CN108620755A - 铝板翅式热交换器钎焊芯体局部外漏的修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝板翅式热交换器钎焊芯体局部外漏的修复方法，属于铝合金焊接技术领域。该方法采用微束等离子弧对出现局部外漏的精密型铝板翅式热交换器钎焊芯体进行修复，不填充焊丝。该修复方法简单，适用范围广，特别适合于氩弧焊难以修复的钎焊芯体，操作性和可控性强，输入热线能量非常低，变形非常小，有效避免因热应力大而导致的修复时外漏缺陷的扩展以及翅片等零件的损伤，保证芯体结构与尺寸的精密性，修复合格率高，外观质量好。

Description

铝板翅式热交换器钎焊芯体局部外漏的修复方法
技术领域
本发明属于铝合金焊接技术领域，涉及一种铝板翅式热交换器钎焊芯体局部外漏的修复方法，尤其适用于精密型铝板翅式热交换器钎焊芯体局部外漏的修复。
背景技术
铝板翅式热交换器是一种以铝合金波形翅片为传热元件的新型高效能热交换器，是目前国内外最先进的热交换器，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，现已广泛应用于能源、石油化工、航空航天、船舶和动力机械等领域，且在不断取代管壳式等传统热交换器，快速扩展其应用范围。
铝板翅式热交换器由芯体、封头、接管、法兰等通过氩弧焊组焊而成，其核心部分是由翅片、导流片、隔板、侧板和封条五种元件组成的单元体叠积结构的芯体，通常由真空钎焊而成。翅片、导流片、侧板和封条材料通常为3003铝合金，隔板通常为Q515铝合金复合板，其中间芯板为3003铝合金，上下表面层为厚度是复合板厚度5～18％的含硅量为9.0～10.5％的4004合金包覆层，即钎料层。
铝板翅式热交换器生产工艺很复杂，技术要求很高，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)真空钎焊→(8)外形及其尺寸检验→(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)与封头接管组焊→(13)外形及其尺寸检验、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，一些热交换器也可以省去(9)～(11)工序。钎焊后芯体各通道应能够承压，各处不能外漏，但由于铝板翅式热交换器结构和生产工艺很复杂，芯体钎焊前又都是手工装配，所以真空钎焊后芯体出现外漏不可能完全避免，这是国内外铝板翅式热交换器生产企业所面临的一个共同的实际问题。
芯体外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。芯部是不允许有任何外漏的，若出现大面积的外漏，只能报废；而对于只有局部外漏的芯体，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。
对芯体出现的局部外漏，目前国内外可采用的修复手段有三种：1、堵换热通道；2、高分子材料堵漏；3、氩弧焊修复。由于堵换热通道会影响到整个热交换器的换热效率，因此只适用于极少数的热交换器芯体，且只有在设计许可的条件下才能采用，对于精密型的热交换器芯体，如军用热交换器，设计是不允许堵换热通道的。高分子材料，如使用广泛的DW型聚氨酯粘接剂，具有较高的力学性能和较好的低温性能，可以用来进行芯体局部外漏的修复，但由于对修复处表面预处理要求非常高，实际产品修复很难达到较为理想的效果，且不适用于工作温度较高、工作压力较大的热交换器，应用非常有限，也不适合于精密型的热交换器芯体局部外漏的修复。采用严格控制焊接规范参数、小线能量的手工钨极氩弧焊对热交换器芯体局部外漏进行修复，是较为可行的一种修复方法，但该种方法只适合于隔板和封条厚度较厚的热交换器芯体。手工钨极氩弧焊电弧较为粗大，弧斑尺寸较大，电弧能量密度小，加热区域大，而精密型的热交换器芯体结构与尺寸精度要求很高，且隔板和封条厚度小，特别是隔板厚度小(通常小于1.0mm)，所以手工钨极氩弧焊方法难以满足精密型的热交换器芯体局部外漏的修复。如何进行有效修复，是目前国内外铝板翅式热交换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。热交换器芯体因局部外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精密型铝板翅式热交换器芯体局部外漏修复存在的技术难题，克服现有技术的不足，提供一种铝板翅式热交换器钎焊芯体局部外漏的修复方法。
本发明的目的是这样实现的：一种铝板翅式热交换器钎焊芯体局部外漏的修复方法，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、丙酮仔细清理热交换器芯体局部外漏部位及邻近5mm区域，直至露出金属本色，局部外漏部位及邻近区域无水、油、氧化物及其它污物；
(2)调整芯体位置，保证修复面朝上且与水平面基本平行；
(3)在芯体局部外漏部位及邻近5mm区域清理后的30分钟内采用手工微束等离子弧焊对外漏进行修复；
(4)在距外漏处左端2～3mm处引弧，电弧稳定后匀速右移，焊接主要规范参数为：直流正极性，不填充焊丝，钨极为Φ1.0mm的铈钨棒，钨极端部磨成13°的圆锥角，喷嘴孔径0.8mm，喷嘴通道比1.6，钨极内缩量1.8mm，离子气流量0.4L/min(纯Ar)，保护气流量6～7L/min(Ar+4％H2)，焊接电流5～6A，焊接电压22～24V，焊接速度260～270mm/min；
(5)在距外漏处右端2～3mm处熄弧，熄弧后焊炬保持半分钟不动，对熄弧处继续进行混合气保护；
(6)打磨修复部位，修复结束；
(7)检验。
本发明与其它的热交换器芯体局部外漏修复方法相比，有益效果是：
1、所用设备为普通的手工直流微束等离子焊机。
2、不填充焊丝，操作简单，避免了因为添加焊丝时对焊接操作的扰动，也就规避了可能导致的气孔、夹杂、焊缝成型不良等焊接缺陷。
3、修复输入线能量非常低，变形非常小，有效避免因热应力大而导致的修复时外漏缺陷的扩展以及翅片等零件的损伤，保证芯体结构与尺寸的精密性，尤其适用于精密型铝板翅式热交换器钎焊芯体局部外漏的修复。
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
微束等离子弧焊是等离子弧焊的一种，焊接电流小(通常小于30A)，采用小孔径压缩喷嘴及联合型电弧，焊接时存在两个电弧：电极与喷嘴之间的非转移弧和电极与金属工件之间的转移弧，前者起引弧和维弧作用，使转移弧在电流小至0.5A时仍非常稳定，转移弧用于熔化金属工件。微束等离子弧焊突出的优点是：1、电弧很细小，呈针状，刚性和指向性好，能量很集中，可焊很薄的金属，最小可焊厚度为0.01mm；2、弧长对焊接工件影响小，焊缝很窄，热影响区很小，焊接变形非常小。微束等离子弧焊通常用于原子能元件、仪器仪表、电子、医疗器械等轻小薄金属构件的精密焊接。
虽然微束等离子弧焊可以焊接碳钢、低合金钢、不锈钢、铜及其合金等金属材料，但在本发明之前，并未被用于精密型铝板翅式热交换器钎焊芯体局部外漏的修复。本发明在系统分析精密型铝板翅式热交换器钎焊芯体结构和局部外漏特点的基础上，通过一系列的实验，解决了关键技术难题，发明了一种精密型铝板翅式热交换器钎焊芯体局部外漏的微束等离子修复方法，巧妙地将常规的微束等离子弧焊应用于精密型铝板翅式热交换器钎焊芯体局部外漏的修复，具有显著的进步，微束等离子焊不再仅仅只是一种熔化焊接方法，而且可以作为一种铝板翅式热交换器钎焊芯体局部外漏的修复方法，该方法简单，操作性和可控性强，适用范围广，修复合格率高，所用设备为普通的微束等离子弧焊机。
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
某型机油-空气两通道铝板翅式热交换器芯体尺寸为(长×宽×高)：470×210×327mm。侧板为3003铝合金板，尺寸为(长×宽×厚度)：470×210×4mm；翅片为3003铝合金翅片，厚度为0.15mm，锯齿形翅片；隔板为Q515铝合金包覆板，尺寸为(长×宽×厚度)：470×210×1.0mm；封条材质为3003铝合金，其中空气侧封条尺寸为(长×宽×高)：470×5×2mm，机油侧封条尺寸为(长×宽×高)：210×5×3mm；侧板与翅片、封条间钎焊的钎料为0.1mm厚的4004钎料片，尺寸为(长×宽)：470×210mm。该热交换器芯体真空钎焊后气密性试验发现存在2处外漏：位于空气侧封条与隔板之间，外漏缺陷长度分别为3和8mm。
长度3mm的外漏修复：
(1)用丝径0.15mm的铜丝刷、丙酮仔细清理芯体2处局部外漏部位及邻近5mm区域，直至露出金属本色，局部外漏部位及邻近区域无水、油、氧化物及其它污物；
(2)调整芯体位置使修复面朝上且与水平面基本平行；
(3)芯体局部外漏部位及邻近5mm区域清理后约10分钟开始采用手工微束等离子弧进行修复；
(4)在距外漏处左端2mm处引弧，电弧稳定后匀速右移，焊接主要规范参数为：直流正极性，不填充焊丝，钨极为Φ1.0mm的铈钨棒，钨极端部磨成13°的圆锥角，喷嘴孔径0.8mm，喷嘴通道比1.6，钨极内缩量1.8mm，离子气流量0.4L/min(纯Ar)，保护气流量7L/min(Ar+4％H2)，焊接电流6A，焊接电压22V，焊接速度260mm/min；
(5)在距外漏处右端2mm处熄弧，熄弧后焊炬保持半分钟不动，对熄弧处继续进行混合气保护；
(6)仔细打磨修复部位，修复结束。
长度8mm的外漏修复：
步骤同以上(1)～(6)
检验：芯体进行强度试验和气密性试验，全部合格。强度试验：常温，水压0.90Mpa，保压10min，不允许渗漏和异常变形；气密性试验：常温，气压0.45MPa，保压10min，不允许渗漏。
实施例2
某型冷却液-空气两通道铝板翅式热交换器芯体尺寸为(长×宽×高)：400×200×491mm。侧板为3003铝合金板，尺寸为(长×宽×厚度)：400×200×4mm；翅片为3003铝合金翅片，厚度为0.15mm，锯齿形翅片；隔板为Q515铝合金包覆板，尺寸为(长×宽×厚度)：400×200×1.0mm；封条材质为3003铝合金，其中空气侧封条尺寸为(长×宽×高)：400×4×2mm，冷却液侧封条尺寸为(长×宽×高)：200×4×3mm；侧板与翅片、封条间钎焊的钎料为0.1mm厚的4004钎料片，尺寸为(长×宽)：400×200mm。该热交换器芯体真空钎焊后气密性试验发现存在3处外漏：2处位于空气侧封条与隔板之间，外漏缺陷长度分别为2和14mm；1处位于冷却液侧封条与隔板之间，外漏缺陷长度为5mm。
冷却液侧长度为5mm的外漏修复：
(1)用刮刀和丙酮仔细清理局部外漏部位及邻近5mm区域，直至露出金属本色，局部外漏部位及邻近区域无水、油、氧化物及其它污物；
(2)和(3)同以上(2)和(3)
(4)在距外漏处左端3mm处引弧，电弧稳定后匀速右移，焊接主要规范参数为：直流正极性，不填充焊丝，钨极为Φ1.0mm的铈钨棒，钨极端部磨成13°的圆锥角，喷嘴孔径0.8mm，喷嘴通道比1.6，钨极内缩量1.8mm，离子气流量0.4L/min(纯Ar)，保护气流量7L/min(Ar+4％H2)，焊接电流6A，焊接电压24V，焊接速度260mm/min；
(5)和(6)同以上(5)和(6)；
空气侧长度2mm的局部外漏修复：
(1)～(6)同以上(1)和(6)；
空气侧长度14mm的局部外漏修复：
(1)用丝径0.15mm的不锈钢丝刷、丙酮仔细清理局部外漏部位及邻近5mm区域，直至露出金属本色，局部外漏部位及邻近区域无水、油、氧化物及其它污物；
(2)同以上(2)；
(3)芯体局部外漏部位及邻近5mm区域清理后约28分钟开始采用手工微束等离子进行修复；
(4)在距外漏处左端3mm处引弧，电弧稳定后匀速右移，焊接主要规范参数为：直流正极性，不填充焊丝，钨极为Φ1.0mm的铈钨棒，钨极端部磨成13°的圆锥角，喷嘴孔径0.8mm，喷嘴通道比1.6，钨极内缩量1.8mm，离子气流量0.4L/min(纯Ar)，保护气流量6L/min(Ar+4％H2)，焊接电流5A，焊接电压23V，焊接速度265mm/min；
(5)和(6)同以上(5)和(6)；
检验：芯体进行强度试验和气密性试验，全部合格。强度试验：常温，水压0.80Mpa，保压10min，不允许渗漏和异常变形；气密性试验：常温，气压0.35MPa，保压10min，不允许渗漏。
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 (5)

1.一种铝板翅式热交换器钎焊芯体局部外漏的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)清理热交换器芯体局部外漏部位及邻近5mm区域，直至露出金属本色，且无污物；
(2)调整芯体位置，保证修复面朝上且与水平面平行；
(3)在芯体局部外漏部位及邻近5mm区域清理后的30分钟内采用手工微束等离子弧焊对外漏进行修复，具体为：
(3.1)在距外漏处左端2～3mm处引弧，电弧稳定后匀速右移，焊接主要规范参数为：直流正极性，不填充焊丝，钨极为Φ1.0mm的铈钨棒，钨极端部磨成13°的圆锥角，喷嘴孔径0.8mm，喷嘴通道比1.6，钨极内缩量1.8mm，离子气流量0.4L/min，保护气流量6～7L/min，焊接电流5～6A，焊接电压22～24V，焊接速度260～270mm/min；
(3.2)在距外漏处右端2～3mm处熄弧，熄弧后焊炬保持半分钟不动，对熄弧处继续进行混合气保护；
(4)打磨修复部位，修复结束。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的清理方法为：依次采用丝刷、刮刀、丙酮进行清理，所述丝刷的丝径≤0.15mm，选自铜丝刷或者不锈钢丝刷。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的污物为水、油、氧化物等。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离子气流采用氩气。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护气流为氩气和氢气的混合气体，其中，氢气的体积含量的4％。
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