RU2569856C2 - Soldering method of heat exchanger - Google Patents
Soldering method of heat exchanger Download PDFInfo
- Publication number
- RU2569856C2 RU2569856C2 RU2013157093/02A RU2013157093A RU2569856C2 RU 2569856 C2 RU2569856 C2 RU 2569856C2 RU 2013157093/02 A RU2013157093/02 A RU 2013157093/02A RU 2013157093 A RU2013157093 A RU 2013157093A RU 2569856 C2 RU2569856 C2 RU 2569856C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plates
- corrugations
- heat exchanger
- coating
- soldering
- Prior art date
Links
Landscapes
- Coating With Molten Metal (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к разделу изготовления паяного теплообменника из алюминия или его сплавов путем получения расплава припоя при контактно-реакционном плавлении покрытий, нанесенных на детали теплообменника, состоящего из чередующихся между собой пластин и гофр.The invention relates to the field of engineering, in particular to the section for the manufacture of a brazed heat exchanger from aluminum or its alloys by producing a solder melt by contact-reaction melting of coatings deposited on parts of a heat exchanger consisting of alternating plates and corrugations.
Известна технология пайки теплообменников из алюминия и его сплавов погружением в соляные ванны. Для удаления окисной пленки используют составы расплавленных солей. Основную роль в них играют фтористые соли эвтектического состава (AlF3+KF), оптимальное содержание эвтектики не должно превышать 12%. Для пайки погружением в расплавы требуется предварительный подогрев деталей. Осуществляют его в рециркуляционных печах аэродинамического подогрева, которые работают по принципу нагрева без применения электрических нагревателей. Тепловая энергия образуется в результате вращения ротора центробежного вентилятора в закрытом теплоизолированном объеме. Температура регулируется изменением поперечного сечения всасывающего отверстия (см. Горбатский Ю.В., Сторчай Е.И., Соколова А.В., Лактушенко Л.С., Журнал Химическое и нефтяное машиностроение, 1999, №9, с.6-11). К недостатку способа следует отнести сложность процесса, большую трудоемкость и, соответственно, большие затраты на изготовление теплообменника. При погружении в соляные ванны в узких каналах гофр остаются растворы, которые в дальнейшем при эксплуатации теплообменников вызывают коррозию гофр в замкнутых объемах.The known technology of soldering heat exchangers from aluminum and its alloys by immersion in salt baths. To remove the oxide film, compositions of molten salts are used. The main role in them is played by eutectic fluoride salts (AlF 3 + KF); the optimal eutectic content should not exceed 12%. For soldering by immersion in melts, preheating of parts is required. It is carried out in recirculation aerodynamic heating furnaces, which operate on the principle of heating without the use of electric heaters. Thermal energy is generated as a result of the rotation of the rotor of a centrifugal fan in a closed, thermally insulated volume. The temperature is controlled by changing the cross section of the suction port (see Gorbatsky Yu.V., Storchay E.I., Sokolova A.V., Laktushenko L.S., Journal of Chemical and Oil Engineering, 1999, No. 9, pp. 6-11 ) The disadvantage of this method should include the complexity of the process, the greater complexity and, consequently, the high cost of manufacturing a heat exchanger. When immersed in salt baths in the narrow channels of the corrugations, solutions remain, which subsequently, when the heat exchangers are used, cause corrugation to corrode in confined spaces.
Из авторского свидетельства SU 92834 известен способ пайки алюминия и алюминиевых сплавов со сталью, медью и другими металлами, при котором на металлы, подлежащие пайке с алюминием или его сплавами, наносят промежуточный слой из никеля или серебра, а в качестве соединительных средств для спайки алюминия и алюминиевого сплава с промежуточным слоем используют твердые припои на алюминиевой основе и флюсы.From the copyright certificate SU 92834, a method is known for brazing aluminum and aluminum alloys with steel, copper and other metals, in which an intermediate layer of nickel or silver is applied to the metals to be brazed with aluminum or its alloys, and as connecting means for brazing aluminum and An aluminum alloy with an intermediate layer uses aluminum-based brazing alloys and fluxes.
В авторском свидетельстве SU 411970 раскрыт способ бесфлюсовой пайки алюминиевых сплавов с предварительным нанесением покрытия и последующей пайкой твердыми припоями. Для защиты паяемой поверхности от окисления и повышения прочности паяного соединения в качестве покрытия наносят фосфатную пленку металла, выбранного из группы алюминий, никель, натрий.SU 411970 discloses a method for flux-free brazing of aluminum alloys with preliminary coating and subsequent brazing. To protect the brazed surface from oxidation and increase the strength of the brazed joint, a phosphate film of a metal selected from the group of aluminum, nickel, and sodium is applied as a coating.
Способ пайки деталей из алюминиевых сплавов раскрыт также в авторском свидетельстве SU 258012. Согласно этому способу для протекания процесса без солевых флюсов, повышения прочности и коррозионной стойкости паяного соединения на припой предварительно наносится медное или никелевое покрытие. Металл покрытия образует с основой припоя сплав, температура плавления которого ниже температуры плавления припоя.A method for soldering aluminum alloy parts is also disclosed in the SU 258012 copyright certificate. According to this method, a copper or nickel coating is preliminarily applied to the solder in order to proceed without salt fluxes, increase the strength and corrosion resistance of the solder joint. The coating metal forms an alloy with the base of the solder, the melting point of which is lower than the melting temperature of the solder.
В авторском свидетельстве SU 1657311 раскрыт способ пайки корпусов СВЧ-модулей, выполненных из алюминиевых сплавов, включающий нанесение двухслойного покрытия с легированным подслоем на основе никеля. Компоненты внешнего слоя покрытия выбирают с меньшим сродством к кислороду, чем наиболее активный компонент легированного подслоя. Соотношение толщин слоев составляет 0,02-0,2. После нанесения внешнего слоя детали отжигают в интервале температур, при которых преобладает зернограничная диффузия легирующего компонента.SU 1657311 discloses a method for soldering microwave module housings made of aluminum alloys, comprising applying a two-layer coating with an alloyed nickel-based sublayer. The components of the outer coating layer are chosen with a lower affinity for oxygen than the most active component of the doped sublayer. The ratio of the thicknesses of the layers is 0.02-0.2. After applying the outer layer, the parts are annealed in the temperature range at which grain-boundary diffusion of the alloying component predominates.
Однако в вышеприведенных документах не раскрывается возможность использования раскрытых в них способов пайки для деталей теплообменников, подвергающихся в процессе эксплуатации повышенным тепловым нагрузкам.However, the above documents do not disclose the possibility of using the soldering methods disclosed therein for parts of heat exchangers subjected to high heat loads during operation.
Предлагается способ пайки теплообменника, изготовленного из алюминиевых сплавов, включающий нанесение покрытий, служащих припоем, сборку и пайку. На детали теплообменника - пластины и гофры - наносят химическое никелевое покрытие, затем на пластины наносят гальваническое покрытие оловом толщиной 25-30 мкм, а на гофры - гальваническое покрытие медью толщиной 12-15 мкм, далее осуществляют сборку пластин и гофр с их чередованием и поджатие собранного пакета со стороны пластин и проводят пайку в вакууме при 10-2 мм рт.ст. и температуре 290-300°C, выдержка при указанной температуре составляет 5-7 мин, скорость нагрева и охлаждения - 10-15°C в минуту.A method for soldering a heat exchanger made of aluminum alloys is proposed, including coating, serving as solder, assembly and soldering. A chemical nickel coating is applied to the details of the heat exchanger — plates and corrugations, then a galvanic coating of tin with a thickness of 25–30 μm is applied to the plates, and a galvanic coating of copper with a thickness of 12–15 μm is applied to the corrugations, then plates and corrugations are assembled with their alternation and compression the assembled package from the side of the plates and solder in vacuum at 10 -2 mm RT.article and a temperature of 290-300 ° C, holding at the indicated temperature is 5-7 minutes, the heating and cooling rate is 10-15 ° C per minute.
Задачей изобретения является создание технологии пайки теплообменников из алюминиевых сплавов.The objective of the invention is to create a technology for soldering heat exchangers from aluminum alloys.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении качества паяного соединения деталей из алюминиевых сплавов и улучшении однородности структуры материала паяного шва. При этом также отмечается сокращение трудоемкости и предотвращение коррозии металла теплообменника в процессе его эксплуатации.The technical result of the claimed invention is to improve the quality of the solder joints of parts made of aluminum alloys and improve the uniformity of the structure of the material of the solder joint. At the same time, there is also a reduction in labor intensity and prevention of corrosion of the metal of the heat exchanger during its operation.
Указанный выше технический результат обеспечивается однородностью элементов образующегося припоя. Появление последнего связано с контактно-реакционным плавлением химических элементов при их сближении путем поджатия пластин к гофре. В качестве элементов, образующих припой, были выбраны олово и медь.The above technical result is ensured by the uniformity of the elements of the resulting solder. The appearance of the latter is associated with contact-reaction melting of chemical elements when they come closer by pressing the plates to the corrugation. Tin and copper were chosen as the elements forming the solder.
Нанесенное на пластины и гофры, выполненные из алюминиевых сплавов, никелевое покрытие обеспечивает смачивание появляющегося припоя при контактно-реакционном плавлении металлических покрытий, нанесенных поверх никеля. В процессе работы паяного теплообменника никелевое покрытие защищает конструктивные элементы (пластину и гофру) от коррозии. Подобранные металлические покрытия, образующие расплав припоя при пайке (за счет контактно-реакционного плавления), имеют также сродство с никелем. Олово (Sn) наносили на пластину поверх никеля. Толщина Sn составляла 25-30 мкм. Медь (Cu) наносили на гофру также поверх никеля. Толщина ее составляла 12-15 мкм. Покрытие наносили кругом.Applied to plates and corrugations made of aluminum alloys, a nickel coating provides wetting of the resulting solder during contact-reaction melting of metal coatings deposited over nickel. During the operation of the brazed heat exchanger, the nickel coating protects the structural elements (plate and corrugation) from corrosion. The selected metal coatings that form the solder melt during soldering (due to contact-reaction melting) also have an affinity for nickel. Tin (Sn) was applied to the plate over nickel. The thickness of Sn was 25-30 μm. Copper (Cu) was also applied onto the corrugation over nickel. Its thickness was 12-15 microns. The coating was applied in a circle.
Имеющиеся покрытия никель на пластине и медь на гофре, на поверхностях, не участвующих в пайке, служат защитным барьером от коррозии в процессе эксплуатации паяного теплообменника. Выбранные покрытия, служащие припоем после их контактно-реакционного плавления при 227°C, образуют эвтектику. Растворимость Cu в Sn в твердом состоянии существует за счет перераспределения атомов меди и олова, сходного с образованием сверхструктуры. Температура плавления образующегося жидко-металлического расплава припоя между медью и оловом (эвтектика) ниже, чем температура плавления меди и олова в отдельности.Existing coatings of nickel on the plate and copper on the corrugation, on surfaces not involved in soldering, serve as a protective barrier against corrosion during operation of the brazed heat exchanger. Selected coatings serving as solder after their contact-reaction melting at 227 ° C form a eutectic. The solubility of Cu in Sn in the solid state exists due to the redistribution of copper and tin atoms, similar to the formation of a superstructure. The melting point of the resulting liquid-metal solder melt between copper and tin (eutectic) is lower than the melting point of copper and tin separately.
Скорость нагрева 10-15°C в минуту обеспечивает отсутствие деформации при нагреве и, соответственно, сохранению плотного контакта между паяемыми поверхностями, что важно при контактно-реакционном плавлении и позволяет получить качественный шов. Скорость охлаждения 10-15°C в минуту позволяет обеспечить равномерную кристаллизацию паяного шва без отрыва в местах пайки.The heating rate of 10-15 ° C per minute ensures that there is no deformation during heating and, accordingly, maintaining tight contact between the brazed surfaces, which is important for contact-reaction melting and allows you to get a high-quality seam. The cooling rate of 10-15 ° C per minute allows for uniform crystallization of the soldered seam without separation at the soldering sites.
На чертеже представлен общий вид паяного теплообменника, позицией 1 обозначена пластина, позицией 2 - гофра.The drawing shows a General view of the brazed heat exchanger, position 1 denotes the plate, position 2 - corrugation.
Способ иллюстрируется следующим примером.The method is illustrated by the following example.
Пример. Пластины и гофры, изготовленные из алюминиевого сплава АМц, в отожженном виде поступают на нанесение никелевого покрытия химическим методом. Затем на детали поверх никелевого покрытия наносят гальванические покрытия, при этом на пластины наносят олово, а на гофры медь. Толщина слоя олова составляет 25-30 мкм, а меди - 12-15 мкм.Example. Plates and corrugations made of aluminum alloy AMts, in annealed form, enter the deposition of nickel coatings by the chemical method. Then, galvanic coatings are applied to the parts over the nickel coating, while tin is applied to the plates, and copper is applied to the corrugations. The thickness of the tin layer is 25-30 microns, and copper - 12-15 microns.
Медное покрытие наносили из электролита следующего состава, г/л:The copper coating was applied from an electrolyte of the following composition, g / l:
сульфат меди 45-55, пирофосфат натрия 200-240, нитрат натрия 10-15, pH 7-8. Режим осаждения: температура 55-65°C, катодная плотность тока 0,3-0,8 А/дм3.copper sulfate 45-55, sodium pyrophosphate 200-240, sodium nitrate 10-15, pH 7-8. The deposition mode: temperature 55-65 ° C, the cathodic current density of 0.3-0.8 A / DM 3 .
Состав электролита для нанесения олова, г/л: хлорид олова 130-160, пирофосфат калия безводный 500-570, хлорид гидразина 15-40, моющее средство «Прогресс» 3-6, клей мездровый 1-2. Режим осаждения: температура 18-65°C, катодная плотность тока 1-10 А/дм3, скорость осаждения 1-5 мкм/мин.The composition of the electrolyte for applying tin, g / l: tin chloride 130-160, potassium pyrophosphate anhydrous 500-570, hydrazine chloride 15-40, detergent Progress 3-6, glue 1-2. Deposition mode: temperature 18-65 ° C, cathodic current density 1-10 A / dm 3 , deposition rate 1-5 μm / min.
Толщину покрытия оценивали с помощью металлографии на образцах, используемых при покрытии деталей, а также на шлифах (выборочно), вырезанных из натурной пластины и гофры.The thickness of the coating was evaluated using metallography on the samples used to coat the parts, as well as on thin sections (optionally) cut from a natural plate and corrugation.
Далее осуществляли сборку пакета в последовательности пластина - гофра, количество их в собранном пакете составляло: пластин - 24, гофр - 23. Собранные детали (пластины и гофры с их чередованием до количества 24 пластины + 23 гофры) в приспособлении поджимают со стороны пластин. Поджатие деталей осуществляли в приспособлении механическим путем для выбора зазора между пластинами и гофрами. Контроль осуществляли визуально по величине деформации гофр. Затем собранный пакет из пластин и гофр устанавливали в печь в горизонтальном положении. Защитная среда - вакуум 10-2 мм ртутного столба. Нагрев проводили до температуры пайки 290-300°C. Выдержка при этой температуре составляла 5-7 мин. Скорость нагрева и охлаждения не превышала 10-15°C в минуту. Температуру контролировали с помощью хромель-алюмелевой термопары. Параметры пайки были заданы программой.Next, the package was assembled in the plate-corrugation sequence, the number of them in the assembled package was: plates - 24, corrugation - 23. The assembled parts (plates and corrugations with their alternation to the number of 24 plates + 23 corrugations) in the device are pressed from the side of the plates. Preloading of parts was carried out in the device mechanically to select the gap between the plates and corrugations. Control was carried out visually by the value of the deformation of the corrugations. Then the assembled package of plates and corrugations was installed in the furnace in a horizontal position. The protective environment is a vacuum of 10 -2 mmHg. Heating was carried out to a soldering temperature of 290-300 ° C. Exposure at this temperature was 5-7 minutes. The heating and cooling rate did not exceed 10-15 ° C per minute. The temperature was controlled using a chromel-alumel thermocouple. The soldering parameters were set by the program.
Качество пайки оценивали на прочность гидроиспытанием теплообменника, а также металлографическим способом на шлифах, вырезанных с экспериментального теплообменника. Результаты испытаний и исследований положительны: швы плотные без пор, раковин и непропаев. В углублениях гофр покрытие никелем наблюдается, но оно равномерно распределено и является защитным в процессе эксплуатации теплообменника. Отсюда можно заключить, что способ пайки путем получения припоя контактно-реакционным плавлением покрытий, нанесенных на паяемые поверхности деталей, является оптимальным для пайки теплообменников из алюминиевых сплавов.The quality of the soldering was evaluated for strength by hydrotesting the heat exchanger, as well as metallographically on thin sections cut from the experimental heat exchanger. The test and research results are positive: the joints are dense without pores, shells and nepropaids. Nickel plating is observed in the corrugations of the corrugations, but it is evenly distributed and is protective during operation of the heat exchanger. From this we can conclude that the method of soldering by obtaining solder by contact-reaction melting of coatings deposited on the brazed surfaces of parts is optimal for brazing heat exchangers from aluminum alloys.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013157093/02A RU2569856C2 (en) | 2013-12-24 | 2013-12-24 | Soldering method of heat exchanger |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013157093/02A RU2569856C2 (en) | 2013-12-24 | 2013-12-24 | Soldering method of heat exchanger |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013157093A RU2013157093A (en) | 2015-06-27 |
| RU2569856C2 true RU2569856C2 (en) | 2015-11-27 |
Family
ID=53497220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013157093/02A RU2569856C2 (en) | 2013-12-24 | 2013-12-24 | Soldering method of heat exchanger |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2569856C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2623543C1 (en) * | 2016-02-10 | 2017-06-27 | Публичное акционерное общество криогенного машиностроения (ПАО "Криогенмаш") | Method of flux-free soldering of aluminium products |
| RU2753637C1 (en) * | 2020-11-06 | 2021-08-18 | Акционерное общество "Красноярский машиностроительный завод" | Method for preparing parts made of aluminum and its alloys for soldering |
| RU2809287C1 (en) * | 2022-12-22 | 2023-12-11 | Акционерное общество Производственно-конструкторское объединение "Теплообменник" (АО ПКО "Теплообменник") | Method for soldering microchannel heat exchanger |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2910385A (en) * | 1954-11-25 | 1959-10-27 | British Cellophane Ltd | Production of moistureproof sheet wrapping materials coated with copolymers applied from aqueous dispersions |
| SU1657311A1 (en) * | 1989-03-15 | 1991-06-23 | Предприятие П/Я А-1067 | Method of making aluminum housings of microwave modules |
| RU2101146C1 (en) * | 1996-09-27 | 1998-01-10 | Виктор Никонорович Семенов | Method of brazing aluminium parts with parts made of heat resistant steels and alloys |
| RU2219027C2 (en) * | 2002-01-15 | 2003-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Амалгамэйтед Технологическая группа" | Method for non-detachable joining of two bodies of different type metals and non-detachable joint made by such method |
| RU2320946C2 (en) * | 2003-08-19 | 2008-03-27 | Флэтплейт, Инк. | Plate heat exchanger with surface projections and method to form higher heat transfer surface |
-
2013
- 2013-12-24 RU RU2013157093/02A patent/RU2569856C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2910385A (en) * | 1954-11-25 | 1959-10-27 | British Cellophane Ltd | Production of moistureproof sheet wrapping materials coated with copolymers applied from aqueous dispersions |
| SU1657311A1 (en) * | 1989-03-15 | 1991-06-23 | Предприятие П/Я А-1067 | Method of making aluminum housings of microwave modules |
| RU2101146C1 (en) * | 1996-09-27 | 1998-01-10 | Виктор Никонорович Семенов | Method of brazing aluminium parts with parts made of heat resistant steels and alloys |
| RU2219027C2 (en) * | 2002-01-15 | 2003-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Амалгамэйтед Технологическая группа" | Method for non-detachable joining of two bodies of different type metals and non-detachable joint made by such method |
| RU2320946C2 (en) * | 2003-08-19 | 2008-03-27 | Флэтплейт, Инк. | Plate heat exchanger with surface projections and method to form higher heat transfer surface |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2623543C1 (en) * | 2016-02-10 | 2017-06-27 | Публичное акционерное общество криогенного машиностроения (ПАО "Криогенмаш") | Method of flux-free soldering of aluminium products |
| RU2753637C1 (en) * | 2020-11-06 | 2021-08-18 | Акционерное общество "Красноярский машиностроительный завод" | Method for preparing parts made of aluminum and its alloys for soldering |
| RU2809287C1 (en) * | 2022-12-22 | 2023-12-11 | Акционерное общество Производственно-конструкторское объединение "Теплообменник" (АО ПКО "Теплообменник") | Method for soldering microchannel heat exchanger |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013157093A (en) | 2015-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Papis et al. | Light metal compound casting | |
| JP4339690B2 (en) | Alloy compositions and methods for low temperature fluxless brazing | |
| US7735718B2 (en) | Layered products for fluxless brazing of substrates | |
| CA2428119C (en) | Brazing product having a low melting point | |
| CN101722380B (en) | High volume fraction grain enhanced aluminum-base compound material brazing filler metal and preparation method thereof | |
| TWI632018B (en) | Arc welding joint of zinc-based electroplated steel plate | |
| US3675310A (en) | Soldering method | |
| MXPA01011258A (en) | Brazing sheet product and method of its manufacture. | |
| CN103143804A (en) | Ultrasonic assisted flame brazing method for titanium and aluminum dissimilar metal | |
| CN102896406A (en) | TIG welding method of titanium alloy and pure aluminum plates | |
| RU2569856C2 (en) | Soldering method of heat exchanger | |
| US20130199763A1 (en) | Manufacturing Method Of Heat Exchanger, And Heat Exchanger Manufactured By Such Manufacturing Method | |
| WO2004080640A1 (en) | Aluminium layered brazing product and method of its manufacture | |
| JP7210259B2 (en) | Aluminum bonded body, manufacturing method thereof, and brazing sheet used for aluminum bonded body | |
| JP2013086103A (en) | Aluminum alloy brazing sheet | |
| JP2006509635A (en) | Brazed sheet product having a clad layer and a coating layer of an iron alloy and method for producing the same | |
| CN109811290A (en) | A kind of surface treatment method of hot-dip steel | |
| CA2493038A1 (en) | Brazing product and method of its manufacture | |
| MXPA05001021A (en) | Brazing product and method of manufacturing a brazing product. | |
| RU2101146C1 (en) | Method of brazing aluminium parts with parts made of heat resistant steels and alloys | |
| JPH11254127A (en) | Method for brazing copper and aluminum | |
| RU2569858C2 (en) | Preparation method of parts for soldering | |
| JP2007275940A (en) | Method for manufacturing aluminum heat exchanger | |
| RU2511722C1 (en) | Soldering method of products from steel, copper and copper alloys using silver-containing solder alloys | |
| JPS6082676A (en) | Manufacture of heat-exchanger pipe |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151225 |