DE3139154C2

DE3139154C2 - Wärmeaustauscher aus Aluminiumlegierungen

Info

Publication number: DE3139154C2
Application number: DE19813139154
Authority: DE
Inventors: Yoshiharu Oobu Hasegawa; Kazunori Nikko Ishikawa; Kenso Anjo Kanada; Hiroshi Imaichi Kawase
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd; NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd; Denso Corp
Priority date: 1980-10-01
Filing date: 1981-10-01
Publication date: 1986-02-06
Anticipated expiration: 2001-10-02
Also published as: DE3139154C3; DE3139154A1; JPS5762398A; JPS6022278B2

Abstract

Wärmeaustauscher aus Aluminiumlegierungen mit einem Rohr, das aus einer Aluminiumlegierung mit 0,2 bis 1,0 Gew.% Cu und Rest Al sowie unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, und mit mit dem Rohr verbundenen Rippen, wobei zumindest ein Abschnitt jeder Rippe aus einer anderen Aluminiumlegierung besteht, die einen elektrochemischen Potentialwert hat, der niedriger als der der Aluminiumlegierung ist, aus der das Rohr besteht, so daß sich Opferkorrosion einstellt. Ferner wird ein Aluminiumlegierungswerkstoff mit hervorragenden Warmpreßeigenschaften sowie hervorragender Lochfraßbeständigkeit offenbart, der als Werkstoff für Wärmeaustauscherrohre geeignet ist, wobei der Aluminiumlegierungswerkstoff aus 0,2 bis 1,0 Gew.% Cu und Rest Al und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher au: Aluminiumlegierungen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, wie er beispielsweise ?ls Kondensator oder Verdampfer in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen zur Anwendung kommt.
Ein Wärmeaustauscher gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist bekannt (US-PS 41 50 980). ObIi-

:» cherweise bestehen die Rohre von Aluminium-Wärmeaustauschern aus einer Aluminiumlegierung, die In der Regel als AA3OO3 gemäß dem U.S. Aluminium Association Standard bezeichnet wird und deren Zusammensetzung Im wesentlichen 0,05 bis 0,20 Gew.-% Kupfer (Cu), nicht mehr als 0,6 Gew.-% Silizium (Si), nicht mehr als 0,7 Gew.-% Eisen (Fe), 1,0 bis 1,5 Gew.-% Mangan (Mn), nicht mehr als 0,10 Gew.-% Zink (Zn) und Rest Aluminium (Al) aufweist, oder aus einer Aluminiumlegierung mit einer Zusammensetzung, die einen etwas geringeren Mangangehalt als die Aluminiumlegierung AA300? hat. Für die gewellte Rippe wird bei dem bekannten Wärmetauscher ein Kernwerkstoff aus einer Aluminium-Mangan-Legierung, die ein elektrochemisches Potential hat, das niedriger als das der Aluminiumlegierung AA3003 ist, die die Rohre bildet, wobei diese Aluminium-Mangan-Legierung somit zu Opferkorrosion führt, die die Korrosion der Rohre verhindern soll. In Verbindung mit einer Hüllschicht benutzt, die die Zusammensetzung eines Hartlotes hat. Die Opferkorrosion

.'(i des Rippenwerkstoffs führt zu hoher Lochfraßfestigkeit der Rohre des Wärmeaustauschers.

Die als Rohrwerkstoff benutzte Aluminiumlegierung AA3OO3 hat jedoch so schlechte Zieh- oder Warmpreßeigenschaften (Ziehbarkeit oder Warmpreßbarkeit), daß diese beispielsweise nur '/, der Zieh- oder Warmpreßeigenschaften von reinem Aluminium wie beispielsweise AA1050 erreichen. Daher verursacht die Herstellung der Wärmeaustauscherrohre aus der Legierung AA3OO3 durch Ziehen oder Warmstrangpressen wesentlich höhere

/S Kosten als die Herstellung aus reinem Aluminium, was zu einer Erhöhung der Herstellungskosten des Wärmeaustauschers als Ganzem führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Wärmeaustauscher derart auszubilden, daß er bei hoher Lochfraßbeständigkeit seiner Rohre zugleich durch Verbesserung der Zieh- oder Warmpreßeigenschaften des Rohrwerkstoffs mit geringeren Kosten herstellbar Ist.

4u Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale Im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 gelöst.

Wenn Im folgenden die Prozentsätze der Bestandteile der Aluminiumlegierungen mit »%« angegeben werden, sind damit stets »Gew.-%« gemeint.
Erfindungsgemäß wird eine Aluminiumlegierung mit 0,2% bis 1,0% Kupfer und Rest Aluminium mit unver-

4s meldbaren Verunreinigungen als Legierungswerkstoff für die Rohre des Wärmeaustauschers benutzt. Diese Legierung hat einen größeren Kupfergehalt als das Reinaluminium AA1050, das aus nicht mehr als 0,0596 Cu, nicht mehr als 0,259b Sl, nicht mehr als 0,40% Fe, nicht mehr als 0,05% Mn, nicht mehr als 0,05% Mg, nicht mehr als 0,05% Zn, nicht mehr als 0,03% Ti und mehr als 99,50% Al besteht. Somit hat die bei der Erfindung verwendete Legierung einen elektrochemischen Potentialwert, der demjenigen des herkömmlichen Rohrwerk-

5ii Stoffs, d. h. demjenigen der Aluminiumlegierung AA3OO3, nahekommt. Wenn der Kupfergehalt in der Legierung unter 0,2% liegt, wird das elektrochemische Potential der Legierung in unerwünschter Weise nicht gleich dem der Aluminiumlegierung AA3OO3. Andererseits verleiht ein Kupfergehalt von mehr als 1,0% der Legierung eine unerwünscht große Härte, so daß die Zieh- oder Warmpreßeigenschaften sowie die Biegbarkeit der Legierung abnehmen, wobei allerdings das elektrochemische Potential einen ausreichend hohen Wert erreicht. Es Ist

v< eine spezielle Eigenschaft von Kupfer, daß das elektrochemische Potential der Aluminiumlegierung durch Hinzufügen einer kleinen Kupfermenge zunimmt. Auch ist es möglich. Zieh- oder Warmpreßeigenschaften sowie eine Biegbarkeit zu erzielen, die gleich denen der Aluminiumlegierung AA1050 sind, indem der Gehalt an zugefügtem Kupfer auf einem Wert von nicht mehr als 1,0% gehalten wird. Durch Verwendung eines solchen Rohrwerkstoffs in Verbindung mit dem als Opferanode dienenden Rippenwerkstoff ist es möglich, eine Loch-

w) fraßbeständigkelt der Rohre zu erhalten, die gleich der der in herkömmlicher Weise verwendeten Aluminiumlegierung AA3OO3 ist. Der Werkstoff der Opferanode wird von einem Lötblech gebildet, das aus einem Kerndement und einer Hüllschicht auf jeder Oberfläche des Kernelementes besteht, wobei die Hüllschicht ein Hartlotwerkstoff auf der Grundlage einer Al-Sl-Leglerung Ist. Das Hüllschichtverhältnis beträgt 5 bis 20% bezüglich jeder Seite des Kernwerkstoffs. Der Kernwerkstoff besteht aus einer Legierung auf Al-Mn-Basis, beispielsweise

<ö der Legierung AA3OO3, der Legierung AA32O3 oder dergleichen, mit Zusatz geringer Mengen von Zn, Sn oder In. Diese Elemente können auch dem Lotwerkstoff hinzugefügt werden. Das Verbinden der Rippen mit dem Rohr erfolgt durch ein Hartlötverfahren, beispielsweise durch Löten mil Flußmittel. Vakuumlöten, Löten unter Inertgas oder dergleichen.

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Gesamtgehalt an Eisen (Fe) und Silizium (Si) in den unvermeidbaren Verunreinigungen der Rohrlegierung nicht mehr als 1,0 Gew.-'Λ» beträgt. Fe und Si liegen unvermeidbar als Verunreinigungen von Aluminium vor. Aufgrund des Vorhandenseins von Fe und Si sind die Kosten und die Festigkeit gering. Wenn jedoch die Summe aus dem Fe-Gehalt und dem Si-Gehalt 1,0% übersteigt, nimmt die Korrosionsbeständigkeit der Aluminiumlegierung ab und nimmt außerdem die Strangpreßbarkelt zu Rohren sowie die Formbarkeit der Rohre nach dem Strangpressen ab. was sämtlich unerwünscht ist. Um den Gehalt an Fe und Si zu verringern, ist es notwendig. Aluminium hoher Reinheit zu verwenden. Dieses Aluminium mit hoher Reinheit ist jedoch in der Regel teuer. Um einerseits die Kosten auf einem akzeptablen Wert zu halten und andererseits die erforderliche mechanische Festigkeit zu erzielen sowie weitere Anforderungen zu erfüllen, liegt die Sur.ime der Gehalte an Fe und Si vorzugsweise im Bereich w zwischen 0,4% und 1,0%.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines als Kondensator ausgebildeten Wärmeaustauschers;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines als Verdampfer ausgebildeten Wärmeaustauschers; ι^ς

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt des Wärmeaustauscheis, wobei Insbesondere der Verbindungsbereich zwischen den Rippen und den Rohren dargestellt ist;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines stranggepreßten Rohres, wie es bei dem Wärmeaustauscher angewendet werden kann und

Fig. 5 eine Vorderansicht eines Modellkerns, der der Ausbildung des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers :o ähnlich ist.

Fig. 1 zeigt einen Kondensator und Fig. 2 zeigt einen Verdampfer, wobei jeweils als Kondensator bzw. Verdampfer ein Wärmeaustauscher gemäß einem der fünf Ausführungsbeispiele dient, die Im folgenden beschrieben werden. Jeder Wärmeaustauscher umfaßt mehrere gewellte Rippen 1, die zwischen benachbarten Abschnitten bzw. Windungen eines gewundenen Rohres 2 angeordnet sind, das durch Warmstrangpressen :- hergestellt worden Ist. Zum Wärmeaustauscher gehören ein Fluideinlaß 3 sowie ein Fluldauslaß 4. Flg. 3 zeigt In größerem Maßstab das Rohr 2 und die gewellte Rippe 1 des Wärmeaustauschers. Es 1st erkennbar, daß die gewellte Rippe 1 von einem Kernelement 6 sowie einer Hüllschlcht 5 gebildet wird, die aus einem Lot, insbesondere Hartlot, besteht und aufplattiert Ist. Wie in den Zeichnungen erkennbar ist, sind die gewellten Rippen 1 durch Löten, Insbesondere Hartlöten, mit benachbarten Windungen bzw. Wicklungen des Rohres 2 verbunden, ">" das so gebogen ist, daß es mäanderförmig Ist. Das Löten erfolgt unter Benutzung der Hüllschicht 5 aus Lot, die zuvor auf der Oberfläche des Kernelementes 6 aufgebracht worden 1st. Mit den beiden Enden des Rohres 2 sind Rohre für den Fluideinlaß 3 sowie den Fluldauslaß 4 verbunden. In den Fig. 1 und 2 geben die Pfeile die Strömungsrichtung eines Kühlmittels an.

Ausführungsbeispiel 1

Das Rohr besteht aus einem Werkstoff, der chemisch zusammengesetzt Ist aus 0,4% Cu und Rest Al mit unvermeidbaren Verunreinigungen, bei denen insbesondere die Menge an Fe und Si 0,4% beträgt. Die Strangpreßeigenschaft (Strangpreßgeschwindigkeit bei einer Rohlingstemperatur von 450⁰C) der vorstehend erwähnten t» Aluminiumlegierung war beim Strangpressen derselben zu dem in Flg. 4 gezeigten Rohr des Wärmeaustauschers 80 m/mln. Diese Strangpreßgeschwindigkeit stimmt In vorteilhafter Welse im wesentlichen überein mit der der Legierung AA1050. Dagegen hat die Legierung AA3003 unter gleichen Strangpreßbedingungen die deutlich geringere Strangpreßgeschwindigkeit von 30 m/mln.

Wie Fig. 4 erkennen läßt, hat das Rohr einen rechtwinkeligen Querschnitt und vier parallele Kanäle sowie ι eine Wandstärke von 1,0 mm. Die gewellte Rippe, die in Verbindung mit dem Rohr benutzt wird, besteht aus einem lotplattierten Blech bzw. Lötblech mit einer Gesamtdicke von 0,16 mm und wird von einem Kernelement sowie Hüllschlc-hten auf beiden Oberflächen des Kernelementes mit einem Hüllschichtverhältnis von 12% bezüglich jeder Seite gebildet. Der Werkstofl des Kernelementes besteht im wesentlich aus 0,10% Cu, 1,1% Mn, 0,4% Zn, 0,06% Sn und Rest Al, wobei der Werkstoff der Hüllschlchten ein zum Vakuumlöten geeignetes Lot ?u ist, das im wesentlichen aus 10% Sl, 1,5% Mg und Rest Al besteht.

Die Rippe wurde am Rohr durch Hartlöten befestigt. Das Hartlöten wurde bei einem Vakuum 4 χ 10"⁵ Torr sowie einer Temperatur von 61O⁰C während einer Dauer von 10 min durchgeführt, so daß sich der In Flg. 1 gezeigte Wärmeaustauscher ergab. Das Rohr und die Rippe wiesen nach dem Vakuumlöten ein elektrochemisches Potential von -0,79 V bzw. -0,90 V auf, wobei die Messungen In einer 3%igen wäßrigen Salzlösung j?. erfolgte (Raumtemperatur). Die Legierung AA1050 und die Legierung AA3OO3 weisen - zum Vergleich - in der Regel Potentiale von -0,86 V bzw. -0,78 V auf. Die als Rohrwerkstoff benutzte Aluminiumlegierung hat somit ein Potential, das dem der Legierung AA3OO3 nahekommt.

Die Korrosionsbeständigkeit des auf diese Weise hergestellten Aluminium-Wärmeaustauschers wurde durch einen CASS-Test bestimmt. Das Testergebnis zeigte, daß die maximale Tiefe der Grübchen bzw. Löcher Im κ> Rohr nach 700 Stunden seit Beginn des Tests nicht 0,12 mm überstieg. Zum Vergleich wurde der gleiche Test durchgeführt mit Wärmeaustauschern, deren Rohre aus der Legierung AA1050 und der Legierung AA3OO3 bestanden. Die Tiefen der Löcher bzw. Grübchen im Rohr betrugen 0,70 mm bzw. 0,12 mm. Es wurde somit bestätigt, daß die als Rohrwerkstoff benutzte Aluminiumlegierung eine Korrosionsbeständigkeit hat, die größer als die der Legierung AA1050 und gleich der der Legierung AA3O03 ist.

Die Wärmeaustauscher gemäß dem zweiten bis fünften Ausführungsbeispiel wurden durch Strangpressen von Rohren auf gleiche Welse wie beim ersten Ausführungsbeispiel sowie durch Zusammenbau der Rohre auf gleiche Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel hergestellt. Die Herstellungsbedingungen sowie die Testergeb-

riisse dieser Ausführungsformen werden im folgenden angegeben.

Ausführungsbeispiel 2

^s Zusammensetzung des Rohrwerkstoffs: Al - 0.3% Cu - 0,5% (Fe+Si)

Rohrdicke: 0,9 mm

Zusammensetzungen des Rippenwerkstoffs:
Kernelement: Al - 0,12% Cu - 1,1% Mn - 0,4% Zn - 0,06% Sn Hüllschlcht: Al - 10% SI - 1,5% Mg
"> Rippendicke: 0.18 mm

Strangpreßeigenschaften (Strangpreßgeschwindigkeit):
Bei der Erfindung benutzte Legierung 80 m/mln

Legierung AA1050 80 m/mln

Legierung AA3OO3 30 m/mln

i^; CASS-Test: Maximale Tiefe der Grübchen im Rohr nach einem Test von 700 Stunden Dauer

Bei der Erfindung benutzte Legierung 0,15 mm

Legierung AA1050 0,72 mm

Legierung AA3OO3 0,16 mm

Lötbedingungen: 6 χ 10~⁵ Torr
-^fl 600° C, 8 min

Zum Vergleich wurde der gleiche CASS-Test mit einem Rohr aus der Legierung AA1050 durchgeführt. In diesem Fall war das Rohr nach ungefähr 450 Stunden durch Korrosion vollständig perforiert.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden Aluminiumlegierungen, die

"~ durch Hinzufügen geringer Mengen von Sn, Zn oder dergleichen zur Legierung AA3003 gewonnen werden, als Werkstoff für das Kernelement der Rippe benutzt. Es kommen jedoch nicht nur diese Legierungen in Frage.

Vielmehr kanr; !ede Aluminium-Mangan-Legierung, die einen elektrochemischen Potentialwert unterhalb dessen des Rohrwerkstoffs hat, als Werkstoff für die Rippe benutzt werden.

Beim erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher haben die Rohre eine Lochfraßfestigkeit, die gleich der von

."·" herkömmlichen Wärmeaustauschern mit Rohren aus der Legierung AA3OO3 Ist. Ferner hat der Werkstoff günstige Zieheigenschaften und Warmpreßeigenschaften, die im wesentlichen mit denen des Aluminiums AA1050 übereinstimmen, so daß die Herstellungskosten des Wärmeaustauschers Insgesamt wirtschaftlich gesenkt sind.

^ Ausführungsbeispiel 3

Zusammensetzung des Rohrwerkstoffs: Al - 0,5% Cu - 0,45% (Fe+Si) Rohrdicke: 0.87 mm

Zusammensetzung des Rippenwerkstoffs:
J" Kemelement: Al - 0,15% Cu - 1,1% Mn - 0,4% Zn - 0,01% Sn

Hüllschichi: Al - 9.5% Si - 1.3% Mg
Rippendicke: 0,16 mm
Strangpreßeigenschaften (Strangpreßgeschwindigkeit):

Bei der Erfindung benutzte Legierung 80 m/min

j- Legierung AA1050 80 m/min

Legierung AA3OO3 30 m/min

CASS-Test: Maximale Tiefe der Grübchen Im Rohr nach einem Test von 1000 Stunden Dauer

Bei der Erfindung benutzte Legierung 0,14 mm

Legierung AA1050 0,78 mm

Legierung AA3OO3 0,14 mm

Lötbedingnngen: 5 χ 10~⁵ Torr
600° C, 12 min

Ausführungsbeispiel 4

Zusammensetzung des Rohrwerkstoffs: Al - 0,8% Cu - 0,4% (Fe+Si) Rohrdicke: 1,0 mm

Zusammensetzung des Rippenwerkstoffs:

Kemelement: Al - 0,10% Cu - 1,1% Mn - 1,0% Zn

Hüllschlcht: Al - 7,5% Si
Rippendicke: 0.16 mm
Strangpreßeigenschaften (Strangpreßgeschwindigkeit):

Bei der Erfindung benutzte Legierung 75 m/min

Legierung AA1050 80 m/min

Legierung AA3OO3 30 m/min

Bei der Erfindung benutzte Legierung 0,16 mm

Legierung AA1050 0.80 mm

Legierung AA3OO3 0,15 mm

Lötbedingungen: Löten mit Flußmittel, ohne Zn
61O⁰C, 10 min

Ausführungsbeispiel 5 s

Zusammensetzung des Rohrwerkstoffs: Al - 0,6% Cu - 0,896 (Fe+Sl) Rohrdicke: 1,0 mm

Zusammensetzung des Rippenwerkstoffs:

Kernelement: Al - 0,12% Cu - 1,1% Mn - 0,9% Zn φ

Hüllschicht: Al - 10% Si - 0,08% Bi
Rippendicke: 0,16 mm
Strangpreßeigenschaften (Strangpreßgeschwindigkeit):

Bei der Erfindung benutzte Legierung 78 m/mln

Legierung AA1050 80 m/min i>

Legierung AA3OO3 30 m/min

Bei der Erfindung benutzte Legierung 0,15 mm

Legierung AA1050 0,79 mm

Legierung AA3003 0,15 mm

Lötbedingungen: 600 Torr in N₂-Gasatmosphäre
600° C, 10 min

Ausführungsbeispiel 6

Aluminiumlegierungen mit den Zusammensetzungen gemäß Nr. 1 bis 5 In folgender Tabelle wurden durch Gießen unter Wasserkühlung hergestellt, wobei Rohlinge mit einem Durchmesser von 175 mm und einer Länge von 400 mm hergestellt wurden. Die Rohlinge aus diesen Legierungen wurden dann einer Wärmebehandlung zur Temperaturvergleichmäßigung bei 520° C während einer Dauer von 3 Stunden unterworfen. Danach wurden dann die Rohlinge bei ungefähr 450⁰C warm zu Rohren stranggepreßt, die die in Flg. 4 gezeigte Form hatten, .n· wobei die Wandstärke bzw. Dicke dmm, die Breite ;v 32 mm und die Höhe h 5 mm betrugen. Außerdem wurde die Rippe aus einem Lötblech (Dicke 0.16 mm) hergestellt, dessen Kernelement aus einer Aluminiumlegierung mit 0 12% Cu, 1,1% Mn, 1,0% Zn und Rest Al bestand und dessen auf beiden Seiten des Kernelementes vorhandene Hüllschichten aus einer Aluminiumlegierung mit 7,5% Si und Rest AI bestanden (AA4343). Das Lötblech wurde so gewellt, daß sich Rippen mit einer Höhe von 20 mm und einer Teilung bzw. einem Abstand <> von 4 mm ergaben.

Nachdem das Rohr und die Rippen entfettet worden waren, wurden diese zwei Werkstücke In einer Eisen-Spannvorrichtung fixiert, mit einem Flußmittel versehen und in einen Flammofen gegeben. In dem sie bei 61O⁰C für 10 min zum Löten verblieben, wodurch schließlich ein Modellkern hergestellt wurde, wie er in Fig. 5 gezeigt ist. Mit diesen Proben wurde ein CASS-Test durchgeführt, und es wurde die Zeltdauer gemessen, die -iu verstrich, bis die Wandstärke von 1 mm durch Lochfraß vollständig durchbrochen war, um die Korrosionsbeständigkeit zu bestimmen. Ferner wurden die elektrochemischen Potentiale der Rohre und Rippen In einer 5%igen wäßrigen Lösung von NaCl gemessen. Außerdem wurden für die Alumlnlumlegierungs-Rohrwerkstoffe die Strangpreßeigenschaften durch Messung der Strangpreßgeschwindigkeit bestimmt. Die Ergebnisse dieser Tests sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt, in der ferner die Ergebnisse von gleichen Tests aufgeführt sind, die mit Vergleichslegierungen Nr. 6 und 7 sowie mit den herkömmlichen Legierungen durchgeführt wurden.

Cu (%) Mn (%) Fe + Si Rest

Potential CASS-Test Strangpreß-

mV (SCE) (Zeit bis zum eigenschaften

Durchbruch) (m/min)

(h)

60 βο

SS

BO Ό C C

ΕΈ

is ° ω
ω ,_
«j a

-J TD

Nr. 1
Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5

J. C Nr. 6

JC ι υ

U ω βο

> Μ« 5

Nr. 7

0,2 0,5 1,0 0,5 0,5

0,1 1,5

I j C AA 1050 - X ·~ Ξ AA 3003 0,15

-15

1,2

0,5 Al sowie weitere - 730

Verunreinigungen

0,5 Al sowie weitere - 720

Verunreinigungen

0,5 Al sowie weitere - 720

Verunreinigungen

0,2 Al sowie weitere - 720

Verunreinigungen

1,0 Al sowie weitere -720

Verunreinigungen

0,5 Al sowie weitere - 750

Verunreinigungen

0,5 Al sowie weitere - 720

Verunreinigungen

0,4 Al sowie weitere - 780

Verunreinigungen

0,8 Al sowie weitere - 710

Verunreinigungen

1400 oder mehr

1500 oder mehr

80

55

80

55

300 oder 80

mehr

1500 oder 40

mehr

300 oder mehr 1500 oder mehr

80

30

Elektrochemisches potential der gewellten Opferrippe

-83OmV

Ausführungsbeispiel 7

Rohlinge aus einer Aluminiumlegierung mil 0,4°,, Cu, 0,4%, (Fe+Si) und Rest Aluminium wurden durch Gießen unter Wasserkühlung hergestellt. Die Rohlinge hatten einen Durchmesser von 175 mm sowie eine Länge von 400 mm und dienten als Ausgangswerkstoff zur Herstellung des Wärmeaustauscherrohres. Nach einer Wärmebehandlung zur Temperaturvergleichmäßigung bei 540° C während 2 Stunden wurden die Rohlinge zu Rohren mit der in Fig. 4 gezeigten Form bei 470° C warm stranggepreßt. Die Rohre hatten eine Dicke ; von 1 mm, eine Breite w von 26 mm sowie eine Höhe h von 5 mm. Der Rippenwerkstoff wurde von einem Lötblech mit einer Dicke von 0,16 mm aus einem Kernelement und Hülischichten auf beiden Seiten des Kernelementes gebildet. Das Kernelement bestand aus einer Aluminiumlegierung mit 0.15% Cu. 1.196 Mn. 0,06% Sn, 0,6% Zn und Rest Al. Die Hüllschichten bestanden aus einer Aluminiumlegierung mit 10% Si, 1.5% Mg und Rest Al. Das Lötblech wurde so gewellt, daß sich Rippen mit einer Höhe von 16 mm und einem Abstand von 6 mm ergaben.

Nach dem Entfetten wurden das Rohr und die Rippen mittels einer Eisen-Spannvorrichtung fixiert und im Vakuum hartgelötet. Die Hartlötung erfolgte bei einem Vakuum von 5 χ 10"' Torr bei 600 C während 3 min. Auf diese Weise wurde ein Modellkern hergestellt, wie er in Fig. 5 gezeigt ist. Der Modellkern wurde dann in einem CASS-Test untersucht. Das Testergebnis zeigte, daß mehr als 1500 Stunden erforderlich waren, bis das Rohr durch Korrosion vollständig durchbrochen war. Die Legierung hatte eine Strangpreßgeschwindigkeit von 80 rn/rnin, die gleich der der Legierung AAIÜ5Ü ist, sowie ein elektrochemisches Potential von -72OmV nach dem Vakuum-Hartlöten, was ungefähr gleich dem der Legierung AA3OO3 ist. Die als Opferanode dienende Rippe hatte ein Potential von -1100 mV. Zum Vergleich wurde derselbe CASS-Test mit einem Rohr aus der Legierung AA1050 durchgeführt. In diesem Fall war das Rohr nach ungefähr 500 Stunden durch Korrosion vollständig durchbrochen bzw. perforiert.

Ausführungsbeispiel 8

Es wurde auf gleiche Weise wie beim Ausführungsbeispiel 7 ein Rohr aus einer Aluminiumlegierung mit 0,5% Cu. 0,45% (Fe+Si) und Rest Al hergestellt. Die Rippe wurde dagegen aus einem Lötblech mit einer Dicke von 0,16 mm hergestellt, das aus einem Kernelement sowie Hüllschichten bestand, die auf beide Seiten des Kernelementes aufplattiert waren. Das Kernelement bestand aus einer Aluminiumlegierung mit 0.12% Cu, 1,1% Mn, 0.9% Zn und Rest Al. Die Hüllschichten bestanden aus einer Aluminiumlegierung mit 10% Si, 0.06% Bi, 0.05% Sn. 0.005% Be und Rest Al. Das Lötblech wurde zu zahlreichen Rippen mit einer Höhe von 18 mm sowie einer Teilung bzw. einem Abstand von 4 mm gewellt.

Das Rohr und die Rippe wurden dann geätzt, und zwar während 1 min in 5%iger NaOH-Lösung bei 60" C, danach gebeizt und schließlich mit Wasser gespült. Nach ausreichender Trocknung wurden diese Werkstoffe

!V dann mittels einer Eisen-Spannvorrichtung fixiert und gelötet, was in einer Nj-Gasatmosphäre bei 600 Torr

J₇; während 4 min erfolgte. Dadurch wurde ein Modellkern hergestellt, wie er in Fig. 5 gezeigt ist. Dieser Modell-

Sj kern wurde einem CASS-Test unterworfen, dessen Ergebnis zeigte, daß mehr als 1600 Stunden erforderlich

k waren, bis das Rohr durch Korrosion vollständig perforiert war. Die Strangpreßgeschwindigkeit dieser Legierung

ff betrug 80 m/min, was gleich der Strangpreßgeschwindigkeit der Legierung AA1050 lsi, und das elektrochemi-

' sehe Potential betrug nach dem Löten - 720 mV, wobei die als Opferanode dienende Rippe ein Potential von

t; -1050mV hatte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeaustauscher aus Aluminiumlegierungen. mit einem Rohr (2) aus einer Aluminiumlegierung und Rippen (1) aus lotplattiertem Blech, dessen Kernelement (6) eine Aluminium-Mangan-Legierung und dessen . Hüllschicht (5) eine Aluminium-Silizium-Legierung ist, wobei das Rohr (2) und die Kippen (1) miteinander durch Löten mittels der Hflllschichten (5) als Lot verbunden sind, und der elektrochemische Potentlalwen der Rippen (1) niedriger als der des Rohres (2) 1st, so daß sich Opferkorrosion einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) aus einer Aluminiumlegierung mit 0,2 bis 1,0 Gew.-% Kupfer und Aluminium als Rest mit unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.

in

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtgehalt an Eisen und Silizium in den unvermeidbaren Verunreinigungen der Rohrlegierung nicht mehr als 1,0 Gew.-% beträgt.