CZ292249B6 - Způsob výroby slunečních kolektorů a výměníků tepla - Google Patents

Abstract

Zp sob v²roby slune n ch kolektor a v²m n k tepla, p°i kter m se hlin kov f lie p°ilo na vodovodn m d nou trubku v²m n ku tepla nebo slune n ho kolektoru a laserov²m paprskem se prova° tak, e se natav m . Zp sobem podle vyn lezu je mo no sva°ovat m d n trubky s hlin kov²mi f liemi povle en²mi tepeln absorp n vrstvou. Pop° pad se sva°ov n prov d s p° davn²m materi lem.\

Description

Způsob výroby slunečních kolektorů a výměníků tepla

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby slunečních kolektorů a výměníků tepla z navzájem svařených dílů z hliníkového a měděného materiálu. Vynález se také týká výrobků získaných způsobem výroby podle vynálezu.

Dosavadní stav techniky

Odedávna je známo, že obvyklými způsoby svařování hliníku způsobem MIG nebo TIG vznikají široké svarové spoje, které obsahují, vzhledem k poměrně dlouhým dobám tuhnutí, hrubé vměstky křehkých intermetalických fází. Takové svarové spoje, provedené tavným svařováním, jsou v důsledku toho křehké a vykazují často trhlinky, které pak mohou vést ke korozním problémům.

Je rovněž známo, při tavném svařování, kdy spojované kovy jsou v tekuté fázi až do ztuhnutí, používat svařování elektronovým paprskem (například B.H. Bandow, Shweissen und Schneiden 23, str. 274, 1971). Jelikož se u tohoto způsobu svařování pracuje ve vakuu, nedají se vyrábět především rozměrné struktury nebo jen s velkými náklady. Z japonského patentového spisu číslo JP-A-740994 je známo, že se dá pracovat se slitinou stříbra nebo se slitinou stříbra a mědi jako přechodem mezi hliníkem a mědí. Vzniká přitom však široká stopa, ve které se naruší nanesená absorpční vrstva.

Ani skutečnosti svařování mědi s hliníkem uváděné například v amerických patentových spisech US 4 224 499 nebo US 4 684 781 ještě nepředstavují úspěšné vyřešení problému svařování hliníkových a měděných dílů.

Úkol vynálezu, vyplývající ze známého stavu techniky, by proto mohl být spatřován ve vyrábění výměníků tepla a slunečních kolektorů s měděnými trubkami a s nimi svařenými hliníkovými plechy za vyloučení známých nedostatků dosavadní technikou získaných svarových spojů tavným svařováním jednoduchým a levným způsobem.

K řešení uvedeného úkolu vede podle vynálezu vytváření tavných svarových spojů svařováním laserovým paprskem.

Toto řešení není nasnadě, neboť, jak je shora uvedeno, tavné svařování hliníku s mědí, pokud jde o vlastnosti svarového spoje, má takové zřetelné nedostatky, že je předmětem stálého dalšího výzkumu. Výsledkem jednoho takového výzkumu je řešení podle předmětné přihlášky vynálezu.

Podstata vynálezu

Způsob výroby slunečních kolektorů a výměníků tepla spočívá podle vynálezu vtom, že se hliníková fólie přiloží na vodovodní měděnou trubku výměníku tepla nebo slunečního kolektoru a laserovým paprskem se prověří tak, že se nastaví měď. Způsobem podle vynálezu je možno svařovat měděné trubky s hliníkovými fóliemi povlečenými tepelně absorpční vrstvou. Popřípadě se svařování provádí s přídavným materiálem.

Hliníkovým materiálem popřípadě měděným materiálem se zde míní jak čistý hliník a čistá měď, tak také jejich slitiny.

-1 CZ 292249 B6

I

Použitým způsobem spojování podle vynálezu je možno navzájem spojovat také povlečené díly, aniž se tím při svařování poškodí povlak bezprostředně vně svaru. Povlak na hliníkovém díle může tvořit například tepelně absorpční vrstva.

Obzvláště při spojování tenkých plechů nebo fólií z hliníku a z mědi může se ukázat jako výhodné provádět svařování s přídavným materiálem.

Za výhodné použití tohoto postupu se považuje metalické spojování trubek z měděného materiálu s plechy a s fóliemi z hliníkového materiálu.

io

Výhodnou oblastí použití předmětů podle vynálezu je výroba slunečních kolektorů a výměníků tepla. Při použití v nechráněném prostředí je možno k zabránění lokálním článkům mezi hliníkovými a měděnými díly nanést speciální ochranu proti korozi.

Vynález blíže objasňují, nijak však neomezují, následující příklady praktického provedení.

Příklady provedení vynálezu

Fólie o tloušťce 0,3 mm z hliníku o čistotě AI 99,8 se upevní lesklou stranou navrch na 1 mm tlustou hranatou měděnou trubku a paprskem Nd-YAG se provaří. Pracuje se s pulzujícím paprskem a napřed bez přídavného materiálu. Parametry svařování se určí empiricky tak, že se nataví i měď. Jestliže se na měděnou trubku upevní pouze jedna fólie, vyklene se tekutý hliník v podobě šňůry korálků, takže na okrajích svarové housenky vznikne silný vrub. Ktomu 25 zpravidla dochází při svařování tenkého dílu s podstatně masivnějším dílem. Přesto bylo možno prokázat spojení obou materiálů. Přiloží-li se dvě hliníkové fólie na sebe, může být spodní fólie přivařena s dobrým ulpěním. V další řadě pokusů se svařovalo s přídavným materiálem SG-A1SÍ5 ve tvaru drátu o průměru 1 mm. Za předpokladu, že fólie těsně přiléhá k měděné trubce, je dobré svaření možné.

Jelikož je zasažen celý rozsah koncentrací od hmotnostně 0 do 100 % mědi, mohly se teoreticky vyskytnout všechny intermetalické fáze systému Al-Cu. Tuhnutí při svařování laserovým paprskem však probíhá velmi rychle. Proto je možno očekávat, že se nevytvoří fáze s komplikovanou krystalovou strukturou (obzvláště křehké fáze) s případně velkou entalpií 35 tuhnutí v důsledku potíží s vytvářením krystalizačních zárodků. Místo toho se mohou vytvářet nestabilní fáze, případně jednodušší fáze se silným přesycením partnerských prvků. Další výhodou rychlého ochlazení je jemně vytvořená struktura. Tím jsou už předem udrženy na podstatně nižší úrovni například napětí, která vznikají nekompatibilitou mřížky, a tepelné roztažnosti.

Struktura svarového spoje se zkoumá pomocí mikrosondy a chemické složení v různých místech se podrobí analýze. Výsledky zkoumání dovolují následující vysvětlení průběhu jednotlivých fází tuhnutí: Na hliníkové fólii se vytvářejí dendrity hliníku. Na mědi se vytváří sigma-fáze (AL2CU), která také napřed ztuhne dendriticky. Jakmile tuhnutí pokročí dostatečně daleko, vytváří se 45 eutektikum směsných krystalů hliníku a sigma-fáze. Tím je také potvrzeno, že obzvlášť křehké fáze s velkou elementární mřížkou jsou při svařování laserovým paprskem potlačeny.

Při použití přídavného materiálu SG-A1SÍ5 se podstatně mění strukturní stavba. Ve velkých oblastech svarového materiálu se vyskytují jemné shluky intermetalických fází. Jemné rozdělení 50 fází a jejich zaoblený tvar působí příznivě na mechanické vlastnosti spoje.

I f

Průmyslová využitelnost

Způsob svařování hliníkových a měděných dílů je vhodný pro výrobu slunečních kolektorů a výměníků tepla. Při použití v nechráněném prostředí je možno k zabránění lokálním článkům mezi hliníkovými a měděnými díly nanést speciální ochranu proti korozi.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby slunečních kolektorů a výměníků tepla, vyznačující se tím, že se hliníková fólie přiloží na vodovodní měděnou trubku výměníku tepla nebo slunečního kolektoru a laserovým paprskem se provaří tak, že se nataví i měď.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se svařují měděné trubky s hliníkovými plechy nebo fóliemi povlečenými tepelně absorpční vrstvou.
3. 3. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím,že se svařování provádí s přídavným materiálem.