CN114683013A - 一种铝合金微通道热交换器的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝合金微通道热交换器的加工方法,包括步骤一,采用蚀刻的方式在铝合金换热板的一个表面上加工出微通道形成换热板母板;步骤二,对步骤一中已经完成微通道蚀刻的换热板母板进行装配形成换热器芯体;步骤三,采用真空钎焊的方式对装配好的换热器芯体进行整体焊接。本发明解决了当前采用真空扩散焊加工微通道换热器存在的高加工精度、高技术门槛、高成本等问题,实现了蚀刻+翅片的微通道换热器制造,蚀刻+真空钎焊制造微通道的方法大大降低了蚀刻微通道热交换器的加工精度、加工成本和加工难度,同时,本发明提高了微通道热交换器的多样化设计思路及应用领域。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金微通道热交换器的加工方法,特别是采用蚀刻和真空钎焊的组合方法,属于微通道热交换器加工技术领域。
背景技术
微通道热交换器是上世纪90年代发展起来的一种新型热交换器,具有结构紧凑度好、换热效率高的特点,是热交换器向高紧凑度、微型化发展的一个重要方向,其区别的典型标志是:常规的紧凑式热交换器的流体流道的水力当量直径在1mm~6mm之间,而微通道热交换器的水力当量直径在0.01mm~1mm之间。
随着国内蚀刻技术的发展,采用蚀刻技术加工出水力当量直径在0.01mm~1mm之间的换热板工艺技术的成熟,应用蚀刻技术研制生产微通道热交换器成为可能。对于蚀刻微通道热交换器,目前主要加工方法为将金属板蚀刻为较小流道的换热板,然后多层换热板叠加成换热芯体,采用真空扩散焊制成微通道换热器芯体,再焊接端盖、进出口管嘴等,形成微通道热交换器。
然而,真空扩散焊是一种固相焊接工艺,即待焊表面在真空环境下,在一定温度范围,在压强作用下,实现相对快速的原子扩散。
真空扩散焊的优点包括:
(1)焊接面化学成分、组织均匀;
(2)焊接强度高,接近或达到母材强度;
(3)焊接温度较低,对母材性能影响较小;
(4)适于面焊接;
(5)可实现异种金属焊接;
(6)属于无钎料的无多余物焊接。
真空扩散焊的缺点包括:
(1)材料待焊表面加工精度、清洁度、装配要求十分苛刻;
(2)设备一次投资大,焊接尺寸受设备真空室规格限制;
(3)材料工艺技术门槛高,对工艺技术人员和操作者要求更高;
(4)无有效的无损检测手段检测焊接质量。
发明内容
鉴于铝合金微通道热交换器独有的结构轻巧、传热效率高、耐腐蚀性好、机加及焊接工艺性好等特点,导致其在热管理系统领域占有重要的地位。随着微通道热交换器在航空航天、电子、工程装备等领域的应用与拓展,采用蚀刻+真空扩散焊生产的微通道热交换器因其高加工精度、高技术门槛、高成本等问题阻碍了铝合金微通道热交换器批量化生产及应用领域的拓展。
为解决当前采用真空扩散焊加工微通道换热器存在的高加工精度、高技术门槛、高成本等问题,本发明旨在提供一种铝合金微通道热交换器的加工方法。
本发明的核心在于:采用蚀刻与真空钎焊组合的加工方法,最后采用成熟的CT检测方式。
本发明的构思为:采用蚀刻方法按设计要求对铝合金换热板进行微通道蚀刻,铝合金换热板可以是单表面带包覆层或双表面带包覆层,包覆层中含有钎料,然后将蚀刻获得微通道的换热母板按设计要求的方式进行装配叠加成换热器芯体,或者将蚀刻获得微通道的换热母板与高紧凑度的翅片进行装配形成换热器芯体,又或者将蚀刻获得微通道的换热母板与高紧凑度的口琴管进行装配形成换热器芯体,最后把装配好的换热器芯体在真空钎焊炉中钎焊成微通道热交换器芯体结构。
一种铝合金微通道热交换器的加工方法,包括,
步骤一,采用蚀刻的方式在铝合金换热板的一个表面上加工出微通道形成换热板母板;
步骤二,对步骤一中已经完成微通道蚀刻的换热板母板进行装配形成换热器芯体;
步骤三,采用真空钎焊的方式对装配好的换热器芯体进行整体焊接。
作为一种选择,所述步骤一中,在铝合金换热板上蚀刻出的凸台形状包括矩形、人字形、半椭圆形,凸台之间形成微通道。
作为一种选择,所述铝合金换热板为单表面包覆层或双表面包覆层,包覆层中含有钎料。
作为一种选择,所述步骤一中,换热母板为单表面包覆层,蚀刻加工面为带有包覆层的换热母板表面;
所述步骤二中,换热器芯体包括多块依次堆叠的换热母板,装配时,将相邻的两块换热母板交错堆叠,使得两块换热母板的微通道流入、流出方向不同,其中一块换热母板的蚀刻表面与另一块换热母板的非蚀刻表面接触。
作为一种选择,所述步骤二中,换热器芯体包括多块依次堆叠的换热母板,装配时,将相邻的两块换热母板交错堆叠,使得两块换热母板的微通道流入、流出方向不同,其中一块换热母板的蚀刻表面与另一块换热母板的非蚀刻表面接触,相邻的换热母板之间放置钎接板或钎料片。
作为一种选择,所述步骤一中,换热母板为双表面包覆层;
所述步骤二中,换热器芯体包括换热母板、封条、单面包覆层钎接板和紧凑型翅片,装配时,多块换热母板沿同一方向间隔布置,相邻换热母板之间放置紧凑型翅片和单面包覆层钎接板,单面包覆层钎接板上带有包覆层的表面与紧凑型翅片接触,没有包覆层的表面与换热母板接触,紧凑型翅片的两侧放置封条。
作为一种选择,所述步骤一中,换热母板为单表面包覆层,蚀刻加工面为带有包覆层的换热母板表面;
所述步骤二中,换热器芯体包括换热母板和口琴管,相邻的换热母板之间按照蚀刻表面与非蚀刻表面相对的原则放置,相邻的换热母板之间放置口琴管,换热母板的非蚀刻表面与口琴管之间放置钎接板或钎料片。
进一步,铝合金微通道热交换器的加工方法还包括将完成整体真空钎焊的换热器芯体与热边进口管嘴、旁通管路、热边出口管嘴、泄压活门、端盖焊接形成微通道热交换器。
作为一种选择,所述步骤一中,铝合金换热板的厚度为0.8~2mm,蚀刻深度为0.45~1.5mm,最小流通宽度为0.5~1mm,肋片宽度为0.5~1mm。最小流通宽度是指流体在两个肋片(蚀刻的凸台)之间流动时的截面流道宽度,肋片宽度是指垂直于流动方向上的凸台厚度。
进一步,铝合金微通道热交换器的加工方法还包括CT检测,采用CT检测步骤三中完成真空钎焊的换热器芯体。
铝合金蚀刻能实现铝合金微通道结构加工,真空钎焊能实现蚀刻铝合金微通道换热板的焊接。以往蚀刻微通道加工多以钛合金、不锈钢等硬度较高的材料进行,然后进行真空扩散焊焊接,而铝合金硬度较低不能通过真空扩散焊焊接。钛合金密度为铝合金的1.67倍,不锈钢密度为铝合金的2.85倍,铝合金的传热系数为钛合金、不锈钢的10倍,为此在相同换热能力下,铝合金加工出来的产品比钛合金轻2倍,比不锈钢轻3倍,体积为钛合金、不锈钢的0.7倍。
与现有技术相比,本发明有效地解决了采用成熟的真空钎焊焊接工艺替代真空扩散焊高精度、高技术门槛、高成本的难题,以及进行批量化生产蚀刻微通道换热器的难题,蚀刻换热母板与翅片真空钎焊是微通道换热器制造领域的一个创新,采用真空扩散焊难以实现蚀刻+翅片的微通道换热器制造,蚀刻+真空钎焊制造微通道的方法大大降低了蚀刻微通道热交换器的加工精度、加工成本和加工难度,同时,本发明提高了微通道热交换器的多样化设计思路及应用领域。
附图说明
图1为换热板母板示意图;
图2为各种蚀刻出凸台结构的铝合金蚀刻换热母板示意图;
图3为蚀刻后的换热母板堆叠形成换热器芯体的示意图;
图4为蚀刻后的换热母板与紧凑型翅片装配形成换热器芯体的示意图;
图5为蚀刻后的换热母板与口琴管装配形成换热器芯体的示意图;
图6为微通道热交换器示意图;
图中:1-包覆层、2-铝合金换热板、3-第一换热母板、4-第二换热母板、5-第三换热母板、6-封条、7-单包覆层钎接板、8-紧凑型翅片、9-口琴管、10-换热器芯体、11-热边进口管嘴、12-旁通管路、13-热边出口管嘴、14-泄压活门、15-端盖、16-冷边进口、17-冷边出口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明,但不应就此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实施例,在不脱离本发明上述技术思想情况下,凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更,均包括在本发明的范围内。
本发明的铝合金微通道热交换器的加工方法是通过如下技术方案予以实现的:
步骤1:根据需求,选取相应厚度、长度、宽度的铝合金换热板2,铝合金换热板2可以是单表面带包覆层1或双表面带包覆层1的板材,铝合金换热板2作为换热母板,如图1所示。
步骤2:对换热母板进行蚀刻加工,根据需求加工出小凸台,凸台形状可为矩形、人字形、半椭圆形等能够强化传热的结构,凸台之间的通道为微通道,如图2所示。
步骤3:换热器芯体10装配。对于采用蚀刻换热母板与蚀刻换热母板装配的换热器芯体10,蚀刻加工面为带包覆层1的表面,装配时使第一换热母板3与第二换热母板4进行交错排布,使第二换热母板4蚀刻面与第一换热母板3非蚀刻面接触,如图3所示;对于采用蚀刻换热母板与紧凑型翅片8装配加工换热器芯体10时,蚀刻换热母板需为双表面带包覆层1,即第三换热母板5为双表面带包覆层1,装配时将蚀刻好的第三换热母板5与紧凑型翅片8、封条6、单面包覆层钎接板7进行装配,如图4所示;对于采用蚀刻换热母板与紧凑型口琴管9装配加工换热器芯体10时,将蚀刻好的第三换热母板5与紧凑型口琴管9进行装配,如图5所示。
步骤4:完成换热器芯体10装配后,将换热器芯体10送入真空钎焊炉进行整体真空钎焊,包覆层1中钎料融化通过毛细作用使换热器芯体10钎焊成一整体。
步骤5:将换热器芯体10与端盖15、进出口管嘴等焊接,形成微通道热交换器,如图6所示。
如图2所示,选取0.8~2mm的铝合金换热板2进行蚀刻,蚀刻深度为0.45~1.5mm,最小流通宽度为0.5~1mm,肋片宽度为0.5~1mm。然后采用相应工装将加工好的蚀刻铝合金换热板2进行装配。
对于第一换热母板3+第二换热母板4装配时,如图3所示,使第一换热母板3与第二换热母板4进行交错排布,第一换热母板3、第二换热母板4均为单面带包覆层1的铝合金换热板2,均在含包覆层1的表面蚀刻,若第一换热模板3、第二换热母板4均无包覆层1,则需在第一换热母板3、第二换热母板4之间增加钎接板或钎料片;
对于第三换热母板5+紧凑型翅片8装配时,如图4所示,第三换热母板5与紧凑型翅片8、单包覆层钎接板7、封条6装配,第三换热母板5双面均含包覆层1;
对于第三换热母板5+口琴管9装配时,如图5所示,第三换热母板5与口琴管9装配,若第三换热母板5为单表面带包覆层1时,在含包覆层1的表面蚀刻,在无包覆层1的非蚀刻面装配钎接板或钎料片,若第三换热母板5无包覆层1,则在两侧表面均装配钎接板或钎料片;
完成换热器芯体10装配后,将换热器芯体10送入真空钎焊炉,将真空钎焊炉调整至一定温度,高温钎焊后包覆层1中的钎料融化,使各组件钎接成换热芯体10,采用工业CT进行钎焊检查是否钎焊上,最后,根据使用需求设计热交换器热边进口管嘴11、旁通管路12、热边出口管嘴13、泄压活门14、端盖15、冷边进口16、冷边出口17,并与换热器芯体10进行焊接。一套含泄压功能的铝合金蚀刻微通道热交换器制成,如图6所示,实现了铝合金微通道热交换器采用蚀刻与真空钎焊组合的加工方法制作。
上述实施例并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的技术方案基础上所做出的变形、修饰或等同替换等,均应落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种铝合金微通道热交换器的加工方法,其特征在于:包括,
步骤一,采用蚀刻的方式在铝合金换热板的一个表面上加工出微通道形成换热板母板;
步骤二,对步骤一中已经完成微通道蚀刻的换热板母板进行装配形成换热器芯体;
步骤三,采用真空钎焊的方式对装配好的换热器芯体进行整体焊接。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金微通道热交换器的加工方法,其特征在于:
所述步骤一中,在铝合金换热板上蚀刻出的凸台形状包括矩形、人字形、半椭圆形,凸台之间形成微通道。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金微通道热交换器的加工方法,其特征在于:所述铝合金换热板为单表面包覆层或双表面包覆层,包覆层中含有钎料。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金微通道热交换器的加工方法,其特征在于:
所述步骤一中,换热母板为单表面包覆层,蚀刻加工面为带有包覆层的换热母板表面;
所述步骤二中,换热器芯体包括多块依次堆叠的换热母板,装配时,将相邻的两块换热母板交错堆叠,使得两块换热母板的微通道流入、流出方向不同,其中一块换热母板的蚀刻表面与另一块换热母板的非蚀刻表面接触。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金微通道热交换器的加工方法,其特征在于:
所述步骤二中,换热器芯体包括多块依次堆叠的换热母板,装配时,将相邻的两块换热母板交错堆叠,使得两块换热母板的微通道流入、流出方向不同,其中一块换热母板的蚀刻表面与另一块换热母板的非蚀刻表面接触,相邻的换热母板之间放置钎接板或钎料片。
6.根据权利要求1所述的一种铝合金微通道热交换器的加工方法,其特征在于:
所述步骤一中,换热母板为双表面包覆层;
所述步骤二中,换热器芯体包括换热母板、封条、单面包覆层钎接板和紧凑型翅片,装配时,多块换热母板沿同一方向间隔布置,相邻换热母板之间放置紧凑型翅片和单面包覆层钎接板,单面包覆层钎接板上带有包覆层的表面与紧凑型翅片接触,没有包覆层的表面与换热母板接触,紧凑型翅片的两侧放置封条。
7.根据权利要求1所述的一种铝合金微通道热交换器的加工方法,其特征在于:
所述步骤一中,换热母板为单表面包覆层,蚀刻加工面为带有包覆层的换热母板表面;
所述步骤二中,换热器芯体包括换热母板和口琴管,相邻的换热母板之间按照蚀刻表面与非蚀刻表面相对的原则放置,相邻的换热母板之间放置口琴管,换热母板的非蚀刻表面与口琴管之间放置钎接板或钎料片。
8.根据权利要求1所述的一种铝合金微通道热交换器的加工方法,其特征在于:还包括将完成整体真空钎焊的换热器芯体与热边进口管嘴、旁通管路、热边出口管嘴、泄压活门、端盖焊接形成微通道热交换器。
9.根据权利要求1所述的一种铝合金微通道热交换器的加工方法,其特征在于:所述步骤一中,铝合金换热板的厚度为0.8~2mm,蚀刻深度为0.45~1.5mm,最小流通宽度为0.5~1mm,肋片宽度为0.5~1mm。
10.根据权利要求1所述的一种铝合金微通道热交换器的加工方法,其特征在于:还包括CT检测,采用CT检测步骤三中完成真空钎焊的换热器芯体。
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