CN103264210A - 铝制板翅式换热器真空钎焊芯体局部泄漏的氩弧修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝制板翅式换热器真空钎焊芯体局部泄漏的氩弧焊修复方法，属于铝合金焊接技术领域。该方法采用传统的手工交流钨极氩弧焊对出现局部泄漏的真空钎焊铝制板翅式换热器芯体进行修复，当封条厚度3mm以下时不填充焊丝，当封条厚度3mm以上时填充直径1.6mm的SAl4043焊丝。该修复方法简单，适用范围广，操作性和可控性强，输入线能量低，可有效避免修复过程中因热应力大而导致的局部泄漏缺陷的扩展，以及大热量可能导致的翅片等零件的损伤，修复合格率高。

Description

铝制板翅式换热器真空钎焊芯体局部泄漏的氩弧修复方法

技术领域

本发明属于铝合金焊接技术领域，尤其涉及一种真空钎焊的铝制板翅式换热器芯体局部泄漏的焊接修复方法。

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型高效能换热器，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体和封头通过钨极氩弧焊组焊而成，其核心部分为芯体。换热器芯体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。换热器芯体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，现已被无熔剂的真空钎焊所取代。

铝制板翅式换热器生产工艺复杂，技术要求高，通常的主要生产工序为：（1）零件加工→（2）检验→（3）焊前清洗→（4）检验→（5）芯体组装→（6）检验→（7）入真空钎焊炉钎焊→（8）出真空钎焊炉冷却到室温后外形尺寸检验→（9）焊接上试压封头进行气密性试验→（10）割下试压封头→（11）清洗→（12）与封头组焊→（13）外形尺寸检验、气密性和强度试验→（14）清洗烘干→（15）氮封出厂。由于产品的设计要求不同，一些换热器也可以省去（9）～（11）工序。钎焊后芯体各通道应能够承压，芯体各处不能泄漏，但由于铝制板翅式换热器结构和生产工艺复杂，技术要求高，芯体钎焊前又都是手工装配，所以真空钎焊后芯体出现泄漏不可能完全避免，这是国内外铝制板翅式换热器生产企业所面临的一个共同的实际问题。

芯体泄漏分外漏和内漏两种。外漏是指通道内的介质通过封条和侧板间的间隙向外渗漏；内漏是指相邻两不同的通道间串通，互相渗漏。换热器芯部是不允许有任何泄漏的，若出现大面积的泄漏，只能报废；而对于只有局部泄漏的芯体，出于对成本和节能的考虑，在保证产品性能的前提下，应尽可能予以修复。

对钎焊后芯体出现的局部泄漏，目前国内外采用的修复手段有两种：1、堵换热通道；2、高分子材料堵漏。由于堵换热通道会影响到整个换热器的换热效率，所以设计对此有非常严格的限制，紧凑型、精密型的换热器芯体，如军用换热器，是不允许堵换热通道的，堵换热通道法只适用于极少数的换热器芯体，且只有在设计许可的条件下才能采用。高分子材料，如使用广泛的DW型聚氨酯粘接剂，具有较高的机械强度和较好的低温性能，可以用来进行芯体局部泄漏的修复，但由于对修复处表面预处理要求很高，实际产品修复要达到较为理想的效果较难，且不适用于工作温度较高、工作压力较大的换热器，所以其应用非常有限。所以，如何对换热器芯体局部泄漏进行有效修复，是目前国内外铝制板翅式换热器生产企业关注的一个热点，也是亟待解决的一个共性技术难题。换热器芯体因局部泄漏无法进行有效修复而报废，不但会带来很大的直接经济损失，也会严重影响到生产进程。

发明内容

本发明的目的在于针对真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部泄漏修复存在的技术难题，克服现有技术的不足，提供一种真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部泄漏的氩弧焊修复方法。

本发明的目的是这样实现的：一种真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部泄漏的氩弧焊修复方法，包括以下步骤：

（1）用丝径≤0.15mm的铜丝刷或者不锈钢丝刷、刮刀、丙酮仔细清理换热器芯体局部泄漏部位及邻近10mm区域，直至露出金属本色，局部泄漏部位及邻近区域无水、油及其它污物。

（2）调整芯体位置，保证修复面与水平面基本平行，即焊接修复为水平焊接。

（3）在芯体局部泄漏部位及邻近10mm区域清理后的30分钟内采用手工交流钨极氩弧焊对泄漏进行修复。

（4）在距泄漏处左端3～5mm处引弧，电弧稳定后匀速右移，当封条厚度≤3mm时不填充焊丝，焊接主要规范参数为：钨极为Φ2.0mm的铈钨棒，喷嘴直径8mm，钨极伸出长度5～7mm，焊接电流60～70A，氩气流量8～9L/min；当封条厚度封条＞3mm时填充Φ1.6mm的SAl4043焊丝，焊接主要规范参数为：钨极为Φ2.0～2.5mm的铈钨棒，喷嘴直径9～10mm，钨极伸出长度6～8mm，焊接电流90～110A，氩气流量10～12L/min。

（5）在距泄漏处右端3～5mm处熄弧，熄弧后焊炬保持1分钟不动，对熄弧处继续进行氩气保护。

（6）抬高焊炬，修复结束。

本发明与其它真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部泄漏修复方法相比，其有益效果是：

1、所用设备为普通的交流钨极氩弧焊机，价格低。

2、当封条厚度≤3mm时不填充焊丝；当封条厚度＞3mm时填充Φ1.6mm的SAl4043焊丝，SAl4043焊丝应用广泛，价格低。

3、焊接修复时输入焊接线能量低，可有效避免因为热应力大而导致的修复时泄漏缺陷的扩展，以及大电弧可能导致的翅片等零件损伤。

4、方法简单，操作性和可控性强，适用范围广，修复合格率高。

具体实施方式

本发明真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部泄漏的氩弧焊修复方法，包括以下步骤：

1、用丝径≤0.15mm的铜丝刷或者不锈钢丝刷、刮刀、丙酮仔细清理换热器芯体局部泄漏部位及邻近10mm区域，直至露出金属本色，局部泄漏部位及邻近区域无水、油及其它污物。

2、调整芯体位置，保证修复面与水平面基本平行，即焊接修复为水平焊接。

3、在芯体局部泄漏部位及邻近10mm区域清理后的30分钟内采用手工交流钨极氩弧焊对泄漏进行修复。

4、在距泄漏处左端3～5mm处引弧，电弧稳定后匀速右移，当封条厚度≤3mm时不填充焊丝，焊接主要规范参数为：钨极为Φ2.0mm的铈钨棒，喷嘴直径8mm，钨极伸出长度5～7mm，焊接电流60～70A，氩气流量8～9L/min；当封条厚度封条＞3mm时填充Φ1.6mm的SAl4043焊丝，焊接主要规范参数为：钨极为Φ2.0～2.5mm的铈钨棒，喷嘴直径9～10mm，钨极伸出长度6～8mm，焊接电流90～110A，氩气流量10～12L/min。

5、在距泄漏处右端3～5mm处熄弧，熄弧后焊炬保持1分钟不动，对熄弧处继续进行氩气保护。

6、抬高焊炬，修复结束。

修复后的芯体送入检验工序。

钨极氩弧焊是一种在钨极和焊件之间产生热量的电弧焊接方式，属于熔化焊，应用很广泛。钨极氩弧焊按操作方法可分为手工和自动钨极氩弧焊，按所使用的电源可分为直流和交流钨极氩弧焊，其中交流钨极氩弧焊在焊接过程中能够自动清除焊件表面的氧化膜，很适合焊接铝、镁及合金等化学活泼性强的有色金属。虽然交流钨极氩弧焊被广泛地应用于铝及其合金的焊接，但由于真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部泄漏的特殊性，采用交流钨极氩弧焊进行有效修复，必须解决一系列的关键技术难题，如是否填加焊丝、填加焊丝的牌号和规格、喷嘴直径、钨极伸出长度、焊接电流、氩气流量等等，若选择不当，如焊接热输入偏大，则会造成热影响区大，焊接修复时所产生的热应力会导致局部泄漏在修复过程中不断扩展，也可能会导致出现新的局部泄漏缺陷，另外，较粗大的电弧还会导致邻近的翅片、隔板和封条的损坏等其它质量问题。因此，在本发明之前，交流钨极氩弧焊并未被成功地用于真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部泄漏的修复。

本发明在系统分析真空钎焊铝制板翅式换热器芯体结构和局部泄漏特点的基础上，通过长期摸索和实验，解决了关键技术难题，发明了真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部泄漏的手工交流钨极氩弧焊修复方法。将传统的手工交流钨极氩弧焊应用于真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部泄漏的修复，具有显著的进步，手工交流钨极氩弧焊不再仅仅只是一种铝及其合金的熔化焊接方法，而且可以作为一种真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部泄漏的修复方法，该方法简单，操作性和可控性强，适用范围广，修复合格率高，所用焊接方法为传统的手工交流钨极氩弧焊，填加焊丝时填加的是应用广泛的SAl4043焊丝，所用设备为普通的交流钨极氩弧焊机，价格低。

下面结合具体实施例，详细说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。

实施例1

某型冷却液-气流两换热通道的铝制板翅式换热器芯体尺寸为（长×宽×高）：1440×150×488mm。侧板材质为3003铝合金板，尺寸为（长×宽×厚度）：1440×150×4mm；翅片材质为3003铝合金板，厚度为0.2mm，锯齿形翅片；隔板材质为434铝合金包覆板，尺寸为（长×宽×厚度）：1440×150×0.8mm；封条材质为3003铝合金，其中气流侧冷封条尺寸为（长×宽×高）：1440×8×3mm，冷却液侧热封条尺寸为（长×宽×高）：150×12×9.5mm；侧板与翅片、封条间钎焊的钎焊料为0.1mm厚的4004钎料片，尺寸为（长×宽）：1440×150mm。该换热器芯体真空钎焊后密封试验发现存在4处泄漏：3处位于气流侧冷封条与隔板之间，泄漏缺陷长度分别为2、12和18mm；1处位于冷却液侧热封条与隔板之间，泄漏缺陷长度为5mm。

气流侧冷封条与隔板之间的局部泄漏氩弧焊修复：

1）用丝径0.15mm的铜丝刷、丙酮仔细清理换热器芯体2mm长的局部泄漏部位及邻近10mm区域，直至露出金属本色，局部泄漏部位及邻近区域无水、油及其它污物。

2）调整芯体位置使修复面与水平面基本平行。

3）芯体局部泄漏部位及邻近10mm区域清理后约10分钟开始采用手工交流钨极氩弧焊对该处泄漏进行修复。

4）在距泄漏处左端约3mm处引弧，电弧稳定后匀速右移，不填充焊丝，焊接主要规范参数为：钨极为Φ2.0mm的铈钨棒，喷嘴直径8mm，钨极伸出长度5mm，焊接电流60～65A，氩气流量8L/min。

5）在距泄漏处右端约3mm处熄弧，熄弧后焊炬保持1分钟不动，对熄弧处继续进行氩气保护。

6）抬高焊炬，2mm长的局部泄漏修复结束。

7）用丝径0.15mm的铜丝刷、丙酮仔细清理换热器芯体12mm长的局部泄漏部位及邻近10mm区域，直至露出金属本色，局部泄漏部位及邻近区域无水、油及其它污物。

8）同2）。

9）芯体局部泄漏部位及邻近10mm区域清理后约12分钟开始采用手工交流钨极氩弧焊对该处泄漏进行修复。

10）在距泄漏处左端约5mm处引弧，电弧稳定后匀速右移，不填充焊丝，焊接主要规范参数为：钨极为Φ2.0mm的铈钨棒，喷嘴直径8mm，钨极伸出长度5mm，焊接电流61～65A，氩气流量8L/min。

11）在距泄漏处右端约5mm处熄弧，熄弧后焊炬保持1分钟不动，对熄弧处继续进行氩气保护。

12）抬高焊炬，12mm长的局部泄漏修复结束。

13）用丝径0.15mm的铜丝刷、丙酮仔细清理换热器芯体18mm长的局部泄漏部位及邻近10mm区域，直至露出金属本色，局部泄漏部位及邻近区域无水、油及其它污物。

14）同2）。

15）芯体局部泄漏部位及邻近10mm区域清理后约9分钟开始采用手工交流钨极氩弧焊对该处泄漏进行修复。

16）在距泄漏处左端约5mm处引弧，电弧稳定后匀速右移，不填充焊丝，焊接主要规范参数为：钨极为Φ2.0mm的铈钨棒，喷嘴直径8mm，钨极伸出长度5mm，焊接电流60～66A，氩气流量8L/min。

17）同11）。

18）抬高焊炬，18mm长的局部泄漏修复结束。

冷却液侧热封条与隔板之间的局部泄漏氩弧焊修复：

1）用丝径0.15mm的铜丝刷、丙酮仔细清理换热器芯体5mm长的局部泄漏部位及邻近10mm区域，直至露出金属本色，局部泄漏部位及邻近区域无水、油及其它污物。

2）调整芯体位置使修复面与水平面基本平行。

3）芯体局部泄漏部位及邻近10mm区域清理后约4分钟开始采用手工交流钨极氩弧焊对该处泄漏进行修复。

4）在距泄漏处左端约5mm处引弧，电弧稳定后匀速右移，填充Φ1.6mm的SAl4043焊丝，焊接主要规范参数为：钨极为Φ2.0mm的铈钨棒，喷嘴直径9mm，钨极伸出长度6mm，焊接电流90～95A，氩气流量10L/min。

5）在距泄漏处右端约5mm处熄弧，熄弧后焊炬保持1分钟不动，对熄弧处继续进行氩气保护。

6）抬高焊炬，5mm长的局部泄漏修复结束。

修复后的芯体送入检验工序，进行振动强度试验和气密性试验，全部合格。振动强度试验为：常温，水平放置，水压0.20Mpa，振动频率60-80次/分，振幅50mm，持续时间5min，不允许渗漏和异常变形；气密性试验为：常温，气压0.20MPa，保压5min，不允许渗漏和异常变形。

实施例2

某型机油-气流两换热通道的铝制板翅式换热器芯体尺寸为（长×宽×高）：367×150×472mm。侧板材质为3003铝合金板，尺寸为（长×宽×厚度）：367×150×6mm；翅片材质为3003铝合金板，厚度为0.2mm，锯齿形翅片；隔板材质为434铝合金包覆板，尺寸为（长×宽×厚度）：367×150×0.8mm；封条材质为3003铝合金，其中气流侧冷封条尺寸为（长×宽×高）：367×8×3mm，机油侧热封条尺寸为（长×宽×高）：150×12×9.5mm；侧板与翅片、封条间钎焊的钎焊料为0.1mm厚的4004钎料片，尺寸为（长×宽）：367×150mm。该换热器芯体真空钎焊后密封试验发现存在1处泄漏：位于气流侧冷封条与隔板之间，泄漏缺陷长度为11mm。

芯体局部泄漏氩弧焊修复：

1）用丝径0.12mm的不锈钢丝刷、丙酮仔细清理换热器芯体11mm长的局部泄漏部位及邻近10mm区域，直至露出金属本色，局部泄漏部位及邻近区域无水、油及其它污物。

2）调整芯体位置使修复面与水平面基本平行。

3）芯体局部泄漏部位及邻近10mm区域清理后约29分钟开始采用手工交流钨极氩弧焊对该处泄漏进行修复。

4）在距泄漏处左端约4mm处引弧，电弧稳定后匀速右移，不填充焊丝，焊接主要规范参数为：钨极为Φ2.0mm的铈钨棒，喷嘴直径8mm，钨极伸出长度7mm，焊接电流64～70A，氩气流量9L/min。

5）在距泄漏处右端约4mm处熄弧，熄弧后焊炬保持1分钟不动，对熄弧处继续进行氩气保护。

6）抬高焊炬，11mm长的局部泄漏修复结束。

修复后的芯体送入检验工序，进行振动强度试验和气密性试验，全部合格。振动强度试验为：常温，水平放置，水压0.39Mpa，振动频率60-80次/分，振幅50mm，持续时间5min，不允许渗漏和异常变形；气密性试验为：常温，气压0.39MPa，保压5min，不允许渗漏和异常变形。

实施例3

某型机油-气流两换热通道的铝制板翅式换热器芯体尺寸为（长×宽×高）：367×150×472mm。侧板材质为3003铝合金板，尺寸为（长×宽×厚度）：367×150×6mm；翅片材质为3003铝合金板，厚度为0.2mm，锯齿形翅片；隔板材质为434铝合金包覆板，尺寸为（长×宽×厚度）：367×150×0.8mm；封条材质为3003铝合金，其中气流侧冷封条尺寸为（长×宽×高）：367×8×3mm，机油侧热封条尺寸为（长×宽×高）：150×12×9.5mm；侧板与翅片、封条间钎焊的钎焊料为0.1mm厚的4004钎料片，尺寸为（长×宽）：367×150mm。该换热器芯体真空钎焊后密封试验发现存在1处泄漏：位于机油侧热封条与隔板之间，泄漏缺陷长度为41mm。

芯体局部泄漏氩弧焊修复：

1）用刮刀和丝径0.15mm的铜丝刷以及丙酮仔细清理换热器芯体41mm长的局部泄漏部位及邻近10mm区域，直至露出金属本色，局部泄漏部位及邻近区域无水、油及其它污物。

2）调整芯体位置使修复面与水平面基本平行。

3）芯体局部泄漏部位及邻近10mm区域清理后约15分钟开始采用手工交流钨极氩弧焊对该处泄漏进行修复。

4）在距泄漏处左端约5mm处引弧，电弧稳定后匀速右移，填充Φ1.6mm的SAl4043焊丝，焊接主要规范参数为：钨极为Φ2.5mm的铈钨棒，喷嘴直径10mm，钨极伸出长度8mm，焊接电流105～110A，氩气流量12L/min。

5）在距泄漏处右端约5mm处熄弧，熄弧后焊炬保持1分钟不动，对熄弧处继续进行氩气保护。

6）抬高焊炬，41mm长的局部泄漏修复结束。

修复后的芯体送入检验工序，进行振动强度试验和气密性试验，全部合格。振动强度试验为：常温，水平放置，水压0.39Mpa，振动频率60-80次/分，振幅50mm，持续时间5min，不允许渗漏和异常变形；气密性试验为：常温，气压0.39MPa，保压5min，不允许渗漏和异常变形。

实施例4

某型机油-气流两换热通道的铝制板翅式换热器芯体尺寸为（长×宽×高）：427×102×190mm。侧板材质为3003铝合金板，尺寸为（长×宽×厚度）：427×102×8mm；翅片材质为3003铝合金板，厚度为0.2mm，平直形翅片；隔板材质为434铝合金包覆板，尺寸为（长×宽×厚度）：427×102×0.8mm；封条材质为3003铝合金，其中气流侧冷封条尺寸为（长×宽×高）：102×6×3mm，机油侧热封条尺寸为（长×宽×高）：427×3×8mm；侧板与翅片、封条间钎焊的钎焊料为0.1mm厚的4004钎料片，尺寸为（长×宽）：427×102mm。该换热器芯体真空钎焊后密封试验发现存在2处泄漏：1处位于气流侧冷封条与隔板之间，泄漏缺陷长度为8mm；1处位于机油侧热封条与隔板之间，泄漏缺陷长度为15mm。气流侧冷封条与隔板之间的局部泄漏氩弧焊修复：

1）用丝径0.15mm的不锈钢丝刷、丙酮仔细清理换热器芯体8mm长的局部泄漏部位及邻近10mm区域，直至露出金属本色，局部泄漏部位及邻近区域无水、油及其它污物。

2）调整芯体位置使修复面与水平面基本平行。

3）芯体局部泄漏部位及邻近10mm区域清理后约10分钟开始采用手工交流钨极氩弧焊对该处泄漏进行修复。

4）在距泄漏处左端约4mm处引弧，电弧稳定后匀速右移，不填充焊丝，焊接主要规范参数为：钨极为Φ2.0mm的铈钨棒，喷嘴直径8mm，钨极伸出长度6mm，焊接电流61～66A，氩气流量9L/min。

5）在距泄漏处右端约4mm处熄弧，熄弧后焊炬保持1分钟不动，对熄弧处继续进行氩气保护。

6）抬高焊炬，8mm长局部泄漏修复结束。

机油侧热封条与隔板之间的局部泄漏氩弧焊修复：

1）用丝径0.15mm的不锈钢刷、丙酮仔细清理换热器芯体15mm长局部泄漏部位及邻近10mm区域，直至露出金属本色，局部泄漏部位及邻近区域无水、油及其它污物。

2）调整芯体位置使修复面与水平面基本平行。

3）芯体局部泄漏部位及邻近10mm区域清理后约16分钟开始采用手工交流钨极氩弧焊对该处泄漏进行修复。

4）在距泄漏处左端约5mm处引弧，电弧稳定后匀速右移，填充Φ1.6mm的SAl4043焊丝，焊接主要规范参数为：钨极为Φ2.5mm的铈钨棒，喷嘴直径10mm，钨极伸出长度7mm，焊接电流97～105A，氩气流量11L/min。

5）在距泄漏处右端约5mm处熄弧，熄弧后焊炬保持1分钟不动，对熄弧处继续进行氩气保护。

6）抬高焊炬，15mm长的局部泄漏修复结束。

修复后的芯体送入检验工序，进行振动强度试验和气密性试验，全部合格。振动强度试验为：常温，水平放置，水压0.50Mpa，振动频率60-80次/分，振幅50mm，持续时间5min，不允许渗漏和异常变形；气密性试验为：常温，气压0.50MPa，保压5min，不允许渗漏和异常变形。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部泄漏的氩弧焊修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）用丝径≤0.15mm的铜丝刷或者不锈钢丝刷、刮刀、丙酮仔细清理换热器芯体局部泄漏部位及邻近10mm区域，直至露出金属本色，局部泄漏部位及邻近区域无水、油及其它污物。

（2）调整芯体位置，保证修复面与水平面基本平行，即焊接修复为水平焊接。

（3）在芯体局部泄漏部位及邻近10mm区域清理后的30分钟内采用手工交流钨极氩弧焊对泄漏进行修复。

（4）在距泄漏处左端3～5mm处引弧，电弧稳定后匀速右移，当封条厚度≤3mm时不填充焊丝，焊接主要规范参数为：钨极为Φ2.0mm的铈钨棒，喷嘴直径8mm，钨极伸出长度5～7mm，焊接电流60～70A，氩气流量8～9L/min；当封条厚度封条＞3mm时填充Φ1.6mm的SAl4043焊丝，焊接主要规范参数为：钨极为Φ2.0～2.5mm的铈钨棒，喷嘴直径9～10mm，钨极伸出长度6～8mm，焊接电流90～110A，氩气流量10～12L/min。

（5）在距泄漏处右端3～5mm处熄弧，熄弧后焊炬保持1分钟不动，对熄弧处继续进行氩气保护。

（6）抬高焊炬，修复结束。