RU122333U1

RU122333U1 - COMPOSITION HEAT EXCHANGER WITH INTERNAL CAVES

Info

Publication number: RU122333U1
Application number: RU2012118881/02U
Authority: RU
Inventors: Юрий Павлович Трыков; Сергей Петрович Писарев; Виктор Георгиевич Шморгун; Леонид Моисеевич Гуревич; Дмитрий Владимирович Проничев; Вячеслав Фёдорович Казак; Артём Игоревич Богданов; Олег Сергеевич Киселев; Александр Евгеньевич Кондаков
Priority date: 2012-05-04
Filing date: 2012-05-04
Publication date: 2012-11-27

Abstract

Композиционный теплообменник, выполненный с внутренними полостями, сформированными гидравлическим давлением, и содержащий два слоя из никеля, два слоя из интерметаллидов системы алюминий - никель, отличающийся тем, что он содержит внутренние слои из меди, наружные жаростойкие слои из интерметаллидов и расположенные между слоями из меди и слоями из интерметаллидов металлические слои из никеля, при этом каждый жаростойкий слой из интерметаллидов системы алюминий - никель толщиной 50-70 мкм получен сваркой взрывом алюминиевых слоев с никелевыми с последующим их формованием термической обработкой с удалением избыточного алюминия при температуре, превышающей температуру его плавления, все металлические слои соединены между собой по всем поверхностям соприкосновения сваркой взрывом, а соотношение толщин слоев никеля и меди составляет 1:(1,25-2,5) при толщине каждого слоя никеля 1-1,2 мм.Composite heat exchanger made with internal cavities formed by hydraulic pressure and containing two layers of nickel, two layers of intermetallic compounds of the aluminum-nickel system, characterized in that it contains inner layers of copper, outer heat-resistant layers of intermetallics and located between layers of copper and layers of intermetallic compounds, metal layers of nickel, with each heat-resistant layer of intermetallic compounds of the aluminum-nickel system 50-70 μm thick obtained by explosion welding of aluminum layers with nickel ones, followed by their formation by heat treatment with the removal of excess aluminum at a temperature exceeding its melting point, all metal layers are connected to each other along all contact surfaces by explosion welding, and the ratio of the thicknesses of the nickel and copper layers is 1: (1.25-2.5) with a thickness of each nickel layer of 1-1.2 mm.

Description

Полезная модель относится к изделиям, изготовленным с помощью энергии взрыва и предназначается для использования в энергетических, химических, установках, в теплорегуляторах и т.п., эксплуатируемых в окислительных газовых средах.The utility model relates to products made with the help of explosion energy and is intended for use in power, chemical, installations, heat regulators, etc., operated in oxidizing gas environments.

Известна листовая конструкция биметаллического теплообменника, полученного локальной сваркой взрывом разнородных металлических листов одинаковой толщины. В этой конструкции внутренние проходные каналы круглого профиля сформированы гидравлическим давлением в специальных приспособлениях. На межслойных границах высокотемпературным нагревом формируют диффузионные прослойки для снижения теплопередачи в поперечном направлении. (Ю.П.Трыков, С.П.Писарев. Изготовление теплообменных композиционных элементов с помощью взрывных технологий / Сварочное производство №6, 1998. С.34-37).Known sheet design of a bimetallic heat exchanger obtained by local explosion welding of dissimilar metal sheets of the same thickness. In this design, the internal passage channels of the round profile are formed by hydraulic pressure in special devices. Diffusion layers are formed on the interlayer boundaries by high-temperature heating to reduce heat transfer in the transverse direction. (Yu.P. Trykov, S.P. Pisarev. Production of heat-exchange composite elements using explosive technologies / Welding production No. 6, 1998. P.34-37).

Недостатком данной конструкции является отсутствие на ее наружных поверхностях жаростойких интерметаллидных слоев, повышенная склонность металлических слоев к коррозионному разрушению, поскольку внутренние полости таких изделий контактируют с разнородными металлами, возможность разрушения изделий по хрупким интерметаллидным прослойкам при резких перепадах давления в жидкостях - теплоносителях, пропускаемых через внутренние каналы, что весьма ограничивает возможные области использования таких изделий в теплообменной аппаратуре, предназначенной для эксплуатации в окислительных газовых средах.The disadvantage of this design is the absence on its outer surfaces of heat-resistant intermetallic layers, the increased tendency of metal layers to corrosion, since the internal cavities of such products come in contact with dissimilar metals, the possibility of destruction of products by brittle intermetallic layers with sharp pressure drops in fluids passing through internal channels, which greatly limits the possible areas of use of such products in heat exchange equipment, designed for use in oxidizing gas environments.

Наиболее близкой по технической сущности является конструкция шестислойного композиционного теплообменника с внутренними полостями, сформированными гидравлическим давлением, с внутренними слоями из никеля, наружными - из алюминия, а расположенные между слоями алюминия и никеля теплозащитные слои - из интерметаллидов системы алюминий-никель толщиной 15-20 мкм, которые получены сваркой взрывом алюминиевых слоев с никелевыми с последующим формированием интерметаллидных слоев термической обработкой, никелевые слои соединены между собой сваркой взрывом по всем поверхностям их соприкосновения, минимальная ширина перемычек между смежными полостями составляет 12 мм, соотношение толщин слоев алюминия и никеля составляет 1:(0,4-0,67) при толщине каждого слоя никеля 0,8-1 мм. (Патент РФ на полезную модель №90734, МПК B32B 15/20; B23K 20/08; B23K 101/14, опубл. 20.01.2010, Бюл. №2 прототип).The closest in technical essence is the design of a six-layer composite heat exchanger with internal cavities formed by hydraulic pressure, with inner layers of nickel, outer layers of aluminum, and heat-insulating layers located between aluminum and nickel layers from intermetallic compounds of the aluminum-nickel system with a thickness of 15-20 μm obtained by explosion welding of aluminum layers with nickel with the subsequent formation of intermetallic layers by heat treatment, the nickel layers are interconnected by explosion welding on all surfaces of their contact, the minimum width of the bridges between adjacent cavities is 12 mm, the ratio of the thicknesses of the layers of aluminum and nickel is 1: (0.4-0.67) with a thickness of each nickel layer of 0.8-1 mm. (RF patent for utility model No. 90734, IPC B32B 15/20; B23K 20/08; B23K 101/14, published on January 20, 2010, Bull. No. 2 prototype).

Недостатком данной конструкции является то, что сплошные теплозащитные слои из интерметаллидов системы никель-алюминий, обладающие помимо высокого термического сопротивления еще и весьма высокой жаростойкостью, располагаются между слоями из алюминия и никеля и отсутствуют на наружных поверхностях получаемых изделий, контактирующих с окружающей средой. Наружные слои в этой конструкции выполнены из легкоплавкого металла - алюминия с температурой плавления 660°C, поэтому ее предельно допустимая рабочая температура не превышает 400-600°C, что весьма ограничивает возможные области использования таких изделий в теплообменной аппаратуре, предназначенной для длительной эксплуатации в окислительных газовых средах, где требуется повышенная жаростойкость.The disadvantage of this design is that continuous heat-shielding layers of nickel-aluminum intermetallic compounds, which in addition to high thermal resistance also have very high heat resistance, are located between the layers of aluminum and nickel and are absent on the outer surfaces of the resulting products in contact with the environment. The outer layers in this design are made of fusible metal - aluminum with a melting point of 660 ° C, therefore its maximum allowable working temperature does not exceed 400-600 ° C, which greatly limits the possible areas of use of such products in heat exchange equipment designed for long-term operation in oxidizing gas environments where increased heat resistance is required.

Задачей при разработке данной полезной модели является создание новой, конструкции композиционного теплообменника с внутренними полостями сваркой взрывом со сплошными жаростойкими интерметаллидными слоями оптимальной толщины на наружных поверхностях изделия, обеспечивающими повышенную долговечность теплообменника в газовых средах при повышенных температурах, с однородным металлом, контактирующим с внутренними полостями изделия, с повышенной стойкостью к разрушению при резких перепадах давления во внутренних полостях.The task in developing this utility model is to create a new, composite heat exchanger design with internal cavities by explosion welding with continuous heat-resistant intermetallic layers of optimal thickness on the outer surfaces of the product, providing increased durability of the heat exchanger in gas media at elevated temperatures, with a homogeneous metal in contact with the internal cavities of the product , with increased resistance to destruction during sharp pressure drops in the internal cavities.

Технический результат, который обеспечивается при осуществлении данной полезной модели - более высокая в сравнении с прототипом жаростойкость в окислительных газовых средах, с обеспечением при этом однородности металлов, контактирующих с внутренними полостями изделия, и повышенной стойкости к разрушению при резких перепадах давления во внутренних полостях за счет размещения сплошных наружных жаростойких покрытий в виде интерметаллидных слоев системы алюминий-никель оптимальной толщины на поверхностях никелевых слоев, использования новых методов сварки взрывом для создания высокопрочных сварных соединений между однородными и разнородными металлическими слоями, а также нового метода формирования покрытий с удалением избыточного алюминия с поверхностей интерметаллидных слоев при температуре, превышающей температуру его плавления.The technical result that is achieved by the implementation of this utility model is higher in comparison with the prototype heat resistance in oxidizing gas environments, while ensuring the uniformity of metals in contact with the internal cavities of the product, and increased resistance to fracture under sharp pressure drops in the internal cavities due to placement of continuous external heat-resistant coatings in the form of intermetallic layers of the aluminum-nickel system of optimal thickness on the surfaces of nickel layers, using I have new methods of explosion welding to create high-strength welded joints between homogeneous and heterogeneous metal layers, as well as a new method of forming coatings by removing excess aluminum from the surfaces of intermetallic layers at a temperature exceeding its melting temperature.

Указанный технический результат достигается тем, что композиционный теплообменник с внутренними полостями, содержащий внутренние полости, сформированные гидравлическим давлением, два слоя из никеля, два слоя из интерметаллидов системы алюминий - никель, выполнен с внутренними слоями из меди, с наружными жаростойкими слоями - из интерметаллидов, а расположенные между медными и интерметаллидными слоями металлические слои - из никеля, каждый жаростойкий интерметаллидный слой системы алюминий - никель толщиной 50-70 мкм получен сваркой взрывом алюминиевых слоев с никелевыми с последующим их формированием термической обработкой с удалением избыточного алюминия при температуре, превышающей температуру его плавления, все металлические слои соединены между собой по всем поверхностям соприкосновения сваркой взрывом, соотношение толщин слоев никеля и меди составляет 1:(1,25-2,5) при толщине каждого слоя никеля равном 1-1,2 мм.The specified technical result is achieved by the fact that a composite heat exchanger with internal cavities, containing internal cavities formed by hydraulic pressure, two layers of nickel, two layers of intermetallic compounds of the aluminum-nickel system, is made with inner layers of copper, with external heat-resistant layers of intermetallides, and the metal layers located between the copper and intermetallic layers are made of nickel, each heat-resistant intermetallic layer of the aluminum-nickel system with a thickness of 50-70 μm is obtained by explosion welding ohm of aluminum layers with nickel with their subsequent formation by heat treatment to remove excess aluminum at a temperature exceeding its melting point, all metal layers are interconnected over all contact surfaces by explosion welding, the ratio of the thicknesses of the layers of nickel and copper is 1: (1.25- 2.5) with a thickness of each nickel layer equal to 1-1.2 mm.

В отличие от прототипа композиционный теплообменник с внутренними полостями выполнен с внутренними слоями из меди, с наружными жаростойкими слоями - из интерметаллидов, а расположенные между медными и интерметаллидными слоями металлические слои - из никеля. Внутренние слои выполнены из меди, что придает изделию повышенную коррозионную стойкость при пропускании через внутренние полости веществ - теплоносителей. Кроме того, медные слои при сварке взрывом легко свариваются в широком диапазоне скоростных режимов сварки и образуют прочные и герметичные сварные соединения даже при локальной сварке на узких участках. Медь обладает повышенной теплопроводностью, а это способствует созданию надежной защиты жаростойких интерметаллидных слоев от перегрева. Никелевые слои, в первую очередь, необходимы для формирования на них интерметаллидных слоев системы алюминий - никель, придающих изделию повышенную жаростойкость. Для этого при получении изделия на поверхности никелевых слоев приваривают вспомогательные алюминиевые слои, удаляемые на заключительной стадии процесса. Кроме того, никелевые слои придают изделиям повышенную прочность при растягивающих и изгибающих нагрузках, легко свариваются в широком диапазоне скоростных режимов сварки взрывом, при этом в зонах соединения с медью не возникают нежелательные хрупкие фазы, как в процессе сварки, так и при последующих термических обработках, снижающие прочность конструкции в процессе эксплуатации.In contrast to the prototype, a composite heat exchanger with internal cavities is made with inner layers of copper, with external heat-resistant layers of intermetallic compounds, and metal layers located between copper and intermetallic layers are made of nickel. The inner layers are made of copper, which gives the product increased corrosion resistance when passing through the internal cavities of substances - coolants. In addition, copper layers during explosion welding are easily welded in a wide range of high-speed welding modes and form durable and tight welded joints even when welding locally in narrow areas. Copper has a high thermal conductivity, and this helps to create reliable protection of heat-resistant intermetallic layers from overheating. Nickel layers are, first of all, necessary for the formation of intermetallic layers of the aluminum - nickel system on them, giving the product increased heat resistance. To do this, upon receipt of the product, auxiliary aluminum layers are removed on the surface of the nickel layers, which are removed at the final stage of the process. In addition, nickel layers give products increased strength under tensile and bending loads, easily weld in a wide range of high-speed modes of explosion welding, while undesirable brittle phases do not appear in the areas of connection with copper, both during welding and subsequent heat treatments, reducing the strength of the structure during operation.

Получение каждого жаростойкого интерметаллидного слоя системы алюминий - никель на наружных поверхностях изделия помощью сварки взрывом алюминиевых слоев с никелевыми с последующим их формированием термической обработкой с удалением избыточного алюминия при температуре, превышающей температуру его плавления, является новым и экономически выгодным приемом нанесения таких покрытий. Толщина каждого жаростойкого интерметаллидного слоя менее 50 мкм приводит к снижению долговечности предлагаемой конструкции в окислительных газовых средах. При толщине таких покрытий более 70 мкм возникает склонность интерметаллидных прослоек к растрескиванию при резких перепадах давления во внутренних полостях изделия, что снижает их защитные свойства.The preparation of each heat-resistant intermetallic layer of the aluminum-nickel system on the outer surfaces of the product by explosion welding of aluminum layers with nickel and their subsequent formation by heat treatment with the removal of excess aluminum at a temperature exceeding its melting temperature is a new and economical method for applying such coatings. The thickness of each heat-resistant intermetallic layer of less than 50 microns leads to a decrease in the durability of the proposed design in oxidizing gas environments. When the thickness of such coatings is more than 70 μm, there is a tendency for intermetallic layers to crack under sharp pressure drops in the internal cavities of the product, which reduces their protective properties.

В предлагаемой конструкции все металлические слои соединены между собой по всем поверхностям соприкосновения сваркой взрывом, соотношение толщин слоев никеля и меди составляет 1:(1,25-2,5) при толщине каждого слоя никеля равном 1-1,2 мм. Сварка взрывом является наиболее дешевым и надежным способом соединения разнородных и однородных металлических слоев без применения дорогостоящего оборудования. Соотношение толщин слоев никеля и меди равное 1:(1,25-2,5) является оптимальным, поскольку при этом создаются благоприятные условия для получения качественных сварных соединений на межслойных границах при сварке взрывом, обеспечивается экономный расход металлов в расчете на одно изделие. Толщина никелевых слоев менее 1 мм является недостаточной для обеспечения высокого качества изделия из-за возможных нарушений их сплошности при операции формирования гидравлическим давлением внутренних полостей. Их толщина более 1,2 мм является избыточной, поскольку это хоть и не ухудшает качество предлагаемой конструкции, но приводит к чрезмерному расходу дорогостоящего никеля в расчете на одно изделие.In the proposed design, all metal layers are interconnected on all contact surfaces by explosion welding, the ratio of the thicknesses of the layers of nickel and copper is 1: (1.25-2.5) with a thickness of each nickel layer equal to 1-1.2 mm. Explosion welding is the cheapest and most reliable way to connect dissimilar and homogeneous metal layers without the use of expensive equipment. The ratio of the thicknesses of the layers of nickel and copper equal to 1: (1.25-2.5) is optimal, since this creates favorable conditions for obtaining high-quality welded joints at the interlayer boundaries during explosion welding, economical consumption of metals per one product is ensured. The thickness of the nickel layers less than 1 mm is insufficient to ensure high quality products due to possible violations of their continuity during the operation of the formation of hydraulic pressure of the internal cavities. Their thickness of more than 1.2 mm is excessive, because although this does not impair the quality of the proposed design, it leads to an excessive consumption of expensive nickel per one product.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен внешний вид композиционного теплообменника с внутренними полостями, где поз.1 - внутренние полости изделия 2, 3 - медные слои, 4, 5 - жаростойкие интерметаллидные слои, 6, 7 - никелевые слои, 8 - зоны сварки взрывом медных слоев между собой, 9, 10 - зоны сварки никелевых слоев с медными.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, where Fig. 1 shows the appearance of a composite heat exchanger with internal cavities, where pos. 1 - internal cavities of a product 2, 3 - copper layers, 4, 5 - heat-resistant intermetallic layers, 6, 7 - nickel layers, 8 - zones of welding by explosion of copper layers between themselves, 9, 10 - zones of welding of nickel layers with copper.

Работа композиционного теплообменника с внутренними полостями осуществляется следующим образом. С двух торцевых сторон изделия приваривают, например аргонодуговой сваркой, к медным слоям 2, 3 металлические трубопроводы для пропускания через внутренние полости изделия 1 жидкостей или газов-теплоносителей. Теплообмен теплоносителей с окружающей внешней средой осуществляется, в основном, через слои из меди 2, 3, никеля 6, 7 и интерметаллидные слои 4, 5. Жаростойкие интерметаллидные слои 4, 5 обеспечивают работоспособность изделия в окислительных газовых средах до 1000°C. Теплообмен между веществами - теплоносителями, расположенными в смежных полостях осуществляется через цельносварные перемычки между полостями, где медные слои 2, 3 сварены между собой на участках 8.The operation of the composite heat exchanger with internal cavities is as follows. From two end sides of the product, for example, metal pipes are welded, for example, by argon arc welding, to the copper layers 2, 3 for passing liquids or coolant gases through the internal cavities of the product 1. The heat transfer of the heat transfer medium with the surrounding environment is carried out mainly through layers of copper 2, 3, nickel 6, 7 and intermetallic layers 4, 5. Heat-resistant intermetallic layers 4, 5 ensure the performance of the product in oxidizing gas environments up to 1000 ° C. Heat exchange between substances - heat carriers located in adjacent cavities is carried out through all-welded jumpers between the cavities, where the copper layers 2, 3 are welded together in sections 8.

Пример исполнения №1.Execution example No. 1.

Исходными материалами для изготовления композиционного теплообменника с внутренними полостями были пластины из меди M1, никеля НП1 и алюминия АД1. Длина каждой пластины 340 мм, ширина 265 мм. Из пластин составляли два трехслойных пакета под сварку взрывом с размещением в каждом из них между пластинами из алюминия и меди никелевой пластины. После сварки взрывом пакетов на поверхность медного слоя одной из сваренных трехслойных заготовок наносят по трафарету слои противосварочного вещества в виде полос, шириной равной 25 мм, с расстояним между противосварочными полосами 15 мм, с расстояниями от краев заготовки 30 мм, толщина полос - 80-100 мкм. Составляют пакет под сварку взрывом из двух полученных трехслойных заготовок, которые располагают параллельно друг над другом, при этом пластину с нанесенными противосварочными полосами размещают внизу пакета. После сварки взрывом трехслойных пакетов между собой, обрезки боковых кромок с краевыми эффектами и термической обработки для повышения деформационной способности металлических слоев сваренной шестислойной заготовки производят формирование между ее медными слоями внутренних полостей, имеющих форму, как на фиг.1 (поз.1), в специальной оснастке методом их раздувания под действием гидравлического давления. Ширина каждой внутренней полости равна 25 мм, высота - 4 мм. Затем в электропечи производят отжиг полученной заготовки с внутренними полостями для формирования диффузионных интерметаллидных прослоек между слоями из алюминия и никеля, затем нагревают ее до температуры, превышающей температуру плавления алюминия, удаляют с ее поверхностей расплавленный алюминий, выдерживают при этой температуре для превращения остатков алюминия в интерметаллиды, после чего производят охлаждение с получением при этом композиционного изделия с внутренними полостями со сплошными жаростойкими интерметаллидными покрытиями на его наружных поверхностях.The starting materials for the manufacture of a composite heat exchanger with internal cavities were plates made of copper M1, nickel NP1 and aluminum AD1. The length of each plate is 340 mm, the width is 265 mm. Two three-layer packages for explosion welding were made of the plates, with a nickel plate placed between each of the aluminum and copper plates in each of them. After explosion welding of the packages, the layers of the anti-welding substance in the form of strips with a width of 25 mm, with a distance between the anti-welding strips of 15 mm, with a distance from the edges of the workpiece of 30 mm, the thickness of the strips are 80-100, are applied to the surface of the copper layer of one of the welded three-layer billets microns. An explosion welding bag is made up of two obtained three-layer workpieces, which are arranged parallel to each other, while a plate with deposited anti-welding strips is placed at the bottom of the bag. After explosion welding of three-layer packages between themselves, cutting of side edges with edge effects and heat treatment to increase the deformation ability of metal layers of a welded six-layer workpiece, internal cavities are formed between its copper layers, having the shape as in Fig. 1 (item 1), in special equipment by the method of inflating them under the influence of hydraulic pressure. The width of each inner cavity is 25 mm, the height is 4 mm. Then, the resulting billet with internal cavities is annealed in an electric furnace to form diffusion intermetallic interlayers between aluminum and nickel layers, then it is heated to a temperature higher than the melting temperature of aluminum, molten aluminum is removed from its surfaces, and it is kept at this temperature to convert aluminum residues to intermetallic compounds followed by cooling to obtain a composite product with internal cavities with continuous heat-resistant intermetallic coatings on its outer surfaces.

В результате получают цельносварное композиционное изделие с пятью внутренними полостями шириной 25 мм, высотой 4 мм, с герметичными перемычками между полостями шириной около 15 мм, со сплошными жаростойкими интерметаллидными слоями на наружных поверхностях толщиной δ_инт=70 мкм, внутренние полости изделия окружены однородным металлом из меди, максимальная толщина изделия в местах расположения внутренних полостей δ_max=11 мм, минимальная толщина в местах расположения перемычек между полостями δ_min=7 мм, толщина медных слоев δ_Cu=2,5 мм, никелевых - δ_Ni=1 мм, соотношение толщин слоев никеля и меди 1:2,5. Длина изделия - 300 мм, ширина - 225 мм. Изделие обладает повышенной стойкостью к разрушению при резких перепадах давления в его внутренних полостях, его рабочая температура в окислительных газовых средах достигает 1000°C, что на 400-600°C выше, чем у изделий, по прототипу, а это позволяет использовать изделия предлагаемой конструкции в энергетических и химических установках, эксплуатируемых в окислительных газовых средах.The result is an all-welded composite product with five internal cavities with a width of 25 mm, a height of 4 mm, with sealed jumpers between cavities with a width of about 15 mm, with continuous heat-resistant intermetallic layers on the outer surfaces with a thickness of δ _int = 70 μm, the internal cavities of the product are surrounded by a homogeneous metal of copper, the maximum thickness of the product at the locations of the internal cavities δ _max = 11 mm, the minimum thickness at the locations of the jumpers between the cavities δ _min = 7 mm, the thickness of the copper layers δ _Cu = 2.5 mm, nickel okh - δ _Ni = 1 mm, the ratio of the thicknesses of the layers of Nickel and copper 1: 2.5. Product length - 300 mm, width - 225 mm. The product has a high resistance to destruction under sharp pressure drops in its internal cavities, its operating temperature in oxidizing gas environments reaches 1000 ° C, which is 400-600 ° C higher than that of the products according to the prototype, and this allows the use of products of the proposed design in power and chemical installations operated in oxidizing gas environments.

Пример исполнения №2.Execution example No. 2.

То же, что в примере 1, но сплошные жаростойкие интерметаллидные слои на наружных поверхностях изделия имеют толщину δ_инт=60 мкм, максимальная толщина изделия в местах расположения внутренних полостей δ_max=10 мм, минимальная толщина в местах расположения перемычек между полостями δ_мин=6 мм, толщина медных слоев δ_Cu=2 мм, никелевых - δ_Ni=1,1 мм, соотношение толщин слоев никеля и меди 1:1,82.The same as in example 1, but continuous heat-resistant intermetallic layers on the outer surfaces of the product have a thickness of δ _int = 60 μm, the maximum thickness of the product at the locations of the internal cavities is δ _max = 10 mm, the minimum thickness at the locations of the jumpers between the cavities is δ _min = 6 mm, the thickness of copper layers δ _Cu = 2 mm, nickel - δ _Ni = 1.1 mm, the ratio of the thicknesses of the layers of Nickel and copper 1: 1.82.

Пример исполнения №3.Execution example No. 3.

То же, что в примере 1, но сплошные жаростойкие интерметаллидные слои на наружных поверхностях изделия имеют толщину δ_инт=50 мкм, максимальная толщина изделия в местах расположения внутренних полостей δ_max=9,5 мм, минимальная толщина в местах расположения перемычек между полостями δ_min=5,5 мм, толщина медных слоев δ_Cu=1,5 мм, никелевых - δ_Ni=1,2 мм, соотношение толщин слоев никеля и меди 1:1,25.The same as in example 1, but continuous heat-resistant intermetallic layers on the outer surfaces of the product have a thickness of δ _int = 50 μm, the maximum thickness of the product at the locations of the internal cavities δ _max = 9.5 mm, the minimum thickness at the locations of the jumpers between the cavities δ _min = 5.5 mm, the thickness of copper layers δ _Cu = 1.5 mm, nickel - δ _Ni = 1.2 mm, the ratio of the thicknesses of the layers of Nickel and copper 1: 1.25.

Для сравнения использовали полученный по прототипу шестислойный теплообменник с внутренними полостями. Исходными материалами для его изготовления были две пластины из алюминия АД1 длиной 300 мм, шириной 215 мм, толщиной каждой их них δ_А1=1,5 мм, а также две никелевые пластины из никеля НП1, длина и ширина никелевых пластин такие же, как и алюминиевых, соотношение толщин слоев алюминия и никеля составляет 1:(0,4-0,67) при толщине каждого слоя никеля 0,8-1 мм. На одну из никелевых пластин наносят в продольном направлении полосы из противосварочного вещества шириной 25 мм, расстояние от боковых кромок пластины до противосварочных полос с обеих сторон составляло 20 мм, расстояние между противосварочными полосами - 12 мм. Пластины собирали в пакет со сварочными зазорами и сваривали взрывом. Между алюминиевыми и никелевыми слоями происходила сварка по всем поверхностям контакта, а между никелевыми - лишь на локальных участках шириной 12 мм. Затем сваренную заготовку подвергали разупрочняющей термообработке, после которой производили формирование внутренних полостей методом раздувания под действием гидравлического давления. Ширина каждой полости составляет 25 мм, высота - 4 мм, затем отформованную заготовку подвергали термической обработке - отжигу для формирования между слоями алюминия и никеля теплозащитных слоев из интерметаллидов системы алюминий-никель. В результате получают композиционный теплообменник с внутренними полостями в виде сотовой панели, в котором две сплошные диффузионные теплозащитные интерметаллидные прослойки состава алюминий-никель толщиной 15-20 мкм расположены между наружными слоями из алюминия толщиной 1,5-2 мм и никеля толщиной 0,8-1 мм. Никелевые слои образуют вокруг полостей с шириной каждой из них равной 25 мм и высотой - 4 мм, замкнутые контуры. Ширина перемычек между внутренними полостями около 10-12 мм. Предельная рабочая температура таких изделий в окислительных газовых средах не превышает 400-600°C, что на 400-600°C ниже, чем у изделий предлагаемой конструкции из-за отсутствия жаростойких покрытий на его наружных поверхностях.For comparison, we used the six-layer heat exchanger with internal cavities obtained from the prototype. The starting materials for its manufacture were two plates of aluminum AD1 with a length of 300 mm, a width of 215 mm, and a thickness of each of them δ _A1 = 1.5 mm, as well as two nickel plates of nickel NP1, the length and width of the nickel plates were the same as aluminum, the ratio of the thicknesses of the layers of aluminum and Nickel is 1: (0.4-0.67) with a thickness of each layer of Nickel of 0.8-1 mm Strips of an anti-welding substance 25 mm wide are applied longitudinally to one of the nickel plates, the distance from the side edges of the plate to the anti-welding strips on both sides was 20 mm, and the distance between the anti-welding strips is 12 mm. The plates were collected in a bag with welding gaps and welded by explosion. Between aluminum and nickel layers, welding was performed on all contact surfaces, and between nickel layers only in local sections 12 mm wide. Then, the welded billet was subjected to softening heat treatment, after which the internal cavities were formed by inflation by hydraulic pressure. The width of each cavity is 25 mm, the height is 4 mm, then the molded preform was subjected to heat treatment — annealing to form heat-protective layers of aluminum-nickel intermetallic compounds between the aluminum and nickel layers. The result is a composite heat exchanger with internal cavities in the form of a honeycomb panel in which two continuous diffusion heat-shielding intermetallic interlayers of the composition of aluminum-nickel with a thickness of 15-20 μm are located between the outer layers of aluminum with a thickness of 1.5-2 mm and nickel with a thickness of 0.8- 1 mm. Nickel layers form around the cavities with a width of each of them equal to 25 mm and a height of 4 mm, closed contours. The width of the jumpers between the internal cavities is about 10-12 mm. The maximum operating temperature of such products in oxidizing gas environments does not exceed 400-600 ° C, which is 400-600 ° C lower than that of products of the proposed design due to the absence of heat-resistant coatings on its outer surfaces.

Claims

A composite heat exchanger made with internal cavities formed by hydraulic pressure and containing two layers of nickel, two layers of intermetallic compounds of the aluminum-nickel system, characterized in that it contains inner layers of copper, outer heat-resistant layers of intermetallic compounds and located between the layers of copper and layers of intermetallic metal layers of nickel, with each heat-resistant layer of intermetallic systems of aluminum - nickel with a thickness of 50-70 μm obtained by welding by explosion of aluminum layers with nickel with their subsequent molding by heat treatment with removal of excess aluminum at a temperature exceeding its melting point, all metal layers are interconnected on all contact surfaces by explosion welding, and the ratio of the thicknesses of the layers of nickel and copper is 1: (1.25-2.5 ) with a thickness of each nickel layer of 1-1.2 mm.