CN103025479B - 用于铝制热交换器的可钎焊的流体通道 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于热交换器的流体通道，其包含：金属片（1），其中该金属片（1）具有至少一个由铝基合金构成的核心区域；至少一个设置在流体通道的内部中的结构（4、14），其中该结构（4、14）贴靠在金属片的表面（3）上，并且可在钎焊过程中通过第一钎焊位置与金属片无焊料地钎焊；并且其中金属片的钎焊区域（5a、5b、7、12、13）和配对件（5a、5b、7、12、13）相互贴靠，并且可以在同一钎焊过程中作为第二钎焊位置在被焊料浸湿的情况下彼此钎焊在一起，其中在钎焊过程之前在钎焊位置之间存在着敞开的路径。

Description

用于铝制热交换器的可钎焊的流体通道
技术领域
本发明涉及一种用于热交换器的流体通道。
背景技术
在构造热交换器时，尤其在构造用于机动车的热交换器时，应当在钎焊过程中产生尽可能小的焊剂废料，这一要求越来越高。根据现代理念容易想到，如果冷却介质中的焊料成份浓度太高，会例如损坏环绕的电机冷却介质。
EP0781623B1描述了一种制造铝制热交换器的方法，其中应用了焊接的扁管。在此，引导冷却剂的扁管内部无焊料地钎焊，其中成形的卷边与相对而置的管壁连接成支撑壁，亦或无焊料地钎焊插入管子中的内部部件。扁管的外壁以常规的方式用焊料覆盖，由于管壁在安装之前进行了焊接，该焊料不能进入管子内部。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于热交换器的流体通道，它使引导流体的、具有焊料的空间具有尽可能小的负载。
对于前面所述的流体通道来说，此目的通过具有以下特征的一种用于热交换器的流体通道得以实现。通过在钎焊过程之前敞开的钎焊位置之间的路径，流体通道可相对于现有技术设计得明显更灵活。
提供一种用于热交换器的流体通道，其包含：金属片，其中该金属片具有至少一个由铝基合金构成的核心区域；至少一个设置在流体通道的内部中的结构，其中该结构贴靠在金属片的表面上，并且可在钎焊过程中通过第一钎焊位置与金属片无焊料地钎焊；并且其中金属片的钎焊区域和配对件相互贴靠，并且可以在同一钎焊过程中作为第二钎焊位置在被焊料浸湿的情况下彼此钎焊在一起，在钎焊过程之前在钎焊位置之间存在着敞开的路径；在钎焊过程中在钎焊区域和配对件之间构成毛细管状的间隙，其中该毛细管状的间隙包含接触面和冲刷通道，并且其中该配对件是金属片的另一钎焊区域；流体通道构成为扁管，其具有在管子的纵向方向上延伸的接口槽，其中该接口槽构成为金属片的钎焊区域；该结构构成为至少一个由金属片成形的接块，该接块贴靠在金属片的表面上，用来构成多腔-扁管；金属片的钎焊区域具有在焊料浸湿情况下平整的可钎焊的接口槽部段。
此外有利的是，例如为制造扁管可省略设置在钎焊过程之前的焊缝。通过借助焊料来钎焊钎焊区域或配对件，少量的焊料必要时可抵达流体通道的内部，并因此随后与引导的流体接触。同时，无焊料地钎焊设置在流体通道内部的结构，可实现流体通道的期望结构，例如具有机械的加强部位、分隔壁和/或产生湍流的器件。
在本发明的意义中，流体通道是指以铝为基础的各种引导流体的结构，尤其在构造形式为堆垛圆盘的热交换器中是折叠的扁管或引导流体的腔。尤其适宜的是，借助焊料来钎焊金属片的钎焊区域，这可使流体通道水密地封闭，其中借助焊料的钎焊具有有利的且过程可造的性能，这是尤其有利的。配对件可例如指流体通道的其它局部部件，在多部件的扁管中例如是指半个扁管。也可指金属片的其它部段，例如在单体折叠的扁管中，其只具有闭合接合槽。
在本发明的意义中，焊料指各种对于铝的硬钎焊合适的添加物。此外还可应用下列作为焊料：钾-铝-氟化物(商品名是Nocolok)和铯氟化物和/或锂氟化物的混合物和/或具有钾-铝氟化物的锌氟化物。此外，可使用钾-铝-氟化物或硅粉末，作为具有上述焊料的混合物。在用于热交换器的铝-折叠管中，对于接品槽的密封钎焊来说，应用焊料是优选的，该焊料以商品名NOCOLOK进行销售，其作为主要应用的技术来实施。该焊料作为粉末、悬浮物、膏或类似物形式进行涂敷，并且在即将进行钎焊之前熔解、清洁表面，该表面应该被钎焊并且是无金属覆盖的、无氧化的铝面，它需要液态的焊剂，以便能浸湿和粘合。
在本发明的尤其优选的实施例中，至少在钎焊过程中在钎焊区域和配对件之间构成毛细管状的间隙，其中该毛细管状的间隙包含接触面和冲刷通道。此外优选的是(但不是必要的)，配对件是金属片的另一钎焊区域；例如该钎焊区域可以是同个表面的不同部段。因此总的说来，在钎焊过程期间，通过毛细管状的间隙来运输熔解的焊料，并且通过冲刷通道来收集和/或排出。试验表明，尤其在存在着含镁的铝合金时，这种布局尤其适合借助焊料来进行钎焊。通常根据现有技术得出，在含镁的合金中镁成份在加热过程中扩散，并与用于钎焊过程的焊料构成有害的结晶，例如镁氟化物结晶。对于优选的实施例的这个令人惊讶的作用的可能的解释是，通过流动的焊料冲走了这种结晶，即从毛细管状的间隙流入冲刷通道中。
在本发明的意义中，无镁合金在此指在铝合金中镁含量少于0.03％。在此，所有的有关合金的百分比表述都是指重量百分比。
通常有利的是，金属片的核心区域包含至少约为0.03％的镁含量，尤其优选在约0.1％和约0.3％之间。核心区域的镁含量通常优选不超过约1.0％。因此可改善机械性能。如果该核心区域不具有其它涂层(例如保护包层)，则该镁含量可使该结构无焊料地钎焊在金属片的表面上，或改善这一过程。
在优选的实施例中，该金属片具有至少一个单侧的焊剂包层，其中该焊剂包层尤其优选(但不是必要的)具有少于约2.5％的镁含量。镁含量的该上限对于无焊料的钎焊来说是足够的，并且在相邻的含焊料的钎焊的负面影响方面通过蒸发的镁提供了充足的界限。在尤其优化的实施例中，钎焊包层的镁含量在此在约0.03％和约0.8％之间。
在备选的或补充的实施例中，以装在流体通道中的涡流器形式存在的该结构由铝合金构成。该涡流器例如可具有内部肋条的各种已知的形状，例如波纹肋条、接块肋条或类似形状。它的无焊料的钎焊是尤其适宜的，因为与钎焊区域跟配对件水密地钎焊在一起的情况相比，可更好地容忍出现钎焊的隔开的扰乱，例如在工艺参数出现不利的偏差时。在尤其有利的改进方案中，该涡流器的材料在此不含镁(或镁含量<0.03％),其中金属片含有镁，用来无焊料地与涡流器钎焊在一起。因此，考虑下述情况，即涡流器大多具有较大的表面，通过该表面在不利的情况下即使在镁含量很低时总的说来也能蒸发如此之多的镁，从而能干扰相邻的含镁的钎焊。在对此备选的实施例中规定，涡流器的材料含有不超过0.7％的镁，和/或含有焊剂包层，该焊剂包层具有在0.03％和0.8％之间的镁含量。实验表明，这种镁浓度在核心材料和/或涡流器的可能的焊剂包层中通常是无害的。
在本发明的通常优选的实施例中，流体通道构成为扁管，其具有在管子的纵向方向上延伸的接口槽，其中该接口槽构成为金属片的钎焊区域。在本发明的意义中，在管子的纵向方向上延伸的接口槽是指各种平坦的、可钎焊的焊缝位置。例如，该接口槽可在扁管的宽侧上延伸，或在窄侧上延伸。尤其在后一种情况下，该接口槽变形成管子的夹子-搭扣。如果该接口槽在宽侧上延伸，并且该扁管设置有接块，则适宜的是，接口槽和相邻接块的钎焊位置设置在扁管的相对而置的侧面上。
通常优选的是，根据本发明的扁管的焊料浸湿的钎焊的接口槽离下一个无焊料的钎焊位置具有2mm的最小间距，该最小间距尤其优选是4mm，以确保足够的安全间距。
在本发明的可能的构造方案中，该结构构成为至少一个由金属片成形的接块，该接块贴靠在金属片的表面上。优选的是(但不是必要的)，通过接块构成多腔-扁管。应理解，单腔-扁管以及多腔-扁管可设置或不设置插入的涡流器。
在此在本发明的优选的细节构造方案中规定，金属片的钎焊区域具有在焊料浸湿情况下平整的可钎焊的接口槽部段，并具有与之相接的、折弯超过90°的折边。该折边提供了设定的倒圆的边缘，用来贴靠在表面上和/或用来构成例如冲刷通道，该冲刷通道直接与接口槽部段相邻接。在此尤其有利地规定，根据所用的材料，对于折边的长度L和金属片的厚度D来说适用的是：
L>2*D；
其中尤其对于折弯180°的折边来说还适用的是：
L<(B-2.5*D)，扁管的宽度为B。
总的说来由此确保，金属片或包边的端侧切割边缘的位置朝焊料浸湿的钎焊区域或引导焊料的区域(例如冲刷通道)具有足够的最小间距。因此可靠的是，例如在切割边缘上露出来的金属片核心材料(其可能具有很高的镁含量)不会通过蒸发的、与焊料发生反应的镁来干扰钎焊工艺。
通常有利的是，焊料在钎焊过程之前平整且过量地涂覆在金属片的相对而置的表面的至少一部分上。尤其在金属片边缘或配对件具有合适造型的情况下，焊料不会或者只会少量地流入流体通道的内部区域中，无焊料的钎焊在该内部区域中进行。尤其优选的是，焊料借助热喷射法和涂漆稀释法(Paintflux-Verfahren)中的一个进行涂覆。在热喷射法中，焊料借助气流-粉末输送带到高能量的热气流中。该焊料局部或全部熔解，并因此涂敷在表面上。此外还已知的是，等离子-喷射法、激光电感的喷射法和热气喷射法。涂漆稀释法尤其(但不仅仅)指按文献EP1287941A1所述的方法。
焊料装载量优选是3至40g/m2，优选是5-20g/m2，尤其是7-14g/m2，这与涂敷方法无关。
从下述实施例和独立权利要求中得出了本发明的其它优点和特征。
附图说明
下面描述了本发明的多个优选的实施例，并借助附图进行详细阐述。其中：
图1示出了根据本发明的流体通道的第一实施例；
图2示出了根据本发明的流体通道的第二实施例；
图3示出了根据本发明的流体通道的第三实施例；
图4示出了根据本发明的流体通道的第四实施例；
图5示出了根据本发明的流体通道的第五实施例；
图6示出了根据本发明的流体通道的第六实施例；
图7示出了根据图1至图6的实施例的折边的详细截面；
图8示出了图7的折边的第一变形方案；
图9示出了图7的折边的第二变形方案；
图10示出了根据本发明的流体通道根据夹管(Clipsrohr)方式的另一实施例；
图11示出了图10的流体通道的变形方案，其装有涡流器。
具体实施方式
图1所示的流体通道构成为由唯一一个金属片1成型的扁管。该金属片1由铝合金构成，它在此具有镁含量。在此(但不是必需的)，至少在外部表面2上在金属片的核心区域上涂有焊剂包层。对于这个和所有其它的实施例来说，对于核心区域(当不存在焊剂包层时，所述核心区域就相当于整个金属片)并对于焊剂包层来说，以下的合金是优选的(所有表述都是重量-％)：
金属片的核心区域/基本材料：
焊料包层：
该扁管在此构成为多腔-扁管，其具有两个折叠的接块4和接口槽5，用来沿着纵向方向封闭该管子。
该接口槽5在此设置在扁管的宽侧上。它包含第一接口槽部段5a和第二接口槽部段5b，它们分别通过90°地折弯金属片1的相对而置的边缘区域来形成。折边6以180°分别连接到接口槽部段5a、5b上。接口槽部段5a、5b在折边6范围内分别贴靠在内部的金属片表面3的接触区域7上。在本发明的意义中，除了该接触区域7，每个接口槽部段5a、5b都具有钎焊部位或配对件。
在通过接触面相互贴靠的接口槽部段5a、5b之间构成了毛细状间隙8。在钎焊区域7和折边6之间，冲刷通道9成型在接口槽上，毛细状间隙8通到该冲刷通道9中，并且该冲刷通道9具有比毛细状间隙8更大的直径。
该接块4的高度相当于扁管的内径，并且在接触区域10中贴靠金属片1的内侧表面3上。该接触区域10位于与钎焊区域7相对而置的扁管侧面上，因此在接触区域10和接触区域7之间存在着尤其大的间距。
在本发明的意义中，这些接块4构成了设置在流体通道内部的结构，它们在接触区域10中贴靠在金属片的内表面3上，以便在该处构成第一无焊料的钎焊位置。
接口槽5借助其接口槽部段5a、5b以及接触区域7构成第二钎焊位置，它在钎焊过程中用焊料浸湿。因此，在第一实施例中，扁管的整个外部宽侧在接口槽5的侧面上都有焊料11。该焊料11是指NOCOLOK(商品名)，它已借助涂漆稀释法涂上。
通过在钎焊之前敞开的接口槽，在这两个钎焊位置之间存在着敞开的路径。尤其在几何形状上存在着这样的可能性，即熔解的焊料从第二钎焊位置直接流向第一钎焊位置，但在实践中根据本发明阻止了这一点。
整体上构成热交换器的构件堆垛(未示出)的肋条或其它结构安放在外侧上。该预安装的结构被带到钎焊炉中并且加热。在此，第一无焊料的钎焊位置以及第二浸有焊料的钎焊位置同步地在同一个钎焊过程中进行钎焊。
在相应的温度下，涂在外面的焊料首先液化并且流入毛细状间隙8中。在本实施例中，该焊料是过量的。在毛细式地穿流间隙8之后，它聚集在冲刷通道9中。根据具体造型可补充的是，还可通过扁管的端侧变形部位从冲刷通道中排出(未示出)，但这不是必要的。
由于隔开其作用的冲刷通道，在此不会浸湿第一无焊料的钎焊位置4、10。在该处由于所需的材料可实现无焊料的钎焊，因此接块4作为结构钎焊在相对而置的金属片表面上。因此，可在机械上固定流体通道，并形成多个隔开的腔。
根据图2至图4的实施例与第一实施例的区域只在于，焊料的外侧涂敷不是在整个平面上进行。
在根据图2的实施例中，只局部地在宽条带中在接口槽5的区域上有选择地进行涂敷。
在根据图3的实施例中，只作为线条直接在接口槽毛细管中进行涂敷，其中毛细管的延长部分被填满。
在根据图4的实施例中，分别在接口槽5的侧面上在两个细长的条带上进行涂敷。在已浸湿的焊料液化之后，它也流入毛细管状的间隙中。
在根据图1至图4的每个实施例中，焊料涂覆得过量。
在根据图5的实施例中，直接在接口槽部段5a、5b上进行涂敷，其中在管子折叠期间或在管子完全折拢之前进行涂敷。
在图6所示的实施例中，焊料在管子折拢之前涂敷在钎焊区域7上，折边6贴靠在该钎焊区域上。在此实施例中，涂敷的焊剂的至少一部分不能由冲刷通道可靠地容纳，并且可原则上朝侧面流向待无焊料钎焊的接块。为了避免这种不期望的浸湿，在根据图6的实施例中涂敷的焊料量不是过量的，而是按照设定决定用量。这种按照设定的用量也可改善图5的实施例。
图7至图9示出了折边6的不同变形方案，它们可与上述实施例中的每一个结合起来。尤其当金属片的核心区域包含许多镁时并且借助焊剂(其同样包含镁)包层时，金属片边缘的敞开端侧可在加热时释放大量的镁。在焊缝中形成镁氟化物的情况下，排出的镁会导致不可容忍的焊料消耗。
因此，优选以下相互关系适用于金属片厚度D、折边长度L和管子宽度B：
L>2*D
该折边在此能以明显超过90°(例如见图9)的角度折弯，尤其以约180°的角度折弯(见图7、图8)。
如果该折边是180°，则也可以考虑以下关系，以便避免端面边缘和相对而置的金属片侧面太过接近(见图8)：
L<B–2.5*D
通常适宜的是，折边6的端面边缘也不接触接口槽部段5a、6a的壁板。在此优选的是，安全距离保持为至少金属片厚度D。有利的是，在设置有焊料(经焊剂处理)的区域和未设置焊料(未经焊剂处理)的区域之间的间距例如为2至4mm或3至5mm，上述区域分别进行钎焊。
还有利的是，该接块4或这些接块4贴靠在管壁的相对而置的内侧上。
总的说来可尤其有效地避免，镁蒸发或扩散到不期望的区域中，或者焊料流入折边6的端侧边缘的区域中。
在根据图10的实施例中，接口槽不像前面所述的实施例那样设置在扁管的宽侧上，而是设置在窄侧上。金属片1的两个相对而置的边棱分别具有分度盘状的弯曲部12、13，因此它们在闭合状态下型锁合地相互嵌接。扁管以这种方式变形成夹管。位于里面的弯曲部12的外表面以及位于外面的弯曲部13的内表面相互贴靠，因此在它们之间构成毛细管状的间隙8。与前述实施例起相似作用的冲刷通道通过位于外面的弯曲部13的端部和位于里面的弯曲部12的台阶12a之间的空缺构成。
以与前述实施例类似的方式，在管子的外表面上或者有针对性地在弯曲部12、13的彼此钎焊的表面的一个或两个上涂敷焊料。
与前述实施例相似的是，该扁管在其内部具有至少两个无焊料进行钎焊的接块4，因此，根据构造方式，它是多腔-扁管。
图11示出了另一实施例，其中接口槽5构造得如图10所示。与图10不同的是，在管子中插入形式为涡流器14的结构，它无焊料地与金属片1的内侧表面进行钎焊。该涡流器14在此变形成波纹肋条。应理解，在此根据需要也可将涡流器插入像图10一样的多腔-扁管中。
以下的合金对于涡流器是优选的：
在相当优选的构造方案中，涡流器是无镁的(镁含量<0.03％)。因此，可避免不期望的过大的镁蒸发，该蒸发是由于涡流器的表面通常很大造成的。在这种构造方案中，无焊料钎焊所需的镁完全由金属片材料和/或金属片的焊剂包层提供。原则上，该涡流器也可具有焊剂包层。
通常适用的是：在管子内侧上的无焊料的接块钎焊，或者内部涡流器与管子内侧的无焊料钎焊以及含焊料的接口槽钎焊需要用于管子基本材料和焊剂包层的合适材料，或在内部涡流器的情况下需要用于涡流器-基本材料和涡流器-焊剂包层的合适材料。
包层或未包层的接合方式构成的以下变形方案是优选的：
－管子金属片内部和外部都有焊剂包层，只有接块和接口槽，没有涡流器；
－管子金属片内部和外部都有焊剂包层，只有接口槽，没有接块，涡流器裸露；
－管子金属片只外部有焊剂包层，涡流器两侧都有焊剂包层。
以下的材料配置对于无焊料的内部钎焊来说是优选的：
－在常见的3层结构中的材料配置(由焊剂/管子基本材料/焊剂和/或焊剂/涡流器材质/焊剂构成)，它们包含一定的最低份额的镁。此外，为管子以及插入的涡流器14应用含镁的合金，可改善所用的铝材质的牢固性。
－多层-配置，也作为多重配置已知，具有4或5层结构(由焊剂/管子材质/焊剂/盖板层或盖板层/焊剂/管子材质/焊剂/盖板层和用于涡流器的类似材料)，由于缺乏机械装置它们在无焊料钎焊时只有少量的镁必须包含在焊剂中(<0.10％)。管子基本材料也可包含少量的镁，但也可选择完全无镁(<0.03％)的材料。
应理解，这些不同的实施例的单个特征可根据需要彼此组合。

Claims (12)

1.一种用于热交换器的流体通道，其包含：
金属片，其中该金属片具有至少一个由铝基合金构成的核心区域；
至少一个设置在流体通道的内部中的结构，其中该结构贴靠在金属片的表面上，并且可在钎焊过程中通过第一钎焊位置与金属片无焊料地钎焊；并且
其中金属片的钎焊区域和配对件相互贴靠，并且可以在同一钎焊过程中作为第二钎焊位置在被焊料浸湿的情况下彼此钎焊在一起，
其特征在于，在钎焊过程之前在钎焊位置之间存在着敞开的路径；在钎焊过程中在钎焊区域和配对件之间构成毛细管状的间隙，其中该毛细管状的间隙包含接触面和冲刷通道，并且其中该配对件是金属片的另一钎焊区域；
流体通道构成为扁管，其具有在管子的纵向方向上延伸的接口槽，其中该接口槽构成为金属片的钎焊区域；
该结构构成为至少一个由金属片成形的接块，该接块贴靠在金属片的表面上，用来构成多腔-扁管；
金属片的钎焊区域具有在焊料浸湿情况下平整的可钎焊的接口槽部段。
2.按权利要求1所述的流体通道，其特征在于，金属片的核心区域包含至少0.03％重量的镁含量。
3.按权利要求2所述的流体通道，其特征在于，所述金属片的核心区域包含在0.1重量％和1.0重量％之间的镁含量。
4.按权利要求1所述的流体通道，其特征在于，该金属片具有至少一个单侧的焊剂包层，其中该焊剂包层具有少于2.5重量％的镁含量。
5.根据权利要求4所述的流体通道，其特征在于，所述焊剂包层的镁含量在此在0.03重量％和0.8重量％之间。
6.按权利要求4所述的流体通道，其特征在于，以装在流体通道中的涡流器形式存在的该结构由铝合金构成。
7.根据权利要求6所述的流体通道，其特征在于，该涡流器的材料不含镁，其中金属片含有镁，用来无焊料地与涡流器钎焊在一起。
8.根据权利要求6所述的流体通道，其特征在于，涡流器的材料含有不超过0.7重量％的镁，和/或含有焊剂包层，该焊剂包层具有在0.03重量％和0.8重量％之间的镁含量。
9.根据权利要求1所述的流体通道，其特征在于，金属片的钎焊区域具有在焊料浸湿情况下平整的可钎焊的接口槽部段，并具有与之相接的、折弯超过90°的折边，该折边提供了设定的倒圆的边缘，用来贴靠在表面上用来构成冲刷通道，该冲刷通道直接与接口槽部段相邻接。
10.根据权利要求9所述的流体通道，其特征在于，对于折边的长度L和金属片的厚度D来说适用的是：
L>2*D；
其中对于折弯180°的折边来说还适用的是：
L<(B-2.5*D)，扁管的宽度为B。
11.按权利要求1所述的流体通道，其特征在于，焊料在钎焊过程之前平整且过量地涂覆在金属片的相对而置的表面的至少一部分上。
12.按权利要求1所述的流体通道，其特征在于，焊料借助热喷射法和涂漆稀释法中的一个进行涂覆。
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