NO168345B - Fremgangsmaate ved lodding av al-komponenter - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører fluksløs lodding av Al-elementer hvor i det minste ett av de sammenføyde (loddede) elementene er belagt med et loddelag av sinklegering som er metallurgisk bundet til aluminiumsubstratet, og mer spesielt en fluksløs loddeprosess hvor det anvendes vibrasjon på utvalgte sammenstilte elementer.

Problemer forbundet med lodding av aluminiumelementer pa grunn av at det dannes et seigt okdydlag på overflaten av Al-elementene er velkjente og er beskrevet i flere publikasjoner. For å oppnå sterke og pålitelige forbindelser anvendes det idag følgelig forskjellige fluksmaterialer, f.eks. kloridflukser, til loddeoperasjonen. Flukser som blir brukt til å fjerne oksydfilmer fra Al-overflåtene og til forbedring av fukteegen-skapene til de smeltede loddematerialene er vanligvis vannløse-lige og hygroskopiske, noe som medfører korrosjonsproblemer med Al-elementene hvis restfluksen ikke er fullstendig fjernet fra de sammenføyde elementene. Videre kan det også oppstå miljøproblemer, og prosesskostnadene øker på grunn av nødvendigheten av å behandle utslipp fra prosessen.

Faste forbindelser mellom de sammenføyde elementene under anvendelse av sink eller sinklegering som loddemateriale ble tidligere oppnådd ved å bruke en fremgangsmåte for sammenføy-ning av sinkbelagte Al-elementer med ubelagte Al-elementer slik det fremgår av US patent nr. 4.754.913 basert på multi-trinn vibrasjon av hele sammenstillingen av sammenføyde deler i en fikstur. Denne type vibrasjonsbehandling, f.eks. anvendt på en radiatorskjerne som typisk inneholder rundt 30.000 individuelle forbindelser og består av deler med vidt for-skjellig geometri og dimensjoner, kan ikke garantere at vibrasjonsenergi blir overført jevnt til alle de aktuelle forbindelser.

Videre er det vanskelig å opprettholde den nødvendige kontakten på hver forbindelse i en komplett kjerne, spesielt når det gjelder flatovale rør. Sammenbryting (kollaps) av slike rør erfares som et problem for den eksisterende fluksbaserte loddeteknologi.

Endelig medfører nødvendigheten av å anvende flere vibra-sjonsperioder at hele kjernen holdes ved forhøyet loddetemperatur i 5 til 6 minutter, noe som kan resultere i alvorlige problemer med diffusjon av sink til Al-substratene.

Det er derfor et formål med foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en forbedret fremgangsmåte for fluksløs lodding av Al-elementer under anvendelse av vibrasjonsenergi som sikrer at vibrasjonen overføres jevnt til alle forbindelser uansett deres geometri, og som videre sikrer god kontakt mellom alle de samlede deler og opprettholdelse av denne kontakten ved loddetemperaturer i en forutbestemt tidsperiode.

Et annet formål med oppfinnelsen er å fremskaffe en fremgangsmåte ved lodding uten skadelige røykutslipp, uten behov for avsluttende rensetrinn samt en fremgangsmåte som anvender en konvensjonell ovn med normal atmosfære.

Disse og andre formål oppnås i samsvar med foreliggende oppfinnelse ved en fremgangsmåte basert på en kombinasjon av metallurgisk bundet sinklegeringsloddelag tilveiebragt på i det minste ett av de sammenføyde elementene og mekanisk ekspansjon av rør ved forhøyet loddetemperatur ved hjelp av en vibrerende dor.

Fremgangsmåten vil nå bli nærmere forklart i den følgende detaljerte beskrivelse av oppfinnelsen og ved hjelp av de vedlagte tegninger, fig. 1-3, hvor

Fig. 1 viser skjematisk prinsippet med innføring av

en dor i de sammenstilte rør,

Fig. 2 er et fotografisk bilde av de resulterende forbindelser mellom kjølelameller (finstock)

og rør, og

Fig. 3 illustrerer klarere dannelse av kompakte forbindelser med høy styrke mellom rørene og lamellene.

Den fremlagte fremgangsmåte for fluksløs lodding av Al-elementer er spesielt egnet for kommersiell produksjon av varmevekslere omfattende rør, lameller og topp- og sideplater, hvor i det minste rørene og fortrinnsvis også platene er belagt på den ene siden med et sinklegeringslag som er metallurgisk bundet til Al-substratene.

Den ovennevnte sammenstilling av komponenter er plassert i en konvensjonell ovn med normal atmosfære for å smelte det anvendte loddematerialet. Det vises til fig. 1 hvor, etter at man har nådd den forutbestemte temperatur, en vibrerende dor 7 kjøres gjennom rørene og trekkes ut igjen. Figur 1 viser skjematisk den sammenstilte varmevekslerkjerne 1 omfattende topplater 2 utstyrt med åpninger 21 som huser et flertall av parallelle flatovale rør 3. Belagte eller ubelagte lameller 4 er anbragt i et sikksakk mønster mellom de sinkbelagte flate rørene 3. Sideplater 5 er anordnet mellom topplatene 2 for å lukke inn kjernesammenstillingen. Etter uttrekking av den vibrerende dor 7 fra de individuelle rørene 3 luftkjøles hele sammenstillingen for å danne loddesømmer etterfulgt av bråkjøl-ing i vann.

Dorens virkemåte og funksjon er todelt. For det første bryter den anvendte vibrasjonen opp oksyden på overflaten av den smeltede sinklegeringen, noe som tillater fri flyt av loddematerialet til sammenføyningene. For det andre sikrer en viss mekanisk ekspansjon av rørene, som oppnås samtidig, god og pålitelig kontakt under loddeoperasjonen og resulterer videre 1 utdriving av sinkoksyd og eventuelt overskudd av loddemateriale fra sammenføyningene. De resulterende loddesømmene oppviser høy styrke og perfekte loddekiler, som illustrert i figurene 2 og 3.

Eksempel

Små varmevekslere i laboratorieskala, omfattende

2 sinklegeringskledde topplater

2 sinkkledde sideplater

8 flatovale rør belagt med sinklegering

5 lamellseksjoner kledd med sink,

ble satt sammen og den resulterende sammenstillingen plassert i en enkel fikstur i en laboratorieovn med normal atmosfære tilkoblet måle termoelementer. Prøven ble videre varmet opp til

420°C for å smelte ned loddematerialet med sinklegering. Etter smelting av loddematerialet ble den vibrerende doren ført inn i rørene, kjørt gjennom og trukket ut igjen. Prøven ble luftkjølt for å størkne loddematerialet og videre bråkjølt i vann.

Det ble foretatt metallografisk undersøkelse av den resulterende kjerne. Høykvalitets loddesømmer mellom lameller og rør med utmerket fukting og loddekiler som viser minimal oppløsning av lameller og minimal (søm) porøsitet ble oppnådd (se fig. 2 og 3). Dette betyr fremskaffelse av sterke koherente forbindelser mellom de loddede elementer, noe som resulterer i forbedret varmeledningsevne og utmatningsegenskaper. Dette er igjen veldig viktige egenskaper for mange anvendelser av den foreliggende nye metode for fluksløs lodding, f.eks. ved fremstilling av radiatorer.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte ved fluksløs lodding av aluminiumelementer under fremstilling av varmevekslerkjerner omfattende rør, lameller, topp- og sideplater, der minst ett av kjernens elementer forsynes med metallurgisk bundet loddelag, elementene sammen-stilles og den resulterende sammenstilling varmes opp til en temperatur over smeltepunktet på det anvendte loddelagmateriale og loddesømmer formes mellom de sammenstilte elementene, karakterisert ved at loddesømmene formes ved hjelp av simultan mekanisk ekspansjon og vibrasjon av rørene under innføring av vibrerende dorer i rørene, bg hvor hele sammenstillingen kjøles til omgivelsestemperatur.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at loddeprosessen er utført ved å anvende en vibrer-ingsfrekvens på fra 3.000 til 5.000 svingninger pr. minutt.

3. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere forangående krav, karakterisert ved at vibreringstiden utgjør fra 20 til 60 sekunder.