FR2801233A1

FR2801233A1 - Flat bent tube-type heat exchanger for production of car radiators has tubes made from strip of bent sheet, the surface of which is coated with silicon-containing aluminum-based brazing alloy, to provide a joint between tubes and inserts

Info

Publication number: FR2801233A1
Application number: FR9914787A
Authority: FR
Inventors: David Trou; Alexandre Sanchis; Philippe Metayer; Jean Louis Laveran
Original assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Current assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 1999-11-24
Publication date: 2001-05-25
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: FR2801233B1

Abstract

Heat exchanger comprising alternating stack of flat tubes having two opposite main walls and corrugated inserts whose peaks contact the main walls is obtained by producing tubes from strip of bent sheet, at least one surface of which is coated with 8.2 wt.% silicon-containing aluminum-based brazing alloy, to provide a joint between tubes and inserts, and/or continuity of peripheral walls of tubes. The corrugated inserts are preferably free of brazing alloy. Both surfaces of the bent sheet can be coated with the alloy, or one surface can be coated with the alloy and the other surface can be covered with an anticorrosion coating.

Description

Procédé de brasage un échangeur de chaleurà tubes pliés et échangeur de chaleur obtenu L'invention concerne un procédé de brasage d'un échangeur de chaleur comprenant un empilement alterné de tubes plats présentant chacun deux parois principales opposées, et d'intercalaires ondulés dont les crêtes d'ondulation viennent en contact avec lesdites parois principales, chaque tube étant réaliséà partir d'une bande de tôle pliée. Soldering method heat exchanger to bent tubes and heat exchanger obtained The invention relates to a method of soldering a heat exchanger comprising an alternating stack of flat tubes each having two opposite main walls, and corrugated inserts whose corrugation ridges come into contact with said main walls, each tube being made to from a strip folded sheet.

De tels échangeurs sont utilisés en particulier comme radia teurs dans des véhicules automobiles, servant notamment au refroidissement du moteur thermique, au chauffage de l'habi tacle ou au refroidissement de l'air de suralimentation. Such exchangers are used in particular as radiators in motor vehicles, in particular for cooling the engine, heating the passenger compartment or cooling the charge air.

Dans un premier mode de réalisation, chaque tube est réalisé à partir d'une bande de tôle pliée de manière que ses tranches latérales viennent sensiblement au contact de la face interne de1 une des parois principales, des régions marginales de la bande, adjacentes auxdites tranches respec tivement, étant mutuellement accolées pour former une entretoise de renforcement et délimiter au moins deux canaux de circulation de fluide dans le tube. In a first embodiment, each tube is made from from a folded sheet metal strip so that its lateral edges come into substantially contact with the inner face of 1 one of the main walls, marginal regions of the strip, adjacent to said slices respectively, being mutually joined to form a reinforcing spacer and delimiting at least two fluid circulation channels in the tube.

Dans un autre mode de réalisation, les régions marginales de la bande, adjacentes aux tranches, viennent se superposer mutuellement pour former la paroi fermée. In another embodiment, the marginal regions of the strip, adjacent to the slices, overlap each other to form the closed wall.

Dans tous les modes de réalisation, au moins une face de la tôle est revêtue d'un alliage de brasageà base d'aluminium contenant du silicium de manièreà assurer lors du brasage la liaison mécanique entre les tubes et les intercalaires, et la liaison mécanique et l'étanchéité au fluide entre les tranches et la paroi principale voisine et/ou entre les deux régions marginales. In all embodiments, at least one face of the sheet is coated with a silicon-containing to containing aluminum alloy in a to manner. brazing the mechanical connection between the tubes and the spacers, and the mechanical connection and fluid tightness between the slices and the adjacent main wall and / or between the two marginal regions.

La bande de tôle formant les tubes peut être revêtue d'al liage de brasage soit sur sa face externe, soit sur sa face interne, soit sur ses deux faces. Chacune de ces possibilités présente des inconvénients qui seront exposés ci-après en se référant aux dessins annexés. The sheet metal strip forming the tubes may be coated with brazing solder either on its outer face, or on its inner face, or on both sides. Each of these possibilities has disadvantages which will be explained below with reference to the accompanying drawings.

La figure1 est une vue en bout d'un tube plat1 forméà partir d'une bande tôle, définissant deux canaux de circulation longitudinaux 2,3 pour un fluide, séparés l'un de l'autre par une entretoise 4a, 4b qui sert également au renforcement mécanique du tube. L'entretoise est formée par deux régions marginales opposées 4a, 4b de la bande qui sont mutuellement accolées, les tranches latérales 5a,5b de la bande, adjacentes respectivement aux régions 4a et 4b, venant sensiblement en appui sur la face interne de l'une6 des deux parois principales opposées du tube, formée par une région médiane de la largeur la bande. L'autre paroi principale du tube est formée par deux régions intermédiaires 7a,7b de la bande, amenées sensiblement dans un même plan parallèle au plan de la paroi6 et raccordées respectivement aux régions 4a et 4b par des arrondis 8a et8b entre lesquels subsiste un espace libre9 de section sensiblement triangulaire. Figure 1 is an end view of a flat tube 1 formed from from a sheet metal strip, defining two longitudinal circulation channels 2, 3 for a fluid, separated from each other by a spacer 4a, 4b which is also used for mechanical reinforcement of the tube. The spacer is formed by two opposite marginal regions 4a, 4b of the band which are mutually contiguous, the lateral edges 5a, 5b of the band, respectively adjacent to the regions 4a and 4b, coming substantially in support on the inner face of one 6 of the two opposite main walls of the tube, formed by a median region of the width band. The other main wall of the tube is formed by two intermediate regions 7a, 7b of the strip, brought substantially in the same plane parallel to the plane of the wall 6 and connected respectively regions 4a and 4b by rounded 8a and 8b between which there remains a free space 9 of substantially triangular section.

Le tube représenté sur laf igure 2 està canal unique. Les régions marginales 4a et 4b de la bande sont mutuellement superposées pour former une paroi latérale du tube. La tranche 5a adjacenteà la région 4a située vers l'intérieur du tube vient en contact avec la face interne d'une paroi principale6 qui se raccordeà la région 4b située vers l'extérieur du tube, tandis que la tranche5b adjacenteà cette dernière région vient en contact avec la face externe de la paroi principale opposée7 qui se raccordeà la région 4a par l'intermédiaire d'un décrochement incliné 7c auquel la tranche5b fait face en définissant un intervalle9. The tube shown on the f igure 2 is to single channel. The marginal regions 4a and 4b of the strip are mutually superposed to form a side wall of the tube. The adjacent slice 5a to the region 4a located towards the inside of the tube comes into contact with the inner face of a main wall 6 which connects to the region 4b located to the outside of the tube, while the 5b adjacent to the latter region comes into contact with the outer face of the opposite main wall 7 which is connected to the region 4a via an inclined recess 7c which the 5b edge faces by defining an interval 9.

Laf igure 3 montre un échangeur de chaleur comprenant un faisceau10 formé par un empilement alterné de tubes plats 12 semblables au tube1 de la figure1 ouà celui de la figure 2, et d'intercalaires 14 ayant un profil ondulé, par exemple en forme de sinusoïde, les crêtes d'ondulation de chaque intercalaire venant en contact alternativement avec les parois principales des deux tubes qui l'encadrent.À chacune des extrémités supérieure et inférieure du faisceau, les extrémités des tubes pénètrent dans une boiteà fluide ou boîte collectrice16, 18, de manièreà permettre une circula tion de fluide entre les canaux des tubes et l'intérieur des boîtesà fluide.À cet effet, les extrémités des tubes traversent des ouvertures respectives non représentées, ménagées dans des plaques collectrices 20, 22 délimitant les boites collectrices16, 18. Deux tubulures 24,26, situées sur une même boite collectrice ou sur les deux boites respectivement, permettent l'entrée et la sortie d'un fluide Fi, par exemple le fluide de refroidissement du moteur d'un véhicule automobile, qui circuleà l'intérieur des tubes 12, tandis qu'un fluide F2, par exemple de l'air atmosphérique ou de l'airà réchauffer, circule entre les tubes en balayant les intercalaires de manièreà échanger de la chaleur avec le fluide Fi. The f igure 3 shows a heat exchanger comprising a beam 10 formed by an alternating stack of flat tubes 12 similar to the tube 1 of Figure 1 or to that of Figure 2, and tabs 14 having a corrugated profile, for example in the form of a sinusoid, the crests of the corrugation of each interlayer alternately coming into contact with the main walls of the two tubes which surround it. AT each of the upper and lower ends of the bundle, the ends of the tubes penetrate into a box to fluid or manifold 16, 18, so as to to allow a fluid flow between the channels of the tubes and the inside of the boxes to fluid to this effect, the ends of the tubes through respective unrepresented openings formed in collector plates 20, 22 defining the collector boxes 16, 18. > Two tubings 24, 26, located on the same manifold or on the two boxes respectively, allow the entry and exit of a fluid Fi, for example the cooling fluid of the motor of a motor vehicle, which circulates to the inside of the tubes 12, while a fluid F2, for example atmospheric air or air to warm, circulates between the tubes by sweeping the interleaves to to exchange heat with the fluid Fi.

Habituellement, les tubes d'échangeurs chaleur sont revêtus, en vue du brasage, d'un alliageà base d'aluminium disponible dans le commerce sous la référence 4343, contenant 6, à 8,2 % en poids de silicium. Usually, the heat exchanger tubes are coated, for brazing, with a commercially available aluminum base alloy under the reference 4343, containing 6, at 8, 2% by weight of silicon.

Lorsque cet alliage recouvre seulement la face externe d'un tube plié selon lesf igures 1 et 2, on constate, lors de l'assemblage par brasage de l'échangeur de chaleur, une migration du revêtement de brasure présent également sur les plaques collectrices ou collecteurs 20, 22 le long des intervalles9 des tubes. Il en résulte que ces intervalles, après brasage, ne sont pas remplis de brasure au niveau de la traversée du collecteur, ce qui peut entraîner des défauts d'étanchéité et/ou un affaiblissement de la liaison entre les tubes et les collecteurs. De plus, le revêtement des collec teurs, en s'écoulant le long des intervalles9, diffuse dans l'épaisseur des tubes, entraînant un affaiblissement mécani que, voire un percement de ceux-ci. Enfin, le joint brasé formé entre les tranches 5a,5b et la paroi des tubes est pauvre en brasure et par conséquent peu résistant. La présence de l'alliage sur la seule face interne des tubes élimine au moins en partie les inconvénients ci-dessus. Elle entraîne cependant d'autres inconvénients. D'une part il n'est pas possible d'appliquer en outre un revêtement anti- corrosion à l'intérieur des tubes, ce qui est genant dans certaines applications. D'autre part, la liaison entre les tubes et les intercalaires nécessite alors l'application d'un alliage de brasage sur ceux-ci, ce qui augmente leur coût non seulement par l'opération de placage elle-même, mais par le fait qu elle rend plus difficile la mise en forme des intercalaires. En particulier, des intercalaires plaqués provoquent une usure accélérée des molettes de formage de ces intercalaires, ce qui nécessite leur remplacement fréquent entraînant un coût supplémentaire qui se répercute sur l'échangeur de chaleur. When this alloy covers only the outer face of a folded tube according to the f igures 1 and 2, it is found, during assembly by soldering the heat exchanger heat, a migration of the solder coating also present on the collector plates or collectors 20, 22 along the intervals 9 of the tubes. As a result, these gaps, after brazing, are not filled with solder at the crossing of the manifold, which can cause sealing defects and / or weakening of the connection between the tubes and collectors. In addition, the coating of the collectors, by flowing along the intervals 9, diffuse in the thickness of the tubes, resulting in a mechanical weakening, or even a piercing thereof. Finally, the brazed joint formed between the slices 5a, 5b and the wall of the tubes is poor in solder and therefore not very resistant. The presence of the alloy on the inner side of the tubes eliminates at least in part the above disadvantages. However, it entails other disadvantages. On the one hand it is not possible to additionally apply an anti-corrosion coating to the inside of the tubes, which is troublesome in some applications. On the other hand, the connection between the tubes and the spacers then requires the application of a brazing alloy thereon, which increases their cost not only by the plating operation itself, but by the fact it makes it more difficult to format the dividers. In particular, plated spacers cause accelerated wear of the forming wheels of these spacers, which requires their frequent replacement resulting in an additional cost that affects the heat exchanger.

La solution consistantà munir de l'alliage de brasage les deux faces du tube n'est pas satisfaisante, car retrouve alors, moins en partie, les inconvénients de chacune des deux solutions précédentes. The solution consisting of to providing the solder alloy both sides of the tube is not satisfactory, because then finds, less in part, the disadvantages of each of the two previous solutions.

Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients précités. The object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks.

une expérience a été réalisée en brasant des tubes revêtus extérieurement d'alliage du type 4343 et des collecteurs revêtus de ce même alliage, en l'absence d'intercalaires. On a obtenu un bon remplissage des intervalles9 au niveau de la traversée des collecteurs, et une bonne liaison entre les tranches 5a,5b et la paroi6 des tubes. Cette différence de comportement entre les assemblages avec et sans intercalaire s'explique vraisemblablement par le fait que les zones de contact entre les tubes et les intercalaires attirent l'alliage fondu par capillarité, appauvrissant ainsi non seulement les intervalles9, mais les intervalles entre les zones marginales 4a et 4b, qui ne peuvent plus alimenter suffisamment le joint entre les tranches 5a,5b et les parois 6. L'invention vise notamment un procédé du genre défini plus haut, et prévoit que ledit alliage recouvrant au moins une face de la tôle contient plus de 8,2% en poids de silicium. L'augmentation du taux de silicium delà de 8,2% abaisse la température de liquidus de l'alliage et permet de fondre une plus grande quantité de celui-ci pendant un séjour d'une durée donnée dans un fourà une température donnée. Cette quantité accrue d'alliage fondu permet d'en disposer en quantité suffisanteà la jonction tubes/intercalaires ce qui a pour conséquence de limiter la migration de la brasure des collecteurs vers le faisceau. Les intervalles9 sont convena blement remplis au niveau de la traversée des collecteurs et une bonne liaison des tranches 5a, est assurée malgré l'action capillaire des intercalaires. an experiment was carried out by brazing tubes coated externally with alloy of the type 4343 and collectors coated with this same alloy, in the absence of spacers. Good filling of the 9 intervals at the crossing of the collectors has been obtained, and a good connection between the slices 5a, 5b and the wall 6 tubes. This difference in behavior between the assemblies with and without interlayer is probably explained by the fact that the contact zones between the tubes and the spacers attract the molten alloy by capillarity, thus depleting not only the intervals 9, but the intervals between the marginal areas 4a and 4b, which can no longer sufficiently supply the seal between the slices 5a, 5b and the walls 6. The invention aims to in particular a method of the kind defined above, and provides that said alloy covering at least one face of the sheet contains more than 8.2 % by weight of silicon. Increasing the silicon level beyond 8.2 % lowers the liquidus temperature of the alloy and melts a greater amount of it during a stay of a given duration in the alloy. a furnace to a given temperature. This increased amount of molten alloy makes it possible to dispose in sufficient quantity at the junction tube / spacer which has the effect of limiting the migration of the solder collectors to the beam. The intervals 9 are suitably filled at the crossing of the collectors and a good connection of the slices 5a is ensured despite the capillary action of the spacers.

Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen taires ou alternatives, sont énoncées ci-après: - Ledit alliage contient entre8,5 et15 % en poids de sili cium. Optional features of the invention, additional or alternative, are set out below: - Said alloy contains between 8.5 and 15% by weight of silicon.

- Les intercalaires sont exempts d'alliage de brasage. - The spacers are free of solder alloy.

- L'autre face de la tôle est également revêtue dudit alliage. - The other side of the sheet is also coated with said alloy.

- L'autre face de la tôle est exempte d'alliage de brasage et est recouverte d'un revêtement. - The other side of the sheet is free of solder alloy and is coated.

- Le revêtement de l'autre face est un revêtement anti- corrosion. - The coating on the other side is an anti-corrosion coating.

- Simultanément au brasage des tubes et des intercalaires, on brase une extrémité au moins de chaque tubeà une plaque collectrice délimitant une boîte collectrice dont le volume interne communique avec les tubes, de manièreà assurer l'étanchéité de la traversée, par ladite extrémité, d'une ouverture correspondante prévue dans la plaque collectrice. - L'une au moins des faces de la plaque collectrice est revêtue d'un alliage de brasage. - At the same time as the brazing of the tubes and the spacers, at least one end of each tube is strapped to a collecting plate defining a collecting box whose internal volume communicates with the tubes, in a manner to seal the passage through said end, a corresponding opening provided in the header plate. - At least one of the faces of the header plate is coated with a solder alloy.

- L'alliage de brasage recouvrant la plaque collectrice est un alliageà base d'aluminium contenant du silicium. L'invention porte également sur un échangeur de chaleur brasé par le procédé ci-dessus. - The brazing alloy covering the header plate is a silicon-containing aluminum base alloy. The invention also relates to a heat exchanger brazed by the method above.

Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés. The features and advantages of the invention will be set forth in more detail in the description below, with reference to the accompanying drawings.

La figure1 et 2 sont chacune vue en bout d'un tube plié. La figure3 est une représentation schématique d'un échangeur de chaleurà tubes pliés et intercalaires ondulés. Figure 1 and 2 are each seen at the end of a folded tube. Figure 3 is a schematic representation of a tube heat exchanger with bent tubes and corrugated spacers.

Ces figures ontdéjà été décrites plus haut. These figures have already been described above.

On a obtenu d'excellents résultats en brasant un échangeur de chaleur conformeà la figure3, comprenant des tubes confor mesà la figure1, dont seule la face externe était revêtue d'un alliageà base d'aluminium commercialisé sous la référence 4045, ayant une teneur en silicium comprise entre 9 et11 % en poids et un intervalle de fusion compris entre 577 et595 'C, une face des collecteurs 20, 22 étant revêtue de l'alliage 4343 dont l'intervalle de fusion va de577 à 613 'C, et les intercalaires 14 n'étant pas revêtus. En particulier, les intervalles9 étaient entièrement remplis de brasure, et une excellente liaison était assurée entre les tranches 5a,5b et la paroi6 tubes. Excellent results have been obtained by brazing a heat exchanger conforming to 3 , including to the > 1, of which only the outer face was coated with an aluminum base alloy sold under the reference 4045, having a silicon content between 9 and 11% by weight and a melting range between 577 and 595 'C, a face of the collectors 20, 22 being coated with alloy 4343 having a melting range of 577 to 613 ° C, and tabs 14 not being coated. In particular, the 9 intervals were fully filled with solder, and excellent bonding was provided between the 5a, 5b and the 6 tubes .

L'absence d'alliage de brasageà l'intérieur des tubes permet d'y appliquer, si nécessaire, un alliage anti-corrosion tel que celui commercialisé sous la référence7072. The absence of solder alloy to inside the tubes allows to apply, if necessary, an anti-corrosion alloy such as that marketed under the reference 7072.

Lorsqu'un tel alliage anti-corrosion n'est pas nécessaire, on peut appliquer sur la face interne le même type d'alliage de brasage que sur la face externe, de manièreà renforcer encore la liaison entre l'entretoise et la paroi6 des tubes.When such an anti-corrosion alloy is not necessary, it is possible to apply on the internal face the same type of brazing alloy as on the external face, so as to to further strengthen the connection between the spacer and the wall 6 of the tubes.

Claims

Claims 1. Brazing process of a heat exchanger comprising an alternating stack of flat tubes (1) each having two opposite main walls (6, 7a, 7b), and corrugated interchairs (14) whose ripple peaks come into contact with said main walls, each tube being made to of a folded sheet metal strip of which at least one face is coated with a solder alloy to aluminum base containing silicon so as to ensure during soldering the mechanical connection between the tubes and the spacers, and / or the continuity of the peripheral wall of the tubes, characterized in that said alloy contains more than 8012% by weight of silicon. The method of claim 1, wherein said alloy contains between 8.5 and 15% by weight of silicon. 3. Method according to one of claims 1 and 2, wherein the spacers are free of solder alloy. 4. Method according to one of the preceding claims, wherein the other side of the sheet is also coated with said alloy. 5. Method according to one of claims 1 to 3, in which the other face of the sheet is free of solder alloy and is covered with a coating . 6. The method of claim 5, wherein the facing of the other side is an anti-corrosion coating. 7. The method as claimed in one of the preceding claims, wherein, simultaneously with the brazing of the tubes (12) and the spacers (14), at least one end of each tube is etched at a header plate (20, 22) delimiting a manifold (16, 18) whose internal volume communicates with the tubes, so as to ensure the tightness crossing, by said end, a corresponding opening provided in the header plate. 8. The method of claim 7, wherein at least one of the faces of the header plate is coated with a solder alloy. 9. The method of claim 8, wherein the solder alloy covering the header plate is an aluminum base alloy containing aluminum. silicon. 10. Heat exchanger brazed by the process according to one of the preceding claims.