CS268671B2 - Method of two structural parts heat sealing - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu spojování dvou konstrukčních Částí Z·tepla, podlt DěhOŽ β· JDSti spojované plochy konstrukčních Částí vkládá plastifikovatelný pomocný materiál, který se spolu se spojovanými Částmi zahřívá na teplotu tlakového svařování, načež se konstrukční části a spojuje přes pomocný materiál к sobě přitlačují, až pomocný materiál mění skupenství se s konstrukčními Částmi.

známy způsoby, podle nichž se části určené ke spojení ponořují po předcházejísvého povrchu do lázně roztaveného kovu za účelem vytvoření stejnoměrného koJsou cl úpravě vového povlaku, jímž ea Části vzájemně spojují. Tyto lázně se připravují z těžkých kovů 8 nízkým bodem tavení a z jejich slitin. Těžké kovy jsou drahé а к jejich použití jé třeba velkého množství energie, například и lázní cínových - Sn, u slitiny cínu SN a olova - Pb a u lázní zinkových - Zn.

U Jiných řešení se Části urCené ke spojení nejprve zcela nebo zčásti povlékají uvedenými těžkými kovy nebo některou z jejich slitin, načež se na přesné části smontované pokládá plastifikátor, načež se části ohřívají s plynovým plamenem nebo v peci na teplotu tavení povlakového kovu,*čímž se kovový povlak na povrchu částí spojuje v roztaveném stavu s kovem spojovaných částí. Toto řešení není pro montáži, spolehlivé, a potřeba těžkého kovu je přitom nepřesnosti, к nimž dochází\^ři mimořádně vysoká.

Jsou dále známé způsoby, podle nichž se součásti určené ke spojení svařují elektrickým obloukem, v ochranném plynu, bodovým nebo ultrazvukovým svařováním, popřípadě se svařují plamenem nebo v plazmě. Tyto způsoby jsou složité, jejich produktivita je nízká a vzhledem ke známým obtížím při svařování a pájení není možno těchto způsobů použít и lehkých kovů.

U Jiných řešení se obtíže překonávají tak, že se části různými syntetickými látkami slepují. Tímto způsobem však nelze dosáhnout pevného spojení, přičemž je ještě třeba povrch před prováděním způsobu velmi složitým procesem upravovat. Struktura lepidla se liší od struktury kovu, a nelze proto výrobku použít ani и tepelného, ani и elektrického vedení. Těchto řešení není možno použít ani v případech, kdy je třeba trvale udržovat vysokou teplotu, jelikož účinkem tepla měkne lepidlo, napětím vznikajícím rozdílem v roztahování se unavuje a podobné.

způsoby, podle nichž se již při výrobě strojních dílů tyto díly přibodovým nebo ultrazvukovým svařováním na povrch na sebe napojených Ačkoli tato řešení jsou ve srovnání

Jsou známy též pevňují elektrickým částí.

vity určitým pokrokem, není při nich možno s výše uvedenými způsoby z hlediska produktiodstranit jiné technologické nedostatky.

mezi prvkem provedení chladicího media a žebry

Jsou dále známá řešení, и nichž teplo vyzařujícími teplo vyměňuje pouze kovový mechanický nákružek. V důsledku nekoherentního dotyku se vytváří mezi dotykovými plochami tepelný most způsobující neuspokojivý přenos tepla. V důsledku rozdílného roztahování strojních prvků jako i otřesů při provozu oddalují se dotykové plochy vzájemně od sebe a tepelná účinnost se zhoršuje.

spojovat strojní části tlakovým svařováním za tepla z jejich při jejich výrobě. Možnost použití těchto řešení je omezena tlouštho proto vůbec možno použít u zařízení z tenkého materiálu, jeliprocento tvářecího materiálu, jehož je třeba к tlakovému svařová

Bylo dále navrženo vlastního materiálu již kou materiálu, a nebylo koŽ и tenkého materiálu ní zatepla (30 Й), lze zajistit jen mimořádně vysokým tlakem nebo mimořádně vysokou pracovní teplotou. Obě tyto technologické podmínky nepříznivě ovlivňují strukturu materiálu, pevnost, hustotu apodobně, vyráběné součásti.

Všechna zmíněná řešení jsou spojena s vysokými nároky na výrobní prostředky z hlediska pevnosti a tepelného zatížení a nedovolují pro tato řešení vytvořit, například husté a vysoké žebroví и výměníků tepla, ačkoli z hlediska vzdušné a tepelné techniky jsou oba uvedené geometrické požadavky rozhodující z hlediska nynější konstrukce a techniky.

CS 268 671 82

Všeobecně ее zjišEuje, že и známých řešení lze tvárnosti materiálu, z něhož se má zhotovit výrobek, dosáhnout tlustšími materiály, než by odpovídalo fyzikálním vlastnostem materiálu strojních součástí. Byla proto konstruována zařízení s větším množstvím materiálu, a vyššími náklady a větší vlastní vahou, než by odpovídalo vlastnostem materiálu při použití vhodné výrobní technologie.

V důsledku vysokých nároků z hlediska pevnosti a tepelného zatížení neumožňovala dosavadní řešení, v žádném případě výrobu kompaktních tepelných výměníků s kovovými spoji z vlastního materiálu. Tímto 2působem bylo možno vyrábět Jedině Jednotky tepelných výměníků 8 oboustranně stejnou opěrou.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že ae mezi spojované plochy konstrukčních částí vkládá Jako pomocný materiál hliníková vložka, která se tlakem na spojované konstrukční části stlačuje na 30 až 50 % svého původního průměru a v tekutém stavu se vtlačuje do krystalická mřížky spojovaných konstrukčních částd, přičemž zvlášE výhodnouhodnotou stlačení Je 40 % původního průměru.

Hliníková vložka má tloušEku alespoň desetkrát větší než Je tloušEka spojovaných konstrukčních částí. Hliníková vložka má tvar drátu. Hliníková vložka ve tvaru drátu napojuje na elektrickou napájecí jednotku. Hliníková vložka má tvar žebra, vytvořeného na Jedné ze spojovaných částí.

Ve srovnání s dosavadním stavem techniky Je řešení podle vynálezu pokrokem, Jelikož poskytuje nový způsob vycházející z nové myšlenky, který odstraňuje nedostatky dosavadního řešení a Je podstatně spolehlivější. Jeho výhody spočívají v tom, že se dosahuje vyšší produktivity, vzniklé spojení Je pevnější a Jeho životnost Je proto delší. Z hlediska tepelného toku se dosahuje příznivějšího koherentního spojení a stabilního spojení vzhledem к mimořádně velikým nárokům a kmitání.

Vynález vychází z následujících poznatků. Dva tenké plechy o tloušEce 0,1 až 0,3 mm Je možno tlakovým svařováním zatepla svařit tak, Že se na místo, kde se mají spojit, položí pomocný materiál, Jehož tloušEka řádově převyšuje tloušEku plechu, například 0, načež se plechy ohřívají na teplotu tlakového svařování. NeJbližŠÍ pracovní krok spočívá v tom, že vzájemně protilehlé plechy se stlačují silou F, pomocný materiál se deformuje ve směru kolmém na směr působení síly F, při němž se na deformované ploše oba plechy svařují.

U lehkých kovů Je stále nově se vytvářející elestická kysličníková vrstva na překážku tlakovému sváření zatepla. V materiálu β tenkým průřezem Je velmi obtížné dosáhnout deformace, Jíž by se kysličníková vrstva rozrušila. Myšlenka vynálezu spočívá v tom, že deformační pomocný materiál lpí na ploché části určené ke svaření a v průběhu deformace rozrušuje kysličníkovou vrstvu. Tím může dojít к dotyku na ploše čistého kovu, na níž je možno dosáhnout metalurgického spojení.

Jedna z podmínek provedení tlakového svaření spočívá ve vysoké tvárnosti materiálu, Jehož velikost odpovídá asi 30 až 50 % průřezu.

Vynález spočívá na poznatku, že se deformační pomocný materiál vložený mezi plochy určené к svaření vtlačuje působením síly F do plochy svařovaných materiálů, načež síla F pomocný materiál dále deformuje, čímž se pomocný materiál zplošťuje, posouvají se částice materiálu unášejí krystality ploch určených к svaření a částice deformačního materiálu se vtlačují do mikročástic vznikajících v krystalické mřížce, čímž se dosahuje koherentního spojení.

Provádění tlakového sváření, popřípadě spojení tlakovým svářením závisí na teplotě, času a tlačné síle. Jsou-li čas a teplota stanoveny předem jako technologické parametry, je spojení ovlivňováno tlačnou silou. Myšlenka vynálezu spočívá v tom, že když zařížení pro vyvíjení tlačné síly vyvíjí deformující tlačnou sílu takové specifické velikosti, že

CS 268 671 82 na její působení Je nutno vzít zřetel Jen ve vztahu na průřez deformačního pomocného materiálu, představuje -to Jen zlomek práce, Jíž by bylo třeba к stlačení celé plechové plochy určené ke svaření.

Další poznatek spočívá v tom, že vzhledem к tomu, že deformační pomocný materiál Je vytvořen Jako topná Jednotka s elektrickým odporem, bude tato Jednotka ohřívat nejen sebe sama teplem, které vyzařuje, nábrž i části ploch v její blízkosti, které se mají svařit. Při tlakovém svařování způsobuje silná zahřátí na deformační pomocný materiál i při použití menfií tlačné síly F značnou deformaci, přičemž účinnost Jeho částic v krystalické mřížce ploch, které se mají svařit, se zvyšujp.

DalSÍ myělenka vynálezu spočívá v tom, že když se použije řečení podle vynálezu и lehkých kovů, elektrický odpor lehkého kovu Je úměrný teplotě. Tímto způsobem deformační pomocný materiál lehkého kovu připředem stanoveném^elektrickém příkonu bude ohřívat“ sám sebe.

Bylo rovněž zjištěno, že se během předběžné úpravy může vytvořit alespoň na Jedné ze svařovaných částí deformační pomocný průřez. Tento pomocný průřez se deformuje během tlakového svařování zatepla a přichází do koherentního spojení s protilehlou částí.

Další poznatek spočívá v tom, že и nádrží odolných proti tlaku je možno použitím způsobu podle vynálezu dosáhnout pevného, hutného a homogenního spojení, což и lehkých kovů představuje dalSÍ technologický pokrok.

Použitím způsobu podle vynálezu Je možno vzájemně spojovat části s podstatně odlišnou tloušťkou materiálu, například při výrobě výměníků tepla Je možno к vedením s tlustšími stěnami, snášejícím lépe tlak a korozi, přivařovat žebroví nebo lamelu z tenkého plechu.

Kde to dovoluje tlak a odolnost proti korozi, Je možno použít tenkostěnného profilu pro průtok média, Jelikož podle vynálezu při tlakovém svařování zatepla se deformační pomocný materiál přivařuje к tenké profilové stěně, čímž se stěna svařováním zesiluje, nikoli zeslabuje.

Podle měření se vytvářejí tepelné odpory takto. U mechanických spojů svařovaného materiálu hliník/hliník (Al/Al) je tepelný odpor 0,05 KW/m2c°. U naměkko pájených materiálů je tepelný odpor 0,025 KW/m^C⁰. Je-li deformačním materiálem hliník, je tepelný odpor koherentního spojení 0,01 KW/m^C⁰.

Další význam řešení podle vynálezu spočívá v tom, že schopnost přenosu tepla и spojení vytvořených tlakovým svařováním zatepla při použití pomocných materiálů, uložených na některých místech dotykových ploch, daleko převyšuje přenos tepla и dosud známých a používaných způsobů spojení. Tím lze dosáhnout na žebroví výměníku tepla mimořádně dobrého výkonu a účinnosti.

Další poznatek, z něhož vychází vynález, spočívá v tom, že když se používá při tlakovém svařování zatepla deformačního pomocného materiálu, není třeba nijakého plastifikátoru nebo krycího materiálu. Spojeními vytvořenými z vlastního materiálu tlakovým svařováním zatepla se získává bez dalšího opracování zařízení odolné proti korozi a tedy s dlouhou životností.

Spojení prováděná ze základního materiálu s deformačním pomocným materiálem mají tutéž pevnost jako základní materiál, jsou odolná vůči kmitání a neustálému tepelnému zatížení a nejsou citlivá na únavu.

Způsob podle vynálezu bude blíže vysvětlen podle připojených výkresů. Vzhledem к tomu, že použití způsobu podle vynálezu je možné zvláště při výrobě výměníků tepla, jsou příklady jednotlivých provedení uváděny z tohoto oboru. Na výkresech znázorňuje obr. 1 některé podrobnosti plechu připraveného pro tlakové svařování zatepla v fezu; obr. 2 řez plechem spojeným tlakovým svařováním zatepla; obr. 3 konce trubky se zátkou připraI *

CS 268 671 В2 vénou к tlakovému svařování zatepla v řezu; obr. 4 část konce trubky a zátky v svařeném stavu v řezu; obr. 5 část plochého profilu vedoucího médium u výměníku tepla s vnitřním Žebrovím a s válcovým ssmohřevným deformačním materiálem připraveným pro tlakové sveřování zatepla v řezu; obr. 6 řez svařených Částí podle obr. 5; obr. 7 Část výměníku tepla připravenou pro svařování s plochým profilem vedoucím médium a deformačním žebrovím, vytvořeným na ploché ploše, v řezu; obr. 8 řez svařenými Částmi podle obr. 7; obr. 9 část výměníku tepla a válcovou nebo oválovou trubkou, připravenou к tlakovému přivaření zatepla в použitím lamelové krycí desky; obr. 10 část provedení podle obr. 9 v svařeném stavu v řezu; obr. 11 část válcové nebo oválové trubky spirálových žeber nebo žeber s trny;

obr. 12 část provedení podle obr. 11 ve svařeném stavu v řezu.

Povrch plechů £, znázorněných na obr. 1, je z čistého kovu a dosedá na deformační pomocný materiál 2 ležící mezi oběma plechy £. Průměr deformačního pomocného materiálu 2 je větší než tloušťka plechu £, přičemž však jakost ^tohoto deformačního pomocného materiálu £ je stejná jako jakost plechů £. Vyzařovač £ tepla předehřívá plechy £ před jejich tlakovým svařováním zatepla.

Na obr. 2 je znázorněn předehřátý plech £ po účinku síly £ působící při tlakovém svařování zatepla. Oe zřejmé i koherentní spojení 3.9 které se vytvořilo z deformačního pomocného materiálu £, a sice tak, že se tento materiál při zplošťování metalurgicky vtlačil do struktury plechů £ na jejich povrchu, .ležícím v jeho blízkosti.

Řešení podle obr. 1 a 2 lze použít zvláště к spojování plechů £ к svaření stěn trubek a vodní komory vodních nebo olejových chladičů motorových vozidel, к napojování elektrických vodicích kolejnic, к spojení těžko svařitelných plechů z lehkých kovů.

Obr. 3 znázorňuje deformační pomocný materiál určený к napojení na konec trubky 4 nebo na konec profilu, kuželovitou zátku £ pro napojení na průměr otvoru £ a vyzařovač Q tepla pro předehřívání částí určených к svaření. Spodní část uzavírací zátky je menší, její horní část je větší než průměr otvoru, který se má uzavřít.

U provedení podle obr. 4 došlo působením síly £ к tlakovému svařování.zatepla, přičemž kuželovitá uzavírací zátka £ vytvarovala konec trubky £ nebo profilu do kuželu. Mezi oběma kuželovitými plochami vzniklo koherentní spojení £ z deformačního pomocného materiálu £, který se vtlačil do struktury povrchu ploch určených ke svaření.

Řešení podle obr. 3 a 4 lze použít pro uzavírání konců trubek profilů к vytváření potrubních spojů, zúžení trubek, zvláště z hliníku a hliníkových slitin.

Na obr. 5 jsou znázorněny zvrásněné nebo podložkou opatřené .žebro £, profil £, uspořádaný na ploché straně pro vedení média a opatřený vnitřním Žebrem, deformační pomocný materiál £ a vyzařovač tepla Q.

Když je drát deformačního pomocného materiálu 2 napojen na elektrickou napájecí jednotku, je ho možno použít jako elektrického odporového topného tělesa, které lze zahřát až na teplotu tváření zatepla. Jakmile deformační pomocný materiál £, popřípadě teplo, které vyzařuje, ohřálo plochy Žebra £ a profilu £, nacházející se v jeho blízkosti na potřebnou teplotu, elektrická napájecí jednotka se vypne a je možno pod tlakem zatepla svařovat. Za účelem .dosažení vyššího účinku ohřevu Je vhodné vložit svařovací Jednotku při ohřívání do tepelně izolované nádrže, na niž nepůsobí nijaký tah. Možné řešení spočívá v tom, že smontovaná jednotka se ohřívá v peci vhodné pro přívod tepla na teplotu tlakového svařování zatepla.

Obr. 6 představuje tepelné tlakové svařování pod účinkem síly F. Koherentní spojení £ vzniklo z deformačního pomocného materiálu £, vtlačeného do struktury materiálu vzájemně se dotýkajících ploch žebra 6 a profilu £.

Obr. 7 znázorňuje profil £ vytvořený ze zvrásněného nebo podložkou opatřeného žebra £ a deformačním žebrem umístěným na ploché vnější straně a s žebrem zvyšujícím přenos

CS 268 671 82 tepla sloužícím Jako distanční člen na vnitřní straně, přičemž uvedený profil J3 slouží к vedení média. Vyžařovač tepla předehřívá části pro tlakové svařování zatepla.

Podle navrženého způsobu Je možno uvnitř profilu £ umístit topnou nábojnici sloužící též Jako držák, přičemž může vytvářející vrapy na žebru £ přivádět teplo na podložky žebra £. Tlakové * svařování zatepla se může provádět tak, že horký nůž přitlačující podložku, žebra £, tlačí na vnějěí žebra profilu ji takovou silou, že se deformují až do provedení tlakového svaření zatepla. .

_ Obr. 8 znázorňuje působení síly Г na prováděné tlakové svařování zatepla, koherentní spojení £ vzniklé deformačními pomocnými žebry £, která se vtlačila do struktury materiálu na povrchu podložky žebra £, které je v dotyku s profilem jk

Řešení znázorněná na obr. 5 až 8 mohou být uspořádána vedle sebe nebo za sebou v několika řadách podle běžné technické praxe, profily 7 a 8. mohou mít stejné nebo dělené závity, v roztečích žeber £ nebo vytvořené jako сеГеШ^

Kdyby vnitřní žebra mezi rovnoběžnými stranami profilů 2 byla přesazená, je jich možno užít i při nepatrné tloušťce stěny к dalšímu vedení proudu média s vysokým vnitřním tlakem.

Způsobu podle vynálezu, znázorněného na obr. 5 - 8, je možno užít při provozu výměníku tepla mezi kapalinou a vzduchem, plynem a vzduchem, například и chladičů motorových vozidel, и klimatizačních zařízení, cirkulačních chladičů, kondenzátorů apod.

Na obr. 9 je znázorněna válcová nebo oválová trubka 10 s vrstvou 11 deformačního pomocného materiálu, kterou se vytváří deformací zastudena povlak nebo se nanáší ponořením do roztaveného deformačního pomocného materiálu, lamelová část £, část lamelové krycí desky 9a a rozstřikovač 2·

Tlakové svařování zatepla se provádí tak, že se vrstva 11 deformačního pomocného materiálu na trubce 10 ohřeje na svařovací teplotu, načež se lamely 9_ s volnými lamelovými krycími deskami 9a nasouvají na plášE, vytvořený vrstvou 11 deformačního pomocného materiálu, přičemž přivedeným teplem se ohřívá lamelová krycí deska 9a. V poslední krátké fázi nasouvání se lamelová krycí deska 9a přitlačuje silou způsobující deformaci na vrstvu 11 deformačního pomocného materiálu. Takto deformovaný pomocný materiál zbavuje vnitřní plochu lamelové krycí desky 9a kysličníků a vtlačuje se do jejího materiálu.

Na obr. 10 je znázorněno tlakové svařování zatepla způsobené silou Г, koherentní spojení 3, které se vytvořilo z vrstvy 11 deformačního pomocného materiálu, válcovou nebo oválovou trubku 10, lamelu £ a lamelovou krycí desku 9a.

Provedení znázorněná na obr. 9 - 10 je možno užít s několika trubkami v rozměrech obvyklých v technické praxi и průmyslových a klimatických zařízení pro chlazení nebo ohřev vzduchu, kondenzátorů apodobně.

Na obr. 11 jsou znázorněny tytéž součásti, válcová nebo oválná trubka 10, spirálové nebo trny opatřené žebro 1 2, deformační pomocný materiál £ a vyžařovač tepla £.

Nejprve se ohřeje trubka 10 vyzařovačem tepla Q na teplotu tlakového svařování zatepla. Deformační pomocný materiál 2_ ^se ohřeje způsobem popsaným v souvislosti s obr. 5 z elektrické napájecí jednotky jako elektrickým odporem. Při navíjení spirálového žebra 12 nebo při nasazování trny opatřeného žebra se trubka 10 otáčí, přičemž unáší s žebry 12 i deformační pomocný materiál 2 a dráty. Současně s tímto pracovním krokem se působením mechanické síly deformační pomocný materiál £ plynule deformuje u paty žebra 12.

Na obr. 12 je opět znázorněno tlakové svařování zatepla, prováděné působením síly F a deformací pomocného materiálu 2_ a vzájemně se dotýkající plochy vtlačované koherentně do struktury materiálu dotýkajícího se ploch trubky 10 a žebra 12.

CS 268 671 B2

Na obr. 12 Je opět znázorněno tlakové svařování zatepla, prováděné působením síly F a deformací pomocného materiálu 2 a vzájemně ae dotýkající plochy vtlačované koherentně do struktury materiálu dotýkajícího se ploch trubky 10 a žebra 12.

. Koherentně opojené žebrované trubky, znázorněná na obr. 11, 12, je možno vyrobit v rozměrech a délce obvyklých v technické praxi. Je možno Jich upotřebit jako konvenkčního výměníku tepla и zařízení vystavených vysokým tepelným výkyvům, zvláětě ocelových, u kotlů pro potrubí pro odvádění spalin, regenerátorů teplá plynů и plynových turbin atd.

Jak vyplývá z obr. 1 až 12, je možno způsobu podle vynálezu použít v Širokém rozsahu, v Širokém rozměrovém rozmezí, s různou geometrií a s materiálem různé struktury. Umožňuje moderní použití hliníku a jeho slitin, oceli a jejích slitin a přináší ve srovnání se známými řešeními technický pokrok.

Claims (5)

1. Způsob spojování dvou konstrukčních částí zatepla, podle něhož se mezi spojované plochy konstrukčních částí vkládá plastifikovatelný pomocný materiál, který se spolu se spojovanými částmi zahřívá na teplotu tlakového svařování, načež se konstrukční části přes pomocný materiál к sobě přitlačují, až pomocný materiál mění skupenství a spojuje se 8 konstrukčními částmi, vyznačující se tím, že se mezi spojované plochy konstrukčních částí vkládá jako pomocný materiál hliníková vložka, která se tlakem na spojované konstrukční části stlačuje na 30 až 50 % svého původního průměru a v tekutém stavu se vtlačuje do krystalické mřížky spojovaných konstrukčních částí, přičemž zvlášť výhodnou hodnotou stlačení je 40 2» původního průměru.

2. Způsob spojování podle bodu 1, vyznačující se tím, že hliníková vložka má tloušťku alespoň desetkrát větší než je tloušťka spojovaných konstrukčních částí.

3. Způsob spojování podle bodů 1, 2, vyznačující se tím, Že hliníková vložka má tvar drátu. .

4. Způsob spojování podle bodů 1 až 3, vyznačující setím, že se hliníková vložka ve tvaru drátu napojujé na elektrickou napájecí jednotku.

5. Způsob spojování podle bodů 1, 2, vyznačující se tím, že hliníková vložka má tvar žebra vytvořeného na jedné ze spojovaných konstrukčních částí.