PL197808B1 - Sposób łączenia pofałdowanych faliście taśm żebrowanych z aluminium z płaskimi stronami płaskich rur ze stali - Google Patents

Abstract

Sposób laczenia pofa ldowanych fali scie ta sm zebrowanych z aluminium z p laskimi stronami p laskich rur ze stali, znamienny tym, ze na p laskie strony p laskich rur nanosi si e warstw e srodka lutowniczego ze stopu cynku z aluminium o zawarto sci aluminium od 0,5% do 20%, a na strefy styku ta sm zebrowanych z p laskimi stronami nanosi si e topnik w postaci tetrafluorku cezu-aluminium w tem- peraturze pokojowej, po czym doprowadza si e ta smy zebrowane do kontaktu z p laskimi stronami p la- skich rur, nast epnie ogrzewa si e p laskie rury zaopatrzone w ta smy zebrowane w piecu do temperatury lutowania mi edzy 370°C a 470°C i na koniec ch lodzi si e w temperaturze pokojowej. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób łączenia pofałdowanych faliście taśm żebrowanych z aluminium z płaskimi stronami płaskich rur ze stali.

Z opisu Stanów Zjednoczonych Ameryki 5,042,574 znane jest łączenie w piecu do wyżarzania płaskich rur platerowanych aluminium za pomocą stopu lutowniczego aluminium z krzemem z pofałdowanymi faliście aluminiowymi wstęgami żebrowanymi. Połączenie aluminiowych wstęg żebrowanych z płaskimi rurami ze stali przez lutowanie stopem lutowniczym aluminium z krzemem, który jest składnikiem aluminiowych żeber albo płaskich rur, ma tę wadę, że takie lutowanie stanowi niebezpośrednie lutowanie płaskich rur platerowanych aluminium względnie platerowanych aluminiowych żeber. Oprócz stosunkowo wysokich nakładów związanych z przygotowaniem różnych materiałów wstępnych oraz występujących przy wytwarzaniu istnieje ponadto ta niedogodność, że płaskie rury zamknięte przynajmniej jedną wzdłużną spoiną od strony obwodowej w strefie spawania nie mogą być platerowane aluminium. Poza tym, nie może być zapewnione nienaganne połączenie spawane. Te obszary płaskich rur muszą być później najpierw pozbawione produktów ubocznych spawania a następnie technicznie chronione przed korozją.

Kolejna wada rur żebrowanych składających się z płaskich rur ze stali z pofałdowanymi aluminiowymi wstęgami żebrowanymi polega na tym, że lutowanie platerowanych aluminium płaskich rur z taśmami żebrowanymi musi przebiegać w stosunkowo wysokich temperaturach o rządzie wielkości około 600°C, zatem blisko temperatury mięknienia aluminium. Potrzebny przy tym stop lutowniczy składa się z eutektyku aluminium z krzemem topniejącego nieco poniżej temperatury mięknienia aluminium.

Odnośnie tej budowy należy stwierdzić, że ze względu na różne współczynniki rozszerzalności cieplnej aluminium i stali, po lutowaniu w temperaturze około 600°, przy chłodzeniu do temperatury otoczenia (temperatury pokojowej) obydwa zlutowane materiały mogą się silnie wykrzywiać względem siebie i może dojść przy tym łatwo do zrywania się połączeń lutowanych, gdy aluminium nie zostało poprawnie naniesione.

W opisie JP 590 82 114 A jest przedstawiony sposób nanoszenia aluminiowego zwoju żebrowanego na stalową rurę, w którym do zlutowania stosuje się wodny roztwór chlorku cyny/chlorku cynku. Wiąże się z tym ta niedogodność, że chlorek cynku w wodnym roztworze nie jest trwały i przechodzi natychmiast w tlenek cynku, który również zanika. Chlorek cynku jest ponadto bardzo higroskopijny. Zasypka chlorku cynku rozkłada się w normalnej atmosferze w zakresie sekundowym przez higroskopijne pochłanianie wody tworząc wodny roztwór względnie zdyspergowane mleko. Ponadto, trzeba wówczas pracować z użyciem bezwodnych rozpuszczalników (zabezpieczenie przeciwwybuchowe), które podczas nanoszenia już ze względu na ulatnianie się i ochronę wilgoci należałoby przykryć folią aluminiową. Przy dużych powierzchniach metoda ta nie byłaby ekonomicznie zastosowalna. Cyna nie tworzy eutektyków z aluminium podczas lutowania na niskim poziomie. Nie występuje chemicznie wewnętrzne połączenie, w którym odgrywają rolę procesy dyfuzji.

Opis EP 0 845 321 A1 ujawnia specjalną technikę łączenia części z aluminiowego odlewu ciśnieniowego poprzez lutowanie. W tym procesie łączenia stosuje się, jako topnik między innymi także tetrafluorek cezu-aluminium. Nie wynikają z tego dokumentu sugestie odnośnie łączenia części z różnych materiałów, zwłaszcza łączenia płaskich rur ze stali z pofałdowanymi faliście taśmami żebrowanymi z aluminium.

Z opisu EP 0 965 411 A1 jest znany sposób łączenia części aluminiowej albo części aluminiowej powleczonej cynkiem z częścią stalową lub częścią stalową powleczoną cynkiem, przy czym przynajmniej część aluminiowa lub część jest zaopatrzona w powłokę cynkową. Połączenie następuje przez nanoszenie mającego konsystencję pasty, zawierającego metal lutowniczego materiału dodatkowego w odcinku połączenia, następujące potem rozgrzewanie mającego konsystencję pasty materiału dodatkowego i następujące później ochładzanie odcinka połączenia. Przy tym mający konsystencję pasty materiał dodatkowy powinien zawierać 60 do 80% wag., mieszaniny ze sproszkowanych metali i przede wszystkim stop aluminium z cynkiem o temperaturze likwidusu poniżej 419°C i aluminium w zakresie 1,5 - 18 % wag., resztę stanowi cynk i zanieczyszczenia. Mający konsystencję pasty materiał dodatkowy powinien mieć ponadto 20 do 40% wag. nieorganicznego, zawierającego fluorek topnika. Rozgrzewanie mającego konsystencję pasty materiału dodatkowego następuje w temperaturze poniżej 430°C.

PL 197 808 B1

Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu łączenia pofałdowanych faliście taśm żebrowanych z aluminium z płaskimi stronami płaskich rur ze stali, stanowiących części składowe chłodzonych powietrzem instalacji i chłodzonych powietrzem kondensatorów, który można przeprowadzać zarówno przy niewielkich kosztach robocizny, jak i energii, jak również przy zaoszczędzeniu stosowanego materiału.

Sposób łączenia pofałdowanych faliście taśm żebrowanych z aluminium z płaskimi stronami płaskich rur ze stali, według wynalazku charakteryzuje się tym, że na płaskie strony płaskich rur nanosi się warstwę środka lutowniczego ze stopu cynku z aluminium o zawartości aluminium od 0,5% do 20%, a na strefy styku taśm żebrowanych z płaskimi stronami nanosi się topnik w postaci tetrafluorku cezualuminium w temperaturze pokojowej, po czym doprowadza się taśmy żebrowane do kontaktu z płaskimi stronami płaskich rur, następnie ogrzewa się płaskie rury zaopatrzone w taśmy żebrowane w piecu do temperatury lutowania między 370°C a 470°C i na koniec chłodzi się w temperaturze pokojowej.

Sposób według wynalazku polega na stosowaniu środka lutowniczego ze stopu cynku z aluminium o zawartości aluminium wynoszącej 0,5 - 20%, korzystnie 5%-15%, który nanosi się na płaskie strony płaskich rur ze stali. Nanoszenie warstwy środka lutowniczego może następować za pomocą natrysku płomieniowego. Możliwe jest przy tym stosowanie acetylenu lub też gazu ziemnego. W tym celu roztapia się drut ze składem środka lutowniczego i ze względu na ciśnienie, pod którym jest gaz, równomiernie rozprowadza się na danej powierzchni.

Kolejny sposób postępowania polega na wykorzystaniu łuku elektrycznego. W tym przypadku za pomocą dwóch drutów ze składem środka lutowniczego tworzy się łuk elektryczny i topi się przy tym druty. Równocześnie dmucha się powietrzem albo obojętnym gazem tak, że wskutek tego roztopiony środek lutowniczy rozprowadzony zostaje równomiernie na płaskich stronach płaskich rur.

Możliwa jest również galwanizacja środkiem lutowniczym w wymienionym składzie.

Na koniec, można jeszcze nanosić na płaskie strony płaskich rur warstwę ze środka lutowniczego o składzie według wynalazku, przez działanie ciśnienia, platerowanie albo spiekanie.

Bardzo istotne w sposobie według wynalazku jest ponadto to, że przez zastosowanie topnika w postaci tetrafluorku cezu-aluminium możliwe jest zredukowanie temperatury lutowania z dotychczasowej około 600°C do temperatur w zakresie między 370°C a 470°C. To obniżenie temperatury lutowania wiąże się nie tylko ze skróceniem czasów lutowania o około 30% - 40%, lecz prowadzi również do znacznych oszczędności kosztów robocizny i energii. Te oszczędności są zauważalne zwłaszcza dzięki temu, że według wynalazku zwilża się topnikiem jedynie strefy styku taśm żebrowanych z płaskimi rurami. Te strefy styku tworzy się przez łukowate obszary zakrzywienia falistych taśm żebrowanych. Nanoszenie może nastąpić przez zanurzanie albo natryskiwanie.

Ponadto, w ramach wynalazku należy uwzględnić, że w konwencjonalnym lutowaniu, taśmy żebrowane poddaje się wyżarzaniu zmiękczającemu. Wskutek tego tracą nieuchronnie część swych właściwości wytrzymałościowych. W przypadku płaskich rur ze stali z taśmami żebrowanymi z aluminium zintegrowanymi między płaskimi stronami było to dotychczas jeszcze tolerowane, ponieważ taśmy żebrowane po lutowaniu są wbudowane między płaskimi stronami płaskich rur. W ramach sposobu według wynalazku, przez wyraźne obniżenie temperatury lutowania zapewnione jest jednak, że nie występuje już żadne wyżarzanie zmiękczające. Taśmy żebrowane zachowują, zatem swe pełne właściwości wytrzymałościowe.

W przypadku wytwarzania eliptycznych rur żebrowanych przez nasuwanie perforowanych aluminiowych żeber na stalowe rury i nanoszenie topnika wszędzie tam, gdzie aluminiowe żebra znajdują się w ich końcowym położeniu, aluminiowe żebra dobrze przewodzące ciepło można teraz ustalać w położeniu na stalowych rurach w sposób trwały i chroniący przed korozją aż do temperatur zastosowania wynoszących powyżej 350°C.

Przy nanoszeniu aluminiowych żeber przez nawijanie w postaci linii śrubowych na stalowe rury, topnik celowo nanosi się w miejscu doprowadzania wstęgi żebrowej bezpośrednio przed przyleganiem wstęgi żebrowej na powierzchni stalowej rury. Umożliwia to doprowadzenie stalowych rur zaopatrzonych w nawinięte aluminiowe żebra w piecu przelotowym albo również dopiero później w piecu do wyżarzania fazami do wymaganej temperatury lutowania między 370°C a 470°C.

Możliwe jest jednak również, nawijanie wstęg aluminiowych żeber po powleczeniu środkiem lutowniczym na ogrzane do temperatury lutowania między 370°C a 470°C stalowe rury i wykorzystanie utajonego ciepła rur do lutowania. W przypadku tego typu rur żebrowanych uzyskuje się, że stalowe rury są również chronione przeciw korozji przez przebiegający wtedy środek lutowniczy. Ponadto, wytworzone zostaje trwałe metaliczne przewodzące ciepło połączenie między aluminiowymi żebrami

PL 197 808 B1 a stalowymi rurami. Tak wytworzone rury żebrowane nadają się do temperatur zastosowania wynoszących około 350°C.

W przykładzie wykonania sposobu według wynalazku płaskie strony płaskich rur ze stali względnie pofałdowane na kształt fali albo meandra, aluminiowe taśmy żebrowane zaopatruje się po naniesieniu warstwy środka lutowniczego ze stopu cynku z aluminium o zawartości aluminium od 0,5 do 20%, w specjalny topnik w postaci tertafluorku cezu-aluminium na całym obszarze powierzchniowym, a następnie nanosi się na siebie warstwy na zmianę z wstęgi aluminiowych żeber, płaskiej rury, znowu wstęgi aluminiowych żeber i tak dalej. Tak utworzony stos rury żebrowanej wkłada się następnie do pieca lutowniczego, może być to piec przelotowy względnie piec do wyżarzania i tam doprowadza się do żądanej temperatury lutowania między 370°C a 470°C. Środek lutowniczy upłynnia się, wskutek czego wstęgi aluminiowych taśm żebrowanych zostają połączone metalicznie i w sposób przewodzący ciepło z płaskimi stalowymi rurami. Poza tym, cała płaska rura zyskuje ochronę przeciwkorozyjną na zewnętrznej powierzchni.

Następnie po lutowaniu w piecu połączony układ składający się z płaskich rur ze stali i taśm żebrowanych chłodzi się w temperaturze pokojowej. Wskutek tego pofałdowane faliście taśmy żebrowane z aluminium zostają poprawnie połączone w sposób przewodzący ciepło z płaskimi stronami płaskich rur ze stali.

W innym przykładzie wykonania płaskie rury ze stali przemieszcza się przez piec do wyżarzania płaskich rur i w ten sposób doprowadza się je do żądanej temperatury lutowania. Następnie płaskie rury łączy się przy użyciu środka lutującego i zastosowaniu topnika ze wstęgami taśm żebrowanych z aluminium.

Specjalny środek lutowniczy ze stopu cynku z aluminium o zawartości aluminium wynoszącej 0,5% - 20%, korzystnie 5% -15%, w połączeniu z również specjalnym topnikiem w postaci tetrafluorku cezu-aluminium pozwala zatem w każdorazowo korzystnej temperaturze między 370°C a 470°C, na roztopienie warstwy środka lutowniczego tak, że w żadnym wypadku nie roztapia się zarazem aluminium taśm żebrowanych. W związku z tym bodźcem termodynamicznym jest eutektyka cynk/aluminium, przy czym w warstwie środka lutowniczego wprowadzone jest aluminium jako składnik stopu, aby płynny cynk nie rozpuścił aluminium taśm żebrowanych.

Szczególny topnik w postaci tetrafluorku cezu-aluminium może być przygotowany na bazie zasadowej, kwaśnej albo neutralnej.

Dana temperatura lutowania zależy od udziału aluminium w środku lutowniczym. Im wyższy jest udział aluminium, tym wyższa jest również temperatura lutowania. Korzystna postać wykonania powstaje wtedy, gdy środek lutowniczy ma zawartość aluminium 15%, przy czym temperatura lutowania wynosi wtedy około 430°C.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób łączenia pofałdowanych faliście taśm żebrowanych z aluminium z płaskimi stronami płaskich rur ze stali, znamienny tym, że na płaskie strony płaskich rur nanosi się warstwę środka lutowniczego ze stopu cynku z aluminium o zawartości aluminium od 0,5% do 20%, a na strefy styku taśm żebrowanych z płaskimi stronami nanosi się topnik w postaci tetrafluorku cezu-aluminium w temperaturze pokojowej, po czym doprowadza się taśmy żebrowane do kontaktu z płaskimi stronami płaskich rur, następnie ogrzewa się płaskie rury zaopatrzone w taśmy żebrowane w piecu do temperatury lutowania między 370°C a 470°C i na koniec chłodzi się w temperaturze pokojowej.