CN110691666B - 钎焊或回填带微空隙的部件的方法及用其获得的热交换器 - Google Patents

Abstract

钎焊或回填带微空隙部件的方法及用其获得的热交换器。方法包括：提供含金属或金属合金的至少一部件，部件具有至少一限定多个空隙的面，空隙包括至少两个相对的在面上以不大于250微米的最大距离分开的边缘；获得与面接触的覆层，覆层至少包括至少部分位于空隙中的第一层和与第一层相邻的第二层，第一层包括含金属或金属合金的第一粉末，第二层包括第二和第三粉末混合物，第二和第三粉末分别是适于钎焊或回填部件的不同合金，第三粉末的固相线温度TSC低于第二粉末的固相线温度TSB；以严格低于第一粉末的固相线温度TSA、低于TSB、且严格高于TSC的加热温度加热部件和覆层且至少部分熔化覆层；冷却部件和覆层以获得附接到部件的固化残留物。

Description

钎焊或回填带微空隙的部件的方法及用其获得的热交换器

技术领域

本发明涉及一种钎焊(bracing，焊接)或回填方法，其包括以下步骤：在包括空隙的部件上施加覆层，以使覆层至少部分地熔化的方式进行加热，以及冷却以获得固定到该部件上的固化残留物。

本发明还涉及由此获得的热交换器，该部件是限定适于至少两种流体的循环通道的元件，在这至少两种流体之间期望执行热交换。

背景技术

众所周知，使用钎焊来组装部件，特别是用于组装热交换器或热交换器的一部分。

再填充使得可以贡献材料，例如用以巩固或密封表面。

而且，一种已知类型的热交换器所实施的部件由金属板(metal sheet)制成，这种金属板自身上折叠出风琴褶。被固定在金属板任一侧上的两个金属板片(pieces of sheetmetal)限定循环通道，该循环通道局部地平行于纵向方向并且位于金属板的每一侧上。通道的纵向端部出现在以风琴褶折叠的板的横向面上，在该板中的通道限定空隙。

位于金属板一侧上的通道供冷流体穿行，而位于另一侧上的通道供热流体穿行。这样，在两个金属板片之间，两种流体进行循环而通过金属板彼此分离且经由金属板彼此交换热量。

以风琴褶折叠的板以及被钎焊膜覆盖在其两个面上的金属板片交替地彼此堆叠，以便形成被称为“基体(matrix)”的块。然后，在第一步骤中，在钎焊炉内组装这个堆叠体。基体通常包括厚度大于金属板片的第一个板和最后一个板。

为了在基体的周边上密封基体，被称为“封闭条”的条形件通常被固定在基体上。然后，流体供应头被添加到基体上以形成交换器。

由于部件之间的膨胀差异会防止将来交换器的零件受到过度的几何应力，因此大体上要执行若干个钎焊步骤，在这些步骤之间进行机加工操作，以便确保部件之间的间隙。这种做法需要精确掌握填充合金的等级，以便在后续步骤期间不会损害在之前的步骤中已形成的接合。

第一种方法包括：首先制作封闭的或半开放的框架，在该框架中插入以风琴褶折叠的板以通过第一次钎焊对其进行组装。其次，通过钎焊将这些框架组装成一组以便形成交换器的基体。第三，流体的连接管被钎焊在基体上。

第二种方法包括：首先，通过钎焊将一组以风琴褶折叠的板组装到一组金属板片上，纵向定向的封闭条可选择性地被结合到该组金属板片。其次，以风琴褶折叠的板的面被机加工，以使其完美地对齐，以便借助横向定向封闭的条形件，通过钎焊将这些板组装。由此，就获得了交换器的基体。最后，第三，将流体的连接管钎焊到基体上。

而且，在诸如汽车或航空领域的不同的工业领域中，一方面需要减少由热回路产生的体积及其质量，另一方面需要减少交换中包含的流体质量。实际上，这些流体有时候会对环境产生影响，这种影响必须被尽可能地降低。

发明内容

但是，交换器的尺寸越小，第二步骤(亦即，封闭条在以风琴褶折叠的板的具有上述空隙的面上的钎焊)就越困难。因此，本发明的一个目的在于提供一种钎焊或回填方法，其能够处理多个部件(诸如前述以风琴褶折叠的部件)，这些部件具有尤其用于制造小型交换器的微空隙。

为此，本发明涉及一种钎焊或回填方法，包括如下步骤：

提供至少一个部件，该部件包含至少90％质量(质量百分数)的金属或金属合金，例如不锈钢，并且具有至少一个限定多个空隙的面，所述空隙包括至少两个相对边缘，所述相对边缘在该面上以不超过250微米、优选小于或等于150微米的最大间距分开；

获得与所述面相接触的覆层，该覆层至少包括：第一层，至少部分地位于空隙中；以及第二层，与第一层相邻，第一层包括第一粉末，该第一粉末包括至少90％质量的金属或金属合金，并且具有固相线温度TSA，第二层包括第二粉末与第三粉末的混合物，第二粉末和第三粉末分别是适于钎焊或回填该部件的不同的合金，这些合金中的一种和/或另一种例如是镍合金，第二粉末具有固相线温度TSB，并且第三粉末具有严格地低于固相线温度TSB的固相线温度TSC；

以一方面严格地低于固相线温度TSA，且低于、优选严格地低于固相线温度TSB，而严格地高于固相线温度TSC的加热温度，来加热部件和覆层，而且至少部分地熔化覆层；以及

冷却部件和至少部分地熔化覆层，并且获得附接到部件的固化残留物。

根据特定的实施例，当独立地考虑或者根据任何技术上可能的组合来加以考虑，该过程包括如下特征中的一个或多个：

第一粉末包括至少90％质量的与部件相同的金属或相同的金属合金；

第二粉末在所述混合物中具有的质量比介于60％到95％之间，优选地介于70％与90％之间，并且还更优选地介于75％与85％之间，所述质量比是在混合之前的质量比；

第三粉末包括至少70％质量的镍；

固化残留物在所述空隙中在介于0.1mm与3mm之间、优选地介于0.2mm与1mm之间、并且还更优选地介于0.3mm与0.7mm之间的深度上延伸；

第一粉末具有的晶粒尺寸小于150微米，优选地小于44微米；

第二粉末和第三粉末具有的晶粒尺寸小于212微米，优选小于105微米；

在获得步骤中，第一层和第二层分别包括有机粘合剂，其优选地具有液相，粘合剂分别占第一层的质量比为0.5％到4％之间，占第二层的质量比为0.2％到2％之间，第一层被施加到部件上，并且第二层被施加到第一层上，第二层选择性地至少部分地覆盖未被第一层覆盖的部件(51)，而且选择性地，覆层在0.1巴到6巴、优选地在约1巴的压力下被压实；

该部件被构造为形成热交换器的至少一个部件，该部件优选地包括至少一个被折叠为风琴褶的金属板，金属板限定用于至少两个(两路)适于在金属板的每侧上循环的流体的多个循环通道，每个循环通道包括限定所述面的多个空隙中的一个空隙的端部；

固化残留物完全地封闭所述空隙；以及

第三粉末具有液相线温度TLC，该加热温度大于或等于液相线温度TLC。

本发明还涉及一种热交换器，其包括：至少一个由不锈钢制成的部件，该部件包括至少一个限定多个空隙的面，该空隙包括至少两个相对的边缘，所述边缘以小于或等于250μm、优选地小于或等于150μm的最大距离分开，该部件优选地包括至少一个被折叠为风琴褶的金属板，该金属板限定用于至少两个适于在金属板的各侧上循环的流体的多个循环通道，每个循环通道包括限定所述面的多个空隙中的一个空隙的端部；以及至少一个固化残留物，其附接到部件上，该固化残留物能够通过如上所述的方法而获得。

附图说明

通过阅读下面的描述，将更好地理解本发明，下面的描述仅作为示例提供并参考附图进行，其中：

图1是根据本发明的热交换器的立体图，

图2是图1中所示的热交换器的立体图，并且已经去除了流体收集器，

图3是图1和图2中所示的交换器的基体的局部前视图，

图4是图3中所示的基体的多个阶部(stages)其中之一的立体图，以及

图5是图4中所示的阶部的分解立体图，并且覆层旨在侧向地封闭这个层级(level，水平)。

具体实施方式

参考图1至图3描述根据本发明的热交换器1。

如在图1中所示，交换器1包括基体5和四个构件7、9、11、13，以便分别供给冷流体F1，收集被加热流体F1'，带来热流体F2，并回收被冷却流体F2'。

冷流体例如是水，或水和乙二醇的混合物。

热流体例如是HFE(氢氟醚)或HFO(氢氟烯烃)类型的制冷剂，如在热泵中的情况那样。在冷却热力发动机的油的情况下，热流体是待被冷却的油。

基体5例如包括四个阶部15、17、19、21，其沿着方向V(该方向例如是竖直的)叠置，并且两个端板23、25分别形成基体的上面27和下面29。

基体5例如是平行六面体。基体5包括：在基本平行于方向V的纵向方向L上相对的两个侧面31、33(图2)，以及在基本垂直于方向V和纵向方向L的横向方向T上相对的两个侧面35、37。

侧面31、33、35、37例如是矩形的，并且这些侧面中围绕方向V的两个连续侧面有利地形成基本直角。

侧面31例如形成用于来自冷流体F1的三个流体流F11、F12和F13的三个入口E1、E2、E3，以及用于适于形成被冷却流体F2'的两个流体流F21'和F22'的两个出口S1'、S2'。

侧面33包括用于来自热流体F2的两个流体流F21和F22的两个入口(在图2中不可见，因为它们位于后部)，以及用于适于形成被加热流体F1'的三个流体流F11'、F12'和F13'的三个出口(在图2中也不可见)。

如在图2和图3中可见的，阶部15、17、19、21基本上彼此相似。

前述入口和出口例如采用在侧面31、33上横向延伸的槽的形式。

入口E1、E2和E3例如在方向V上对齐，并且面向构件7定位。

这对于位于侧面33上的入口也是如此，只是它们被定位成面向构件11。

出口S1'和S2'例如在方向V上叠置，并且被定位成面向构件13。这对于被定位在侧面33上的出口也是如此，只是它们被定位成面向构件9。

阶部15到阶部21通过基本垂直于方向V并且与部件49、51、53、55相交替的金属板片39、41、43、45、47形成。阶部还通过沿着方向V在金属板片39、41、43、45、47之间延伸的固化残留物57被侧向地封闭。

在所示的示例中，部件49、51、53、55彼此相似；因此，下面将参考图3至图5描述仅属于阶部17的部件51。

部件51由金属或金属合金、有利地由不锈钢316L、并例如由316L制成。部件51由金属板58形成，该金属板沿着纵向方向L在自身上被折叠出风琴褶。部件51限定多个位于金属板上方且旨在接纳流体流F21的循环通道63，以及多个位于金属板下方且旨在接纳流体流F12的循环通道65。

部件51包括两个纵向相对的面59、60，通道63、65在该部件中限定空隙61。

空隙61包括两个横向相对的边缘67、69(图3)，其以小于或等于250μm、优选地小于或等于150μm的最大距离D分开。

金属板片39、41、43、45、47在结构上彼此相似。金属板片39、43、47具有相同的空间定向，而金属板片41和45具有另一种空间定向，其从第一方向例如围绕纵向方向L旋转180°而得出。

沿着方向V观察，每个金属板片39、41、43、45、47例如均具有大体矩形的形状。每个金属板片包括两个切口71、73(图5)，这两个切口例如以位于金属板片的中心的点S相对于彼此对称。

每个切口71、73包括：第一部件75，其从基体5的侧面31或33其中之一纵向地延伸；以及第二部件77，其在循环通道63上方或在循环通道65下方横向地延伸。

根据未示出的变型，每个切口71、73均包括：第一部件75，其从基体5的侧面35或37其中之一横向地延伸；以及第二部件77，其在循环通道63上方或在循环通道65下方在第一部件75的延伸方向上横向地延伸。

金属板片39、41、43、45、47由金属或金属合金制成，例如由不锈钢制成，有利地由316L制成。金属板片例如通过传统的钎焊被分别附接到部件49、51、53、55上。

构件7、9、11、13有利地彼此相似。因此，下面将仅详细描述构件7。

构件7由金属或金属合金制成，例如由不锈钢制成，有利地由316L制成。构件7包括被定位在第一部件的沿着方向V延伸的方向上的管状上部79和下部81，并且通过在对应于上面27的平面中以及对应于侧面31的平面中进行切割来获得。构件7还包括底部83。

现在将描述交换器1的制造，其实施根据本发明的钎焊方法。

首先，提供部件49、51、53、55，以及插入其间的金属板片39、41、43、45、47，端板23、25和构件7、9、11、13。

这些元件通过被插置于图5中所示的每个钎焊板85A之间、沿着方向V如图3和图4中所示地被堆叠。

钎焊板85A由钎焊合金、例如由Bni-2合金制成。

部件49、51、53、55，金属板片39、41、43、45、47以及端板23和25的组装通过堆叠来进行，并且由于适当的工具(未示出)而被机械地保持。

然后，沿方向V分别在金属板片39、41、43、45、47之间的部件49、51、53、55的每个侧面上制造覆层R。特别地，覆层R与包括空隙61的面59、60接触。

最后，该组件和覆层R被加热到加热温度TF，以便至少部分地熔化覆层R。

冷却之后，获得固化残留物57。

接着，通过钎焊、熔接(welding)、胶合或适用于交换器的未来使用环境的任何其它方法，将构件7、9、11、13附接到基体5上。

根据另一个更经济的实施例，在由此形成的新组件加热然后冷却之前，构件7、9、11、13被放置在通过组件和覆层R形成的套件(set，组)上。这使得可以在单个钎焊循环结束时获得交换器。

为了获得覆层R，在所示的示例中，第一层85(图5)被施加到部件49、51、53、55的每一个上，并且第二层87被施加到第一层上。

在一变型中，覆层R仅存在于侧面31和33上。实际上，在所描述的示例中，侧面35和37不具有微空隙。

根据一个特定的实施例(未示出)，第二层87至少覆盖部件49到部件55的未被第一层85覆盖的部分。

第二层87例如具有的厚度是第一层85的厚度的1倍到10倍。

选择性地，在已成形的套件被放置在柔性和气密的膜(未示出)中之后，例如通过真空抽吸该套件，在0.1到6巴的压力下、优选在约1巴的压力下压实覆层R。

第一层85至少部分地位于空隙61中，并且优选地被驱入以风琴褶折叠的金属板中。换句话说，第一层85沿着纵向方向L穿过空隙61。

第一层85有利地包括至少90％质量的第一粉末A，该第一粉末由金属或金属合金制成并且具有严格地大于加热温度TF的固相线温度TSA(当第一粉末A被加热时出现第一滴液体的温度)。换句话说，第一粉末在根据本发明的方法的加热温度TF是不可熔的。

如果第一粉末A是纯净材料，显然固相线温度TSA就是纯净材料的熔化温度。

有利地，第一粉末A包括至少90％质量的与部件49到部件55相同的金属或相同的金属合金，也就是说，在该示例中为不锈钢316L。

第一粉末A具有的晶粒的尺寸例如小于150μm，优选地小于44μm。

有利地，在第一层85中，第一粉末A与优选地具有水基(aqueous base)的有机粘合剂混合，有机粘合剂在第一层85中所占的质量介于0.5％与10％之间，有利地介于0.5％与4％之间。

第二层87有利地包括至少90％质量的第二粉末B和第三粉末C的混合物。有利地，第二层87还包括优选地具有水基的有机粘合剂，该有机粘合剂例如在第二层87中所占的质量介于0.5％与10％之间，有利地介于0.2％与2％之间。

第二粉末B和第三粉末C分别是不同的合金，其均为本领域技术人员所知的适于钎焊或回填制造部件49到部件55所用的材料。这些合金中的一种和/或另一种例如由镍基合金制成。

第二粉末B具有固相线温度TSB和液相线温度TLB(第二粉末B完全变为液体的温度)。

第三粉末C具有固相线温度TSC和液相线温度TLC。

固相线温度TSB严格地大于固相线温度TSC。加热温度TF严格地大于固相线温度TSC，并且低于、优选严格地低于固相线温度TSB。

这样，在加热步骤期间，第三粉末C至少部分地熔化，而第二粉末B不熔化。

优选地，液相线温度TLC低于、优选严格地低于固相线温度TSB。而且，加热温度TF又高于、优选严格地高于液相线温度TLC。这样，所有的第三粉末C优选地被熔化。

在混合物中，第二粉末B具有的质量比介于60％到95％之间，优选地介于70％到90％之间，并且还更优选地介于75％到85％之间。

例如，第三粉末C包括至少70％质量的镍。粉末B例如是镍基(例如，约85％)回填粉末，包括约7.5％的铬。粉末C例如是镍基(例如，约73％)回填粉末，包括约15％的铬。

这样，固相线温度TSB例如是1030℃。液相线温度TLB例如是1060℃。

固相线温度TSC例如是980℃。液相线温度TLC例如是1020℃。

固相线温度TSA例如是1370℃。第一粉末A完全液化的温度例如是1400℃。

第二粉末B和第三粉末C例如具有的晶粒尺寸小于212μm，优选地小于105μm。

根据未示出的变型，第一层85和第二层87中的一个和/或另一个没有粘合剂。实际上，在所施加的覆层在钎焊之前不需要具有机械连贯性(mechanicalcoherence，机械相干性)的某些情况下，粘合剂的存在是无用的。这例如是当覆层R被设置在基本水平的表面上时的情况。

根据其它变型，第二覆层87被设置在第一层85之前的支撑表面上。

固化残留物57存在于空隙61中，在介于0.1mm与3mm之间、优选地介于0.2mm与1mm之间、并且还更优选地介于0.3与0.7mm之间的深度上。

优选地，加热温度TF大于或等于第三粉末C的液相线温度TLC，也就是说，在所描述的示例中大于或等于1020℃。

实践中，至少一半质量的第三粉末C、并且优选地如上所述所有的第三粉末C被熔化。

交换器1的操作源于其结构，并且现在将简要地进行描述。

冷流体F1(图1)穿过构件7。冷流体F1沿着基体5的侧面31流动，并且被分成流体流F11、F12和F13(图2)。

流体流F11、F12和F13通过入口E1、E2、E3进入基体5。

流体流F12穿过金属板片43的切口73(图5)。流体流F12首先基本纵向地流动通过切口73的第一部件75，然后基本横向地流入第二部件77，它随后穿过部件51的循环通道65和部件53的循环通道63(图3)。当它在分配通道63、65中沿纵向流动时，冷流体与分别在部件51、53的每一者的另一侧上的热流体F2交换热量，并冷却。流体流F12通过金属板片43的切口71的面33离开基体5。

同样地，流体流F11和F13从侧面31通过基体5流到侧面33，同时与流体流F21和F22逆流交换热量。

流体流F11、F12、F13一旦被加热就变为被加热的流体流F11'、F12'和F13'，其出现在构件9中，并且合并形成被加热的流体F1'。

同样地，热流体F2穿过构件11并且分成为通过侧面33进入基体5的流体流F21和F22。

例如，如在图4中所示，流体流F21穿过金属板片41的切口73，并且进入通过部件51限定的通道63以及进入部件49的通道65。流体流F21和F22一方面通过部件49、51而另一方面通过部件53、55经热交换冷却，并且再次以被冷却的流体流F21'和F22'的形式离开。流体流F21'和F22'在构件13中结合，以形成被冷却的流体F2'。

这样，由于上述特征，该钎焊方法使得具有空隙61的面59、60上可以产生形成被密封侧壁的固化残留物57，而不会在钎焊期间产生致使覆层R过度渗透进空隙中的毛细作用力。

而且，本方法允许在最小化钎焊步骤数量的同时制造交换器1。这使得可以以降低的成本以及可能的单独的钎焊步骤来获得小型交换器。

Claims (15)

1.一种钎焊或回填方法，包括以下步骤：

提供至少一个部件(51)，所述部件包含至少90％质量的金属或金属合金，所述部件(51)具有至少一个面(59)，所述面限定多个空隙(61)，所述空隙(61)包括至少两个相对的边缘(67、69)，所述相对的边缘在所述面(59)上以小于或等于250微米的最大距离(D)分开；

获得与所述面(59)接触的覆层(R)，所述覆层(R)至少包括：第一层(85)，其至少部分地位于所述空隙(61)中；以及第二层(87)，其与所述第一层(85)相邻，所述第一层(85)包括第一粉末(A)，所述第一粉末包含至少90％质量的金属或金属合金，并且具有固相线温度TSA，所述第二层(87)包括第二粉末(B)和第三粉末(C)的混合物，所述第二粉末(B)和所述第三粉末(C)分别是适于钎焊或回填所述部件(51)的不同的合金，所述第二粉末(B)具有固相线温度TSB，并且所述第三粉末(C)具有严格地低于所述固相线温度TSB的固相线温度TSC；

以一方面严格地低于所述固相线温度TSA，且低于所述固相线温度TSB，而严格地高于所述固相线温度TSC的加热温度，来加热所述部件(51)和所述覆层(R)，并且至少部分地熔化所述覆层(R)；以及

冷却所述部件(51)，且至少部分地熔化覆层(R)，并且获得附接到所述部件(51)的固化残留物(57)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一粉末(A)包括至少90％质量的与所述部件(51)相同的金属或相同的金属合金。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述混合物中，所述第二粉末(B)具有的质量比介于60％到95％之间，所述质量比是在混合之前的质量比。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第三粉末(C)包括至少70％质量的镍。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述固化残留物(57)在所述空隙(61)中，在介于0.1mm与3mm之间的深度上延伸。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中：

所述第一粉末(A)具有的晶粒尺寸小于150微米；

所述第二粉末(B)和所述第三粉末(C)具有的晶粒尺寸小于212微米。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，在获得步骤中：

所述第一层(85)和所述第二层(87)分别包括有机粘合剂，所述粘合剂分别在所述第一层(85)中所占的质量介于0.5％到4％之间，并且在所述第二层(87)中所占的质量介于0.2％到2％之间；

所述第一层(85)被施加在所述部件(51)上，并且所述第二层(87)被施加在所述第一层(85)上。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第二层(87)至少部分地覆盖未被所述第一层(85)覆盖的所述部件(51)；并且所述覆层(R)在0.1巴到6巴的压力下被压实。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述部件(51)被构造为形成热交换器(1)的至少一个部件，所述部件(51)包括至少一个被折叠为风琴褶的金属板(58)，所述金属板(58)限定多个循环通道(63、65)，所述多个循环通道用于至少两种适于在所述金属板的每一侧上循环的流体(F1、F2)，每个循环通道(63、65)包括限定所述面(59)的所述多个空隙(61)中的一个空隙的端部。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述固化残留物(57)完全地封闭所述空隙(61)。

11.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述第三粉末(C)具有液相线温度TLC，所述加热温度大于或等于所述液相线温度TLC。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述部件(51)包含至少90％质量的不锈钢。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二粉末(B)和所述第三粉末(C)的所述合金中的一种和/或另一种是镍合金。

14.一种热交换器(1)，包括：

至少一个部件(51)，由不锈钢制成，所述部件包括至少一个面(59)，所述面限定多个空隙(61)，所述空隙(61)包括至少两个相对的边缘(67、69)，所述相对的边缘以小于或等于250μm的最大距离(D)分开，所述部件(51)包括至少一个被折叠为风琴褶的金属板(58)，所述金属板(58)限定多个循环通道(63、65)，所述多个循环通道用于至少两种旨在所述金属板(58)的每一侧上循环的流体(F1、F2)，每个循环通道(63、65)包括限定所述面(59)的所述多个空隙(61)中的一个空隙的端部；以及

至少一个固化残留物(57)，附接在所述部件(51)上，所述固化残留物(57)能够通过根据权利要求1-13中任一项所述的方法获得。

15.根据权利要求14所述的热交换器(1)，其中，所述最大距离(D)小于或等于150μm。

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