CN102665992B - 用于定量地确定剩余焊剂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于定量地确定在先前的加工步骤后残留在热交换器(3)上的剩余助焊剂的方法(18)。为此，以流体作用于热交换器(3)上，其中由流体中的助焊剂浓度推断在先前的加工步骤后残留在热交换器(3)上的助焊剂量。

Description

用于定量地确定剩余焊剂的方法

技术领域

本发明涉及一种用于定量地确定在前面的加工步骤后残留在工件上的剩余助焊剂的方法，在该加工步骤中以流体作用于工件上。本发明还涉及一个设备，在某种程度上，该设备特别适用于实现本方法。此外本发明还涉及一种用于确定工件和/或其它零部件尺寸的方法。

背景技术

加工工件时，在某些加工步骤中，一般且经常需要利用进行加工步骤的辅助材料来处理工件。对此的典型示例在钎焊过程中(软钎焊过程和/或硬钎焊过程)出现，以及可能也在熔焊过程中出现。关于这一点，通常以所谓的焊剂预先处理要相互连接的材料，例如在进行实际的钎焊过程(或熔焊过程)之前，以粉末的形式将焊剂撒在要相互连接的零部件上。在这种情况下，为了实现钎焊过程(或熔焊过程)而加热时，焊剂的存在使得需要对零部件表面进行清洁，由此使最终产生的钎焊缝(或熔焊缝)可以更牢固、更持久且更紧密。

事实证明，在加工工件时使用焊剂是有利的。但是使用焊剂一般也导致在工件上残留剩余焊剂并带来与之相关联的缺陷。尤其在完成工件加工以后，残留在工件上的剩余焊剂可能对与钎焊的工件一起运行的其它部件带来不利影响，也可能对工件本身的功能和持久性带来不利影响，例如通过腐蚀而带来不利影响。尽管原则上能够在钎焊过程完成以后将焊剂从工件上移除(例如通过清洗)，但是，这是成本昂贵且费事的，尤其是紧接着又需要干燥工件的时候。例如在德国专利文献DE3840098C1中或者在日本专利文献JP04172171A1中，描述了一种这样的用于除掉物体上剩余焊剂的装置。减少所使用的焊剂量同样难以实现，因为这样减少焊剂量可能使钎焊结果变差，这同样是不可取的。

在某种程度上，上述问题尤其出现在涉及加工这些工件的时候，该工件具有特别精细的结构和/或特别多的弯曲表面(尤其也具有小的曲率半径)和部分封闭的空腔。例如，热交换器，尤其是用于汽车的热交换器，可以作为这种工件的示例。由于这种热交换器中的各种空腔，已经证实在钎焊后清洗热交换器是麻烦和有问题的。减少所使用的焊剂量也是不能采用的，因为由于大部分零部件要相互钎焊，泄漏的风险将非常迅速地增加到不再可接受的程度。

实践中出现的另一问题是，由于使用助焊剂、尤其是焊剂，在加工工件时确定要使用的助焊剂量的时候，通常要利用经验值。通常，这些经验值基于已完成的钎焊结果(即尤其是，在钎焊过程中是否产生泄漏)。因为工件的再钎焊是相对费事和昂贵的，因此倾向于选择使用高于实际所需的助焊剂量(这同样适用于废品工件)。这不仅导致不必要的助焊剂高消耗(这带来相应的产品成本和本来不必要的环境污染)，而且也使工件以及设备中与工件共同运行的其它零部件由于(不必要的)多的剩余助焊剂而遭受相应较高的磨损，并且因此必须设置地更为耐用。这还导致很多缺陷，例如尤其是成本缺陷和重量缺陷。

发明内容

因此，本发明的目的是，实现与现有技术相比改进的热交换器，它们尤其具有一定的特性。

该目的通过所提出的用于定量地确定在先前的加工步骤后残留在工件上的剩余助焊剂、尤其是剩余焊剂的方法，通过所提出的用于有利地实施本方法的设备以及所提出的用于确定工件尺寸的方法得以实现。

本发明提出，一种用于定量地确定在先前的加工步骤后残留在工件上的剩余助焊剂、尤其是剩余焊剂的方法，其中以流体作用于工件上，从而由流体中的助焊剂浓度推断在先前的加工步骤后残留在工件上的助焊剂量。因此，能够在完成加工工件所需的一个、多个或所有的加工步骤后通过所使用的流体将工件清洗到一定程度。不是在清洗过程以后再利用、废弃或同收流体，而是按照所提出的方法测量用于清洗的流体中含有的助焊剂(尤其是焊剂)浓度。借助于测得的浓度(或者说测得的浓度变化)能够推断在流体处理前在(完成)加工的工件上面和/或里面存在的助焊剂量。为此目的，确定每次“清洗过”工件以后的流体中的助焊剂浓度通常是有用的(可选地，“清洗过程”之前的浓度测量也是有意义和/或需要的)。当然也可以利用一种平均统计的方法，通过一定数量(例如三个)热交换器前后紧接着“清洗”，并且在这个数量的热交换器以后才测量浓度或者说测量浓度变化(其中在紧接着的计算时当然考虑到热交换器的数量)。所提出的“每一工件”的浓度测量与现有的清洁方法不同，在现有的清洁方法中测量在清洗液体中的助焊剂浓度。因为在现有的方法(见例如JP04172171AA或DE3840098C1)中分别测得的助焊剂浓度仅仅用于确定：清洗液体是否必须更新或者是否还可以继续使用。尤其能够在完全结束工件加工链以后实施本方法。但是也已经证实有利的是，事先、即在工件加工链中的中间步骤以后实施本方法。可以这样实施以流体处理工件，基本完全去除残留在工件上面和/或里面的助焊剂量。但是同样也能够这样实施本方法，由流体接收尽可能准确确定的残留在工件上面和/或里面的助焊剂含量。在这种情况下也能够由流体中的助焊剂浓度，推断在先前的处理步骤后在工件上残留的助焊剂量。所述流体当然也可以是不同流体的任意混合物。尤其也可以是液体、液体-气体混合物和/或超临界流体。在此所述流体也可以具有一定量的固体颗粒和/或气体。必要时也可以考虑气体-固体混合物。当然所述助焊剂也可以是不同助焊剂的混合物。所提出的方法尤其适合于，尤其在批量生产时抽样式地实施和/或在批量生产计划的准备阶段中在预批量或试验批量的范围里面使用。根据借助于所提出的方法获得的测量值尤其能够特别适合(尤其正好足够)地选择对于加工工件所需的助焊剂量。由此尤其在以后使用工件时能够减少工件以及在安装状态下与工件相互作用的其它零部件的应力，和/或在设计工件或其它零部件时事先考虑派生的应力。由此可以提高所得结构的持久性或者说更好地适配于整个设备的使用寿命。此外通过对所提出的方法获得的值进行考虑，尤其也能够减少所使用的助焊剂量，由此节省成本和减少不必要的环境污染。

特别有利的是，当这样实施所提出的方法时使用一定量的流体。由此例如特别简单地能够由流体中的助焊剂浓度推断在工件里面和/或上面残留的助焊剂量。此外由此能够使“测试环境”特别好地适配于以后的、实际的安装状况。如果所述工件例如是汽车的冷却剂冷却器，则尤其可以通过对应于在汽车冷却剂回路中的冷却剂体积的流体体积实施测量方法。当然同样能够，通过变化的流体体积实施本方法，确定流体体积并且适当换算获得的值。

此外本方法特别有利的是，所述先前的加工步骤是钎焊过程。在这种情况下借助于本方法获得的测量值在优化钎焊工艺方面(尤其在所使用的助焊剂量方面)是特别有说服力的。但是也能够在其它时刻实施本方法，尤其在工件加工工艺完全结束以后。

本方法已经证实特别适合的是，所述工件至少部分地涉及热交换装置。尤其是目前结构形式的热交换器(具有波状散热片的管箱-扁管热交换器)具有特别多的钎焊位置，因此由于这些大量的钎焊位置，使它们流体密封也是很重要的。此外它们具有相对大量的内部空腔。因此在这种热交换器中，对于钎焊方法以及工件和在运行状态与工件相互作用的其它部件的持久性方面存在特别多的优化可能性。

此外特别有利的是，所述工件至少局部地由铝、铝合金、有色金属和/或有色金属合金制成。这些材料为了其处理、尤其为了其钎焊和/或熔焊尤其经常需要助焊剂，由此可以合理地或完全地处理它们。

此外提出，在实施本方法时，使用水溶液、水和/或汽车冷却剂作为流体。尤其可以是水(尤其去离子水)，它配有添加剂如酸和/或碱溶液。在初期试验中已经证实这些流体对于实施本方法或者对于获得特别有说服力的值是特别有利的。在此在由水(特别是去离子水)与甲酸的混合物中得到特别有利的结果，其中甲酸浓度优选由这个区间得到，其上限或下限是0％、5％、10％、15％、20％、25％和/或30％。

对实施本方法尤其有利的是，所述流体是中性的、碱性的和/或酸性的。pH值的选择尤其可以根据工件的后续应用和/或用户或测试方法要求的后续规格选择。

特别有利的是，这样实施本方法，即仅在运行相关的接触面内以流体作用于工件，其中在该接触面内正常运行状态下的工件与流体、尤其与液体、特别是与水溶液接触。为了适用于尤其是冷却剂冷却器的使用示例，这样实施测量方法，即使测量流体仅仅在用于冷却剂流动的热交换器面积内通过。对热交换器的外部部位提供外部空气而不提供流体。在这种情况下可以进一步提高借助于所提出的方法获得的值的说服力。仅仅出于完整性要指出，当然也可以以其它途径获得可使用的测量结果，例如测量两个相同的热交换器，其中一个完全(“内部”和“外部”)清洗，而另一个只“外部”清洗，并且使两个测得的值彼此相减以确定最终结果。

此外提出这样实施本方法，即至少有时、最好至少初始地在一定的条件下实施本方法，所述条件尤其涉及工件温度、流体温度、测量过程持续时间、通过工件的流量、流体组分、压力和/或测量持续时间。在使用这样确定的条件时尤其能够获得特别有说服力的且可重现的测量结果。此外初期试验已经证实，上述的参数尤其对于所获得的测量值的说服力具有特别大的影响。

此外提出这样实施本方法，即至少有时和/或至少部分地以循环过程实施本方法。尤其可以是封闭的循环过程。通过这种方式能够特别好地、尤其尽可能完全地检测残留的助焊剂量，而无需过多量的流体。此外可以提高本方法的测量精度，因为最终测得流体中相对高的浓度值通常导致更低的测量精度。此外可以减少流体消耗并且例如减少实施本方法所需的能量(尤其用于流体的热能)，这同样是有利的。

此外提出，在本方法中使用测量传感器和/或取出试样以获得测量值。测量传感器通常特别适合于特别迅速地得到测量值，它们通常也足够地精确。试样的取出尤其可以用于，得到特别准确的测量值或者鉴别有疑问的测量值。此外可以保存取出的试样以便在以后的时刻(例如在涉及责任的问题中)使用。

此外已经证实有利的是，在本方法中在实施测量之前和/或之后至少实施一次清洁过程。由此可以净化系统，以便例如可以可靠地去除来自先前测量的剩余助焊剂，如此则不对后续的测量产生影响或者极少影响。这对于获得的测量值的可靠性也是有利的。

此外提出一种用于实施上述方法的设备，它具有至少一检测接头、至少一泵装置和至少一封闭的循环装置。该设备尤其可以这样设计和设置，以使它实施上述方法。所述检测接头在此尤其用于尽可能方便且快速地可逆地在本设备中安置要检验的工件，例如尤其是要检验的热交换器。在此最好可以使用连接部件，它们对应于工件上可能本来就存在的连接接头(例如液体法兰)。这样构造的设备具有上述的特性和优点。

提出最好这样构造本设备，使它具有至少一调压水箱、至少一电子控制装置、至少一温度控制装置、至少一传感器装置、至少一最好可控的流体输送可选件、至少一最好可控的流体取出可选件和/或至少一旁路装置。借助于电子控制装置尤其能够特别方便地实现要获得的、自动化的、可重现的和/或特别有说服力的测量值。借助于温度控制装置(加热和/或冷却)尤其能够将流体调节到适合的温度上。可以使用至少一传感器装置检验不同的值，尤其是实际的测量值，但是必要时也包括“辅助值”如流体温度或类似值。借助于流体输送可选件或流体取出可选件能够进行取出试样、添加助剂、更换或补充流体和/或类似操作。在此最好可以在外部控制流体输送可选件和/或流体取出可选件，例如通过电子控制装置实现。借助于调压水箱尤其能够充分地充满例如封闭的回路，即使在(可能多次地)取出试样或者添加液体和/或助剂时。旁路装置尤其是有利的，因为可以预先调节流体(例如通过加热或冷却，其中尤其可以特别均匀地调节流体)，而不需要首先使流体流经要检验的工件(试样)。由此尤其能够以特别好的可重现的启动条件开始实际的测量(关闭旁路并打开实际回路)，由此可以获得特别有说服力的测量值。

此外提出一种用于确定工件和/或其它零部件尺寸的方法，其中，通过来自工件的剩余助焊剂、尤其是剩余焊剂考虑工件和/或其它零部件的设置以及工件和/或其它零部件的应力，其中最好使用上述的用于定量地确定剩余助焊剂的方法和/或具有上述结构的设备。借助于所提出的方法可以以类似方式实现上述的优点和特性。

附图说明

下面借助有利的实施例并参考附图详细解释本发明。其中：

图1示出检测系统的典型实施例的电路原理图；

图2示出测量方法流程的第一实施例。

具体实施方式

在图1中示出用于检测系统1的第一可能的实施例的电路原理图，通过该检测系统可以测量残留在已完成加工的、要检验的热交换器(试样)3里面的焊剂的量。热交换器3以公知的带有侧面管箱的扁管-热交换器3的形式制成，在管箱里面插入扁管并接着与管箱钎焊。在此以同样公知的方法，通过用焊剂涂敷扁管并且在连续加热炉里面加热该已完成组装且已预固定的热交换器3来实现实际的钎焊过程。为了达到可接受的钎焊结果，加热前在该已完成组装的热交换器上撒上焊剂，尤其是含氟铝酸盐的焊剂。在热交换器3冷却后，(起初未知的)多余量的焊剂残留在热交换器3内部。通过使用检测系统1来获得残留在热交换器3里面的剩余焊剂量。

如同由图1可以看到的那样，检测系统1的冲洗循环2包括主回路4以及作为辅助回路的所谓的旁路5。不仅主回路4而且旁路5都可以通过电控阀6、7打开或关闭。由图1同样看到，要检验的热交换器3被环形连接在冲洗循环2的主回路4中。通过在此只示意性示出的、公知的标准连接部件8实现热交换器3与冲洗循环2的连接。此外，主回路4中，在要检验的热交换器3的前面和后面分别具有电控阀7，由此，不必一定排空冲洗循环2就可以拆除热交换器3。仅仅出于完整性要指出，热交换器3不是检测系统1的组成部分，而只是为了进行测量而安装到检测系统1中。

在检测系统1的冲洗循环2中还环形连接有调压水箱9、电泵11、加热器12(例如电加热器或热交换器)以及带有相应的流量传感器14的流量计13。冲洗循环2还配有温度传感器15、取样阀16以及两个排液阀17。与控制阀6、7类似，取样阀16以及两个排液阀17为电控阀并且例如可以通过(在这里未示出的)电子控制电路控制。图1所示的实施例中，流量传感器14以及温度传感器15的测量值同样以电子形式输出，并且例如可以由电子控制电路处理。此外调压水箱9配有通气阀10，它同样可以进行电控(例如通过电子控制电路)。电泵11的泵功率以及加热器12的加热功率也可以由电子控制电路调节。

由在图2中所示的流程图18给出测量方法的一个典型实施例。首先进行检测系统1的初始化19(如果还未进行)。为此，使检测系统1的冲洗循环2(更准确地说，是指带有绕过主回路4的旁路5或待检验的热交换器3的冲洗循环2)被检验流体充满。在所示情况下，检验流体是10％的甲酸水溶液，其体积为12升。将10.8升的去离子水与1.2升甲酸(98至100％，高等级)混合以制备10％的甲酸溶液。在冲洗循环2初始化以后，将要检验的热交换器3安装20到检测系统1的主回路中，通过连接部件8与热交换器3连接(方法步骤20)。

在安装20热交换器3以后，开始调节21冲洗循环2。为此，通过适合的可控电泵11，甲酸水溶液在包括冲洗循环2和旁路5(绕开主回路4)的封闭循环中循环。在此，在这里所示的典型实施例中选择的体积流量约为每小时300升(参见表1)。同时使检验流体借助于加热器12加热到摄氏85°。在所示的实施例中，调节阶段21持续约1小时。

对此要指出，也可以以不同的顺序进行初始化19、热交换器3的安装20和调节21。尤其能够在热交换器3的安装20之前开始调节21或者只有在热交换器3的安装20以后才执行检测系统的初始化19。

在调节阶段21完成后，首先取出22空白试样，以便可以随后分析该空白试样。在这里取出0.5升甲酸溶液，由此对于后续方法，在冲洗循环2中保留有11.5升甲酸溶液。由于调压水箱9，使得空白试样的取出22对于检测系统1没有影响。为了使通过取样阀16取出22空白试样更为容易，同时打开通气阀10。

现在开始实际的冲洗过程23，其中使冲洗流体流经要检测的热交换器3。为此，通过关闭控制阀6关闭旁路5，而通过打开两个控制阀7打开主回路4。因为开始时要检验的热交换器3中并没有被冲洗流体充满，空气首先位于系统里面。为了使这些空气尽可能快速地从冲洗循环2中去除(调压水箱9也是用于此目的)，临时提高施加于电泵11的电压，并且提高流经热交换器3的体积流量，例如提高到每小时1400升。在这个启动阶段以后，以适合的低电压控制电泵11，由此得到表2中用于要检验的热交换器3的体积流量。同时关闭调压水箱9的通气阀10。

在所示的典型实施例中，热交换器3的冲洗过程23超过四个小时(参见表1)。在四小时冲洗时间23过后通过关闭电泵11中断冲洗循环2。接着打开调压水箱9的通气阀10，并且通过取样阀16取出24实际分析试样。因为取样阀16中有液体，出于安全性首先在取出分析试样之前排出约2升冲洗流体(与约0.5升空白试样类似)。紧接着通过排液阀17完全排空25检测系统1的冲洗循环2。

在排空25冲洗循环2以后清洁26冲洗循环2。为此，例如在排空25冲洗流体以后，用自来水充满和冲洗冲洗循环2两次约5分钟。紧接着，再次用盐酸溶液冲洗冲洗循环2两次，盐酸溶液由约11.5升的自来水和约0.6升32％的盐酸制成。打开加热器12，以盐酸溶液这样冲洗直到达到约50℃。在这两个清洁步骤以后重新以自来水冲洗冲洗循环2，直到测得冲洗循环2中的液体的pH值基本对应于自来水的质量。这种测量例如可以借助于安装在冲洗循环2中的pH计实现。最后的清洁步骤通常必须进行约3至4次，每次分别约5分钟。

在每次清洁步骤过后必须打开所有的阀门10、16、17，因为只有这样才能完全排出溶液。

通过(步骤22中取出的)空白试样的分析、(步骤24中取出的)分析试样的分析和随后的比较获得实际的分析结果。尤其可以按照DINISO9964-3分析两个试样的钾含量。

可以使用下式计算溶解的剩余焊剂量：

FRW＝(([K⁺]_AP*11.5L-[K⁺]_BP*12.0L)*100％/K⁺ _FR％)*C

其中，FRW表示在要检验的热交换器3里面的剩余焊剂的含量，单位为mg，[K⁺]_AP表示在分析试样中的钾含量，单位为mg/L，[K⁺]_BP表示在空白试样中的钾含量，单位为mg/L，K⁺ _FR％表示在所使用的焊剂中的钾含量的百分比，以及C表示对于每种焊剂的专用修正系数。

附图标记列表

1检测系统

2冲洗循环

3热交换器

4主回路

5旁路

6控制阀

7控制阀

8连接部件

9调压水箱

10通气阀

11电泵

12加热器

13流量计

14流量传感器

15温度传感器

16取样阀

17排液阀

18流程图

19初始化

20热交换器的安装

21调节

22空白试样取出

23冲洗过程

24分析试样取出

25流体排出

26清洁

Claims (15)

1.一种用于定量地确定在先前的加工步骤后残留在工件(3)上的剩余助焊剂的方法(18)，其中以冲洗循环(2)中的流体(23)作用于工件(3)上以清洗工件(3)，其特征在于，由流体(22，24)中的助焊剂浓度推断在先前的加工步骤后残留在工件(3)上的助焊剂量；

其中，所述冲洗循环(2)包括主回路(4)以及作为辅助回路的旁路(5)，工件(3)被环形连接在冲洗循环(2)的主回路(4)中；

在测量之前和/或之后至少实施一次清洁过程(26)；

通过所述旁路(5)而不是主回路(4)进行所述清洁过程(26)。

2.如权利要求1所述的方法(18)，其特征在于，使用一定量的流体实施该方法(18)。

3.如权利要求1或2所述的方法(18)，其特征在于，所述先前的加工步骤是钎焊加工。

4.如权利要求1所述的方法(18)，其特征在于，所述工件(3)至少部分地涉及热交换器装置(3)。

5.如权利要求1或4所述的方法(18)，其特征在于，所述工件(3)至少局部地由有色金属和/或有色金属合金制成。

6.如权利要求5所述的方法(18)，其特征在于，所述工件(3)至少局部地由铝、铝合金制成。

7.如权利要求1所述的方法(18)，其特征在于，使用水溶液或水作为流体。

8.如权利要求7所述的方法(18)，其特征在于，所述水溶液是汽车冷却剂。

9.如权利要求7所述的方法(18)，其特征在于，所述流体是中性的、碱性的和/或酸性的。

10.如权利要求1所述的方法(18)，其特征在于，仅在运行相关的接触面内以流体作用于工件上，正常运行状态下的工件在该接触面内与流体接触。

11.如权利要求1所述的方法(18)，其特征在于，至少有时在一定条件下实施该方法，所述条件涉及工件温度、流体温度(15)、测量过程持续时间、通过工件(3)的流量(13、14)、流体组分、压力和/或测量(23)持续时间。

12.如权利要求11所述的方法(18)，其特征在于，至少初始地在一定条件下实施该方法。

13.如权利要求1所述的方法(18)，其特征在于，至少有时和/或至少部分地以封闭的冲洗循环(2)实施该方法。

14.如权利要求1所述的方法(18)，其特征在于，使用测量传感器(14、15)和/或取出试样(16)以获得测量值。

15.一种使用如权利要求1至14中任一项所述的方法(18)以用于确定工件(3)的尺寸的方法，其特征在于，在设置工件(3)时，考虑工件(3)所承受的应力，以及来自工件的剩余助焊剂。