S云母带作为相邻换热器芯部之间的隔离层材料；采用4004钎料片作为换热器芯部的侧板与翅片、封条之间钎焊的钎焊料，该方法包括以下步骤：
（1）在柔性夹具底板上将清洗和烘干后的侧板、4004钎料片、翅片、导流片、隔板、封条等换热器芯部组成元件依次叠放，直至叠放完毕，完成第一个换热器芯部的初步组装。
（2）在第一个换热器芯部的上表面，即换热器芯部的顶部侧板上依次叠放已用丙酮擦拭清理好的云母带、纯铝或3003铝合金板、云母带，两层云母带和一块纯铝或3003铝合金板构成三明治结构的隔离层。
（3）在上层云母带2上将清洗和烘干后的侧板、4004钎料片、翅片、导流片、隔板、封条等换热器芯部组成元件依次叠放，直至叠放完毕，完成第二个换热器芯部的初步组装。
（4）重复2和3步骤，直至最后一个要叠层钎焊的换热器芯部组成元件依次叠放完毕。
（5）压紧柔性夹具，完成多个换热器芯部的叠层组装。
（6）叠层组装完毕的换热器送入真空钎焊炉进行钎焊，钎焊室抽真空至7~8×10-4Pa，以8~10℃／min的升温速率升温到200℃后保温15~20 min，然后以8~10℃／min的升温速率升温到540℃后保温15~20 min，再以3~4℃／min的升温速率升温到600℃后保温4~5min，停止加热，待钎焊室降温到350~360℃时关闭抽真空系统并充入纯氮气对钎焊室进行强制冷却，即充入纯氮气至0.04~0.05MPa时开启钎焊室排气阀门，继续充入纯氮气，直至钎焊室冷却到200~250℃时停止充入纯氮气，待钎焊室压强与外部大气环境一致时关闭钎焊室排气阀门，开启钎焊炉门取出已钎焊好的叠层换热器芯部，让其在大气中自然冷却，冷却到室温后松开柔性夹具，将叠层组装在一起的换热器芯部分离开。
本发明的有益效果是：本发明采用了对侧板尺寸一致的多个换热器芯部在高度方向上叠层组装、组装后入真空钎焊炉钎焊、钎焊出炉后再将多个换热器芯部分离开的装配、钎焊方式，实现了多个换热器芯部的一次装配和一次钎焊，与现有的单个换热器芯部装配、钎焊相比，成倍地提高了钎焊效率，工艺简单，操作性和可控性强，有效降低了生产成本，提高了产品质量的一致性。
附图说明
图1为本发明所述的铝制板翅式换热器芯部叠层真空钎焊的装配示意图。
图中：换热器芯部1、云母带2、纯铝或3003铝合金板3。
具体实施方式
本发明铝制板翅式换热器芯部叠层真空钎焊方法，采用真空钎焊工艺钎焊铝制板翅式换热器芯部，侧板尺寸一致的多个换热器芯部在高度方向上叠层组装，通过柔性夹具固定，相邻换热器芯部之间加入三明治结构的两层云母带和一层纯铝或3003铝合金板，组装后入真空钎焊炉钎焊，钎焊出炉后再将多个已钎焊好的换热器芯部分离开。
本发明采用了由两层云母带和一层纯铝或3003铝合金板组成的三明治结构的隔离层对相邻换热器芯部进行隔离，在真空钎焊炉中钎焊时可以有效隔离相邻的两换热器芯部，其侧板之间不会发生粘连，钎焊后可以很便捷地将已钎焊好的多个换热器芯部分离开。
下面结合附图和具体实施方式，详细说明依据本发明的铝制板翅式换热器芯部叠层真空钎焊工艺方法。
如图1所示，本发明铝制板翅式换热器芯部叠层真空钎焊方法采用厚度6 mm 的纯铝或3003铝合金板3和厚度0.15mm的R-5461-S云母带2作为相邻换热器芯部之间的隔离层材料；采用厚度0.1mm的4004钎料片作为换热器芯部侧板与翅片、封条之间钎焊的钎焊料。该方法包括以下步骤：
1、按换热器芯部图纸要求在柔性夹具底板上将清洗和烘干后的侧板、4004钎料片、翅片、导流片、隔板、封条等换热器芯部组成元件依次叠放，直至叠放完毕，完成第1个换热器芯部的初步组装。
2、在第1个换热器芯部的上表面，即换热器芯部的顶部侧板上依次叠放已用丙酮擦拭清理好的云母带2、纯铝或3003铝合金板3、云母带2，两层云母带2和一块纯铝或3003铝合金板3构成三明治结构的隔离层。
3、按换热器芯部图纸要求在上层云母带2上将清洗和烘干后的侧板、4004钎料片、翅片、导流片、隔板、封条等换热器芯部组成元件依次叠放，直至叠放完毕，完成第2个换热器芯部的初步组装。
4、重复2和3步骤，直至最后一个要叠层钎焊的换热器芯部组成元件依次叠放完毕。
5、压紧柔性夹具，完成多个换热器芯部的叠层组装。
6、叠层组装完毕的换热器装配检验合格后送入真空钎焊炉进行钎焊，钎焊室抽真空至7~8×10-4Pa，以8~10℃／min的升温速率升温到200℃后保温15~20 min，然后以8~10℃／min的升温速率升温到540℃后保温15~20 min，再以3~4℃／min的升温速率升温到600℃后保温4~5min，停止加热，待钎焊室降温到350~360℃时关闭抽真空系统并充入纯氮气对钎焊室进行强制冷却，即充入纯氮气至0.04~0.05MPa时开启钎焊室排气阀门，继续充入纯氮气，直至钎焊室冷却到200~250℃时停止充入纯氮气，待钎焊室压强与外部大气环境一致时关闭钎焊室排气阀门，开启钎焊炉门取出已钎焊好的叠层换热器芯部，让其在大气中自然冷却，冷却到室温后松开柔性夹具，将叠层组装在一起的换热器芯部分离开。
实施例1
某型两换热通道的换热器芯部尺寸为（长×宽×高）：427×190×102mm，侧板尺寸为427×190mm，采用厚度0.1mm的4004钎料片作为换热器芯部侧板与翅片、封条之间钎焊的钎焊料，采用厚度6mm的3003铝合金板和厚度0.15mm的R-5461-S云母带作为相邻换热器芯部之间的隔离层材料，12个换热器芯部进行叠层组装，组装检验合格后送入真空钎焊炉进行钎焊，钎焊室抽真空至7×10-4Pa时开始以10℃／min的升温速率升温到200℃和540℃各保温20 min，然后再以4℃／min的升温速率升温到605℃保温5min后停止加热，待钎焊室降温到360℃时关闭抽真空系统，充入纯氮气至0.05MPa时开启钎焊室排气阀门，继续充入纯氮气，直至钎焊室冷却到250℃时停止充入纯氮气，待钎焊室压强与外部大气环境一致时关闭钎焊室排气阀门，开启钎焊炉门取出已钎焊好的换热器芯部，让其在大气中自然冷却，冷却到室温后松开柔性夹具，将12个叠层组装在一起的换热器芯部分离开。钎焊好的12个换热器芯部焊上试压封头进行强度试验和气密性试验，全部合格。强度试验为：常温，水压0.80Mpa，保压10min，不允许渗漏和异常变形；气密性试验为：常温，气压 0.35MPa，保压10min，不允许渗漏。
实施例2
某型两换热通道的换热器芯部尺寸为（长×宽×高）：470×210×327mm，侧板尺寸为470×210 mm，采用厚度0.1mm的4004钎料片作为换热器芯部侧板与翅片、封条之间钎焊的钎焊料，采用厚度6mm的3003铝合金板和厚度0.15mm的R-5461-S云母带作为相邻换热器芯部之间的隔离层材料，4个换热器芯部进行叠层组装，组装检验合格后送入真空钎焊炉进行钎焊，钎焊室抽真空至8×10-4Pa时开始以9℃／min的升温速率升温到200℃和540℃各保温15min，然后再以3℃／min的升温速率升温到605℃保温5min后停止加热，待钎焊室降温到350℃时关闭抽真空系统，充入纯氮气至0.05MPa时开启钎焊室排气阀门，继续充入纯氮气，直至钎焊室冷却到200℃时停止充入纯氮气，待钎焊室压强与外部大气环境一致时关闭钎焊室排气阀门，开启钎焊炉门取出已钎焊好的换热器芯部，让其在大气中自然冷却，冷却到室温松开柔性夹具，将4个叠层组装在一起的换热器芯部分离开。钎焊好的4个换热器芯部焊上试压封头进行强度试验和气密性试验，全部合格。强度试验为：常温，水压0.90Mpa，保压10min，不允许渗漏和异常变形；气密性试验为：常温，气压 0.45MPa，保压10min，不允许渗漏。
实施例3
某型两换热通道的换热器芯部尺寸为（长×宽×高）：400×200×491mm，侧板尺寸为400×200 mm，采用厚度0.1mm的4004钎料片作为换热器芯部侧板与翅片、封条之间钎焊的钎焊料，采用厚度6 mm 的纯铝板和厚度0.15mm的R-5461-S云母带作为相邻换热器芯部之间的隔离层材料，3个换热器芯部进行叠层组装，组装检验合格后送入真空钎焊炉进行钎焊，钎焊室抽真空至8×10-4Pa时开始以8℃／min的升温速率升温到200℃和540℃各保温20min，然后再以3℃／min的升温速率升温到605℃保温4min后停止加热，待钎焊室降温到350℃时关闭抽真空系统，充入纯氮气至0.04MPa时开启钎焊室排气阀门，继续充入纯氮气，直至钎焊室冷却到200℃时停止充入纯氮气，待钎焊室压强与外部大气环境一致时关闭钎焊室排气阀门，开启钎焊炉门取出已钎焊好的换热器芯部，让其在大气中自然冷却，冷却到室温松开柔性夹具，将3个叠层组装在一起的换热器芯部分离开。钎焊好的3个换热器芯部焊上试压封头进行强度试验和气密性试验，全部合格。强度试验为：常温，水压0.90Mpa，保压10min，不允许渗漏和异常变形；气密性试验为：常温，气压 0.45MPa，保压10min，不允许渗漏。
Claims (1)
1.一种铝制板翅式换热器芯部叠层真空钎焊方法，其特征在于，该方法采用纯铝或3003铝合金板（3）和R-5461-S云母带（2）作为相邻换热器芯部之间的隔离层材料；采用4004钎料片作为换热器芯部的侧板与翅片、封条之间钎焊的钎焊料，该方法包括以下步骤：
（1）在柔性夹具底板上将清洗和烘干后的侧板、4004钎料片、翅片、导流片、隔板、封条依次叠放，直至叠放完毕，完成第一个换热器芯部的初步组装；
（2）在第一个换热器芯部的上表面，即换热器芯部的顶部侧板上依次叠放已用丙酮擦拭清理好的云母带（2）、纯铝或3003铝合金板（3）、云母带（2），两层云母带（2）和一块纯铝或3003铝合金板（3）构成三明治结构的隔离层；
（3）在上层云母带（2）上将清洗和烘干后的侧板、4004钎料片、翅片、导流片、隔板、封条依次叠放，直至叠放完毕，完成第二个换热器芯部的初步组装；
（4）重复步骤（2）和（3），直至最后一个要叠层钎焊的换热器芯部组成元件依次叠放完毕；
（5）压紧柔性夹具，完成多个换热器芯部的叠层组装；
（6）叠层组装完毕的换热器送入真空钎焊炉进行钎焊，钎焊室抽真空至7~8×10-4Pa，以8~10℃／min的升温速率升温到200℃后保温15~20 min，然后以8~10℃／min的升温速率升温到540℃后保温15~20 min，再以3~4℃／min的升温速率升温到600℃后保温4~5min，停止加热，待钎焊室降温到350~360℃时关闭抽真空系统并充入纯氮气对钎焊室进行强制冷却，即充入纯氮气至0.04~0.05MPa时开启钎焊室排气阀门，继续充入纯氮气，直至钎焊室冷却到200~250℃时停止充入纯氮气，待钎焊室压强与外部大气环境一致时关闭钎焊室排气阀门，开启钎焊炉门取出已钎焊好的叠层换热器芯部，让其在大气中自然冷却，冷却到室温后松开柔性夹具，将叠层组装在一起的换热器芯部分离开。
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|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |