CN116689932A - 一种微通道换热器的扩散焊接方法及焊接产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种微通道换热器的扩散焊接方法及焊接产品，微通道换热器的扩散焊接方法包括：对扩散焊接炉内升温、进行预扩散焊接和扩散焊接的同时，对待焊芯体施加不同压力；本申请在扩散焊接前后及焊接的过程中，通过对待焊芯体的持续加压，将待焊芯体的微观间隙持续弥补。在达到扩散焊温度时和扩散温度后，通过压力的阶段性调节，可有效弥补焊接芯体上的微观间隙，使焊接芯体的原子在高温状态下相互扩散，最终弥补间隙，从而形成整体的产品。达到克服槽道宽度不超过1 mm的限制。

Description

一种微通道换热器的扩散焊接方法及焊接产品

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种微通道换热器的扩散焊接方法及焊接产品。

背景技术

目前，不锈钢微通道换热器广泛应用于能源、动力、军事、电子、航空航天和氢能源等技术领域，在介质换热中起到关键作用。目前，在氢能源领域，除了对换热器的换热效率有要求外，还需要考虑减小换热器的体积，降低介质在通道中的流动阻力。通过增大槽道宽度，可以大大降低介质在通道内换热时的流动阻力，从而满足对阻力要求较高的介质之间的换热效率。但是，对于微通道扩散焊接工艺而言，焊接板的槽道宽度越大，其扩散焊接时的传力性能越差，从而在槽道处焊合的概率越低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服焊接板的槽道宽度越大，其扩散焊接时的传力性能越差，从而在槽道处焊合的概率越低的缺陷。

为了解决上述问题，本发明提供一种微通道换热器的扩散焊接方法，适于对具有槽道的产品的制造，包括：

将微通道换热器的待焊芯体预固定；

将预固定的待焊芯体置于扩散焊接炉中；

对扩散焊接炉内进行升温至第一预设温度的同时，对待焊芯体施加第一预设压力，并保温保压第一预设时间；

对扩散焊接炉内进行继续升温至第二预设温度的同时，保持对待焊芯体施加第一预设压力；

在第二预设时间内，对待焊芯体施加升压至第二预设压力的同时，保持第二预设温度；并保温保压第三预设时间，进行预扩散焊接；

对扩散焊接炉内进行继续升温至扩散焊温度进行扩散焊接的同时，对待焊芯体施加升压至第三预设压力，并保温保压第四预设时间；

对焊接芯体施加降压至第一预设压力，再对焊接芯体施加梯度升压；

对焊接芯体降压，对扩散焊接炉进行降温后开炉，得到焊接产品；

其中，所述梯度升压的压力值高于第三预设压力。

可选地，所述第一预设时间和第二预设时间均不小于120 min。

可选地，所述对焊接芯体施加梯度升压包括：

对焊接芯体施加升压至第四预设压力，并保温保压第五预设时间；

对焊接芯体施加升压至第五预设压力，并保温保压第六预设时间；

对焊接芯体施加升压至第六预设压力，并保温保压第七预设时间。

可选地，通过将待焊芯体放置于下压头上，上压头向下移动，对待焊芯体施压；在所述下压头与上压头之间设有多个限位块，通过限位块的高度控制焊接芯体的出炉高度。

可选地，多个所述限位块围绕所述待焊芯体布置。

可选地，所述将微通道换热器的待焊芯体预固定包括：

堆叠上盖板、多层槽道板和下盖板，形成初步的待焊芯体；

对初步的待焊芯体的外周进行预焊接固定。

可选地，在所述槽道板上设置的槽道的槽宽与槽道的底壁厚度的比值不大于7:1。

可选地，所述微通道换热器为不锈钢微通道换热器。

可选地，对扩散焊接炉内进行继续升温至第二预设温度的升温速率不大于4.5℃/min。

本发明还提供一种焊接产品，利用所述的微通道换热器的扩散焊接方法得到。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1.本发明提供的微通道换热器的扩散焊接方法，适于对具有槽道的产品的制造，包括：将微通道换热器的待焊芯体预固定；将预固定的待焊芯体置于扩散焊接炉中；对扩散焊接炉内进行升温至第一预设温度的同时，对待焊芯体施加第一预设压力，并保温保压第一预设时间；对扩散焊接炉内进行继续升温至第二预设温度的同时，保持对待焊芯体施加第一预设压力；在第二预设时间内，对待焊芯体施加升压至第二预设压力的同时，保持第二预设温度；并保温保压第三预设时间，进行预扩散焊接；对扩散焊接炉内进行继续升温至扩散焊温度进行扩散焊接的同时，对待焊芯体施加升压至第三预设压力，并保温保压第四预设时间；对焊接芯体施加降压至第一预设压力，再对焊接芯体施加梯度升压；对焊接芯体降压，对扩散焊接炉进行降温后开炉，得到焊接产品；其中，所述梯度升压的压力值高于第三预设压力;本申请采用上述技术方案，通过阶段升温，避免由于升温太快，导致待焊芯体内外温差太大；以及直接升温至高温，材料硬度偏差较大及热膨胀不一致，进而导致扩散焊接时的变形速率不一致，最终导致泄漏。在整个扩散焊接工艺中，均施加压力控制，小压力调节缓慢焊接。具体是在达到扩散焊温度前期通过对待焊芯体的持续加压，将待焊芯体的微观间隙持续弥补。在达到扩散焊温度时和扩散温度后，通过压力的阶段性调节，可有效弥补焊接芯体上的微观间隙，使焊接芯体的原子在高温状态下相互扩散，最终弥补间隙，从而形成整体的产品。并且，待焊芯体的变形速率较慢，扩散焊接出的焊接芯体的槽道平整，可以避免因为变形速率过快导致的槽道扭曲，从而导致扩散焊接泄漏的问题。达到克服槽道宽度不超过1 mm的限制。槽宽越大，则介质在通过槽道时的流动阻力越小，提升换热效率。采用本申请制造的焊接产品可以承受24 MPa的水压，满足高压情况下介质之间的换热需求。并且产品的外形美观、结构紧凑，具有较高的可靠性及安全性能。

2.本发明所述第一预设时间和第二预设时间均不小于120 min；本申请采用上述技术方案，使得待焊芯体能够充分热透。

3.本发明所述对焊接芯体施加梯度升压包括：对焊接芯体施加升压至第四预设压力，并保温保压第五预设时间；对焊接芯体施加升压至第五预设压力，并保温保压第六预设时间；对焊接芯体施加升压至第六预设压力，并保温保压第七预设时间；本申请技术方案，在达到扩散焊温度时和扩散温度后，通过压力的阶段性调节，可有效弥补焊接芯体上的微观间隙，使焊接芯体的原子在高温状态下相互扩散，最终弥补间隙，从而形成整体的可靠产品。

4.本发明通过将待焊芯体放置于下压头上，上压头向下移动，对待焊芯体施压；在所述下压头与上压头之间设有多个限位块，通过限位块的高度控制焊接芯体的出炉高度；本申请采用上述技术方案，使得扩散焊接完成后，焊接芯体的出炉高度可控。

5.本发明多个所述限位块围绕所述待焊芯体布置；本申请采用上述技术方案，确保焊接芯体在高度方向上整体可控，防止在焊接芯体的某一部位的高度降低至预期高度之下。

6.本发明所述将微通道换热器的待焊芯体预固定包括：堆叠上盖板、多层槽道板和下盖板，形成初步的待焊芯体；对初步的待焊芯体的外周进行预焊接固定；本申请采用上述技术方案，对待焊芯体进行预固定，防止在后续焊接的过程中，产品发生错位，槽道变形扭曲。

7.本发明在所述槽道板上设置的槽道的槽宽与槽道的底壁厚度的比值不大于7:1；本申请采用上述技术方案，需要控制槽宽与槽道的底壁厚度的比值，充分确保焊接后的焊接芯体不泄漏，以最佳的工艺方法和最低的成本，保证获得良好的产品性能。

8.本发明所述微通道换热器为不锈钢微通道换热器；本申请采用上述技术方案，克服不锈钢微通道换热器的槽道板的槽宽不超过1 mm的限制。

9.本发明对扩散焊接炉内进行继续升温至第二预设温度的升温速率不大于4.5℃/min；本申请采用上述技术方案，待焊芯体的变形速率较慢，避免因为变形速率过快造成槽道扭曲，从而产生预焊接变形问题，影响后续的扩散焊接，进而导致泄漏的质量问题。

10.本发明提供的焊接产品，利用所述的微通道换热器的扩散焊接方法得到；本申请采用上述技术方案，利用所述的微通道换热器的扩散焊接方法得到的焊接产品，槽宽大，介质在通过槽道时的流动阻力小，换热效率高。焊接产品可以承受24 MPa的水压，满足高压情况下介质之间的换热需求；并且焊接产品的外形美观、结构紧凑，具有较高的可靠性及安全性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施方式中提供的温度随时间变化的曲线示意图；

图2为本发明实施方式中提供的压力随时间变化的曲线示意图；

图3为本发明实施方式中提供的待焊芯体的立体结构示意图；

图4为本发明实施方式中提供的待焊芯体在扩散焊接炉内的摆放示意图；

图5为本发明实施方式中提供的槽道板上设置的槽道局部示意图一；

图6为本发明实施方式中提供的槽道板上设置的槽道局部示意图二。

附图标记说明：

1、上盖板；2、槽道板；3、槽道；4、下盖板；5、上压头；6、限位块；7、待焊芯体；8、下压头。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

对于微通道产品的扩散焊接工艺而言，通道尺寸的增大会大大增加扩散焊接的难度。因此本申请提出新的微通道产品的扩散焊接方法。

如图1至图6所示的微通道换热器的扩散焊接方法的一种具体实施方式，具体的，所述微通道换热器为不锈钢微通道换热器；不锈钢可以是316不锈钢、316L不锈钢或304不锈钢等。微通道换热器的扩散焊接方法包括以下步骤：

S1、将微通道换热器的待焊芯体7预固定；

S2、将预固定的待焊芯体7置于扩散焊接炉中；

S3、对扩散焊接炉内进行升温至第一预设温度的同时，对待焊芯体7施加第一预设压力，并保温保压第一预设时间；所述第一预设时间不小于120 min；

S4、对扩散焊接炉内进行继续升温至第二预设温度的同时，保持对待焊芯体7施加第一预设压力；具体的，对扩散焊接炉内进行继续升温至第二预设温度的升温速率不大于4.5 ℃/min；

S5、在第二预设时间内，对待焊芯体7施加升压至第二预设压力的同时，保持第二预设温度；并保温保压第三预设时间，进行预扩散焊接；所述第二预设时间不小于120 min；

S6、对扩散焊接炉内进行继续升温至扩散焊温度进行扩散焊接（即进行待焊芯体7原子之间的扩散焊接）的同时，对待焊芯体7施加升压至第三预设压力，并保温保压第四预设时间；

S7、对焊接芯体施加降压至第一预设压力，再对焊接芯体施加梯度升压；

S8、对焊接芯体降压，对扩散焊接炉进行降温后开炉，得到焊接产品；

其中，所述梯度升压的压力值高于第三预设压力。

具体的，如图3所示，本申请所述微通道换热器的扩散焊接方法适于对具有槽道3的产品的制造；在步骤S1中，所述将微通道换热器的待焊芯体7预固定包括以下步骤：

S11、堆叠上盖板1、多层槽道板2和下盖板4，形成初步的待焊芯体7；可以在夹持工装上固定堆叠初步的待焊芯体7；堆叠高度不低于30 mm；

S12、对初步的待焊芯体7的外周进行预焊接固定；可以采用激光焊接或者氩弧焊接进行预焊接固定。

如图1和图2所示，具体的，在步骤S3中，启动扩散焊接炉，在60 min内，将待焊芯体7从常温均匀升温至400 ℃（即第一预设温度），此过程中对待焊芯体7进行持续加压2 MPa（即第一预设压力），并保持；升温至400 ℃后，保温约120 min（即第一预设时间），使待焊芯体7能够充分热透，此过程中对待焊芯体7进行持续加压2 MPa，并保持。

在步骤S4中，用120 min将扩散焊接炉的炉内温度均匀升温至920 ℃（即第二预设温度），升温速率约4.5 ℃/min，此过程中对待焊芯体7持续加压至2 MPa，并保持。

在步骤S5中，在920 ℃保持约120min（即第二预设时间），以保证待焊芯体7热透，此过程中，对待焊芯体7均匀升压至4 MPa（即第二预设压力）；然后在920 ℃继续保持约80min（即第三预设时间），此过程中，对待焊芯体7持续加压4 MPa并保持，以使其预扩散焊接。

在步骤S6中，在60 min内升温至1000 ℃-1080 ℃之间（即扩散焊温度范围），具体可以是1040 ℃；对待焊芯体7升压至8 MPa（即第三预设压力），并持续施压；首先在1040 ℃施压8 MPa，保持80 min（即第四预设时间），形成焊接芯体。

然后，在步骤S7中，将压力瞬间降到2 MPa。

如图1和图2所示，所述对焊接芯体施加梯度升压包括以下步骤：

S71、对焊接芯体均匀施加升压至第四预设压力，第四预设压力可以是10 MPa，具体可以是在40 min内均匀施加升压至10 MPa；并保温保压第五预设时间,第五预设时间可以是60 min；

S72、对焊接芯体施加升压至第五预设压力，第五预设压力可以是16 MPa，并保温保压第六预设时间，第六预设时间可以是80 min；

S73、对焊接芯体施加升压至第六预设压力，第六预设压力可以是20 MPa，并保温保压第七预设时间，第七预设时间可以是40 min。在整个梯度升压阶段，保持温度为1040℃。在1040 ℃保持的总时长约300 min。

具体的，如图4所示，通过将待焊芯体7放置于下压头8上，上压头5向下移动，对待焊芯体7施压；在所述下压头8与上压头5之间设有多个限位块6，具体可以是4-8个限位块6；通过限位块6的高度控制焊接芯体的出炉高度。进一步的，多个所述限位块6围绕所述待焊芯体7布置。

具体的，如图5和图6所示，在所述槽道板2上设置的槽道3的槽宽W与槽道3的底壁厚度H的比值不大于7:1。即槽宽W和底壁厚度H可以达到7:1的比值，而不泄漏，例如：底壁厚度H为0.2 mm的槽道板2，槽宽W可以为1.4 mm；底壁厚度H为0.5 mm的槽道板2，槽宽W可以为3.5 mm。采用本申请工艺方法，槽宽W均可以大于1 mm。

进一步的，为了使扩散焊接完成后，焊接芯体能够扩散焊接上，且无泄漏；单层槽道板2的形变量控制在0.03 mm以内；具体可以控制在0.015~0.03 mm之间。

本发明还提供一种焊接产品，利用所述的微通道换热器的扩散焊接方法得到。

本发明在增加槽道板2的槽宽尺寸的情况下，对扩散焊接进行可靠性研究，通过增大槽道板2槽宽的尺寸，可以大大降低介质在通道内换热时的流动阻力，从而满足对阻力要求较高的介质之间的换热，可以有效拓展扩散焊微通道换热器的使用领域。本发明工艺下生产出的产品，不添加其他零件，换热器外形美观、结构紧凑。本发明工艺下生产出的换热器，能承受24 MPa的压力，具有较高的可靠性及安全性能。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种微通道换热器的扩散焊接方法，适于对具有槽道（3）的产品的制造，其特征在于，包括：

将微通道换热器的待焊芯体（7）预固定；

将预固定的待焊芯体（7）置于扩散焊接炉中；

对扩散焊接炉内进行升温至第一预设温度的同时，对待焊芯体（7）施加第一预设压力，并保温保压第一预设时间；

对扩散焊接炉内进行继续升温至第二预设温度的同时，保持对待焊芯体（7）施加第一预设压力；

在第二预设时间内，对待焊芯体（7）施加升压至第二预设压力的同时，保持第二预设温度；并保温保压第三预设时间，进行预扩散焊接；

对扩散焊接炉内进行继续升温至扩散焊温度进行扩散焊接的同时，对待焊芯体（7）施加升压至第三预设压力，并保温保压第四预设时间；

对焊接芯体施加降压至第一预设压力，再对焊接芯体施加梯度升压；

对焊接芯体降压，对扩散焊接炉进行降温后开炉，得到焊接产品；

其中，所述梯度升压的压力值高于第三预设压力。

2.根据权利要求1所述的微通道换热器的扩散焊接方法，其特征在于，所述第一预设时间和第二预设时间均不小于120 min。

3.根据权利要求1所述的微通道换热器的扩散焊接方法，其特征在于，所述对焊接芯体施加梯度升压包括：

对焊接芯体施加升压至第四预设压力，并保温保压第五预设时间；

对焊接芯体施加升压至第五预设压力，并保温保压第六预设时间；

对焊接芯体施加升压至第六预设压力，并保温保压第七预设时间。

4.根据权利要求1-3任一项所述的微通道换热器的扩散焊接方法，其特征在于，通过将待焊芯体（7）放置于下压头（8）上，上压头（5）向下移动，对待焊芯体（7）施压；在所述下压头（8）与上压头（5）之间设有多个限位块（6），通过限位块（6）的高度控制焊接芯体的出炉高度。

5.根据权利要求4所述的微通道换热器的扩散焊接方法，其特征在于，多个所述限位块（6）围绕所述待焊芯体（7）布置。

6.根据权利要求1-3任一项所述的微通道换热器的扩散焊接方法，其特征在于，所述将微通道换热器的待焊芯体（7）预固定包括：

堆叠上盖板（1）、多层槽道板（2）和下盖板（4），形成初步的待焊芯体（7）；

对初步的待焊芯体（7）的外周进行预焊接固定。

7.根据权利要求6所述的微通道换热器的扩散焊接方法，其特征在于，在所述槽道板（2）上设置的槽道（3）的槽宽与槽道（3）的底壁厚度的比值不大于7:1。

8.根据权利要求1-3任一项所述的微通道换热器的扩散焊接方法，其特征在于，所述微通道换热器为不锈钢微通道换热器。

9.根据权利要求1-3任一项所述的微通道换热器的扩散焊接方法，其特征在于，对扩散焊接炉内进行继续升温至第二预设温度的升温速率不大于4.5 ℃/min。

10.一种焊接产品，其特征在于，利用权利要求1-9任一所述的微通道换热器的扩散焊接方法得到。