RU2672652C1 - Плакированные листы для теплообменников - Google Patents

Плакированные листы для теплообменников Download PDF

Info

Publication number
RU2672652C1
RU2672652C1 RU2017124657A RU2017124657A RU2672652C1 RU 2672652 C1 RU2672652 C1 RU 2672652C1 RU 2017124657 A RU2017124657 A RU 2017124657A RU 2017124657 A RU2017124657 A RU 2017124657A RU 2672652 C1 RU2672652 C1 RU 2672652C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
composite metal
layer
rolling
cladding layer
alloy
Prior art date
Application number
RU2017124657A
Other languages
English (en)
Inventor
Джон Энтони ХАНТЕР
Юди ЮАНЬ
Original Assignee
Новелис Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=55077634&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=RU2672652(C1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Новелис Инк. filed Critical Новелис Инк.
Application granted granted Critical
Publication of RU2672652C1 publication Critical patent/RU2672652C1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/084—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from aluminium or aluminium alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/38—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling sheets of limited length, e.g. folded sheets, superimposed sheets, pack rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/02—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/02—Casting compound ingots of two or more different metals in the molten state, i.e. integrally cast
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/04—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a rolling mill
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B32B15/016—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic all layers being formed of aluminium or aluminium alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/06—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/089—Coatings, claddings or bonding layers made from metals or metal alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • F28F3/14—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels by separating portions of a pair of joined sheets to form channels, e.g. by inflation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/38—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling sheets of limited length, e.g. folded sheets, superimposed sheets, pack rolling
    • B21B2001/383—Cladded or coated products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/38—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling sheets of limited length, e.g. folded sheets, superimposed sheets, pack rolling
    • B21B2001/386—Plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/08—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes pressed; stamped; deep-drawn
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12736—Al-base component
    • Y10T428/12764—Next to Al-base component

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано при производстве композитных металлических листов и изделий из них, в частности коррозионно-стойких теплообменников. Один или оба плакирующих слоя листа содержат алюминиевый сплав АА1ХХХ или АА3ХХХ, при этом содержание магния <0,2 мас.%. Слой сердцевины содержит сплав АА5005, или АА5052 или АА4045. При производстве композитного металлического листа первый плакирующий слой, слой сердцевины и второй плакирующий слой могут быть соединены прокаткой или наплавлены литьем для формирования слитка с последующей его прокаткой. При производстве теплообменников на выбранные области поверхностей композитных металлических листов наносят противосварочную краску и после соединения их прокаткой раздувают выбранную область между первым и вторым композитными металлическими листами для формирования каналов. Изобретение обеспечивает получение композитных листов и полученных из них объектов с высокими коррозионными свойствами плакирующего слоя. 9 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 3 пр.

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Данная заявка заявляет приоритет заявки на патент США № 62/095146, поданной 22 декабря 2014 г., которая включена в данный документ в полном объеме посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к областям материаловедения и химии материалов, в частности материалам и способам повышения коррозионной стойкости теплообменников.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Коррозия металла представляет собой значительную проблему в области материаловедения и химии материалов. Коррозионная стойкость представляет собой требуемое свойство металлов, в частности металлов, использующихся в агрессивной окружающей среде, способствующей коррозии. Один из примеров такой агрессивной окружающей среды представляет собой морскую воду. Соответственно, коррозионная стойкость металлических материалов, использующихся в морских приложениях, представляет собой насущную проблему в области материаловедения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Термины «изобретение», «данное изобретение», «это изобретение» и «настоящее изобретение», использующиеся в данном документе, предназначены для широкого охвата всех объектов изобретения этой патентной заявки и пунктов формулы изобретения, приведенных ниже. Формулировки, содержащие эти термины, должны пониматься как такие, что не ограничивают объект изобретения, описанный в данном документе, или не ограничивают смысл или объем формулы изобретения патента, приведенной ниже. Охватываемые варианты реализации данного изобретения определяются формулой изобретения, а не этим кратким описанием. Это краткое описание представляет собой обобщенный обзор различных аспектов данного изобретения и представляет некоторые идеи, которые дополнительно описаны в разделе «подробное описание сущности изобретения», приведенном ниже. Это краткое описание не предназначено для определения ключевых или основных характерных особенностей заявляемого объекта изобретения, как и не предназначено использоваться отдельно для определения объема заявляемого объекта изобретения. Объект изобретения должен рассматриваться со ссылкой на соответствующие части полного описания изобретения, какой-либо фигуры или всех графических материалов, и каждого пункта формулы.
Описаны различные материалы из алюминиевых (Al) сплавов, которые могут быть использованы для производства способом соединения прокаткой пластинчатых теплообменников, которые содержат проточные каналы или трубки для переноса флюида. Такие теплообменники производятся относительно недорогими способами соединения прокаткой и демонстрируют высокую эффективность переноса тепла и великолепную коррозионную стойкость, в частности в морской окружающей среде.
В одном способе, два отдельных алюминиевых листа проходят одновременно через клеть прокатного стана, обычно при повышенной температуре. Верхняя поверхность нижнего листа, которая контактирует с нижней поверхностью верхнего листа, обычно представляет собой поверхность, полученную трафаретной печатью с контуром, заданным путем нанесения противосварочной краски. Соответствующая температура обработки для соединения прокаткой может варьироваться в зависимости от общего обжатия по толщине и обрабатываемых сплавов, но желательной является температура примерно в диапазоне от 150 °C до 500 °C. После соединения прокаткой, между двумя листами создается постоянное металлургическое соединение (эффективно формируя единый лист). Тем не менее, области соприкасающейся поверхности, содержащие противосварочную краску, не формируют постоянное соединение. Эти области могут представлять собой разделенные и последовательные промежутки, раздутые таким образом, чтобы формировать встроенные проточные каналы, подходящие для рабочего флюида теплообменника (Фиг. 1).
ОДНОСТОРОННЕ ПЛАКИРОВАННЫЙ МАТЕРИАЛ
В одном из вариантов реализации изобретения обеспечивается материал, содержащий коррозионностойкую металлосплавную сердцевину и металлосплавной плакирующий слой, который наплавляется литьем из расплава на металлическую сплавную сердцевину для формирования односторонне плакированного листа. Литье из расплава известно в области техники, что подтверждено следующими патентами США: 7748434, 7762310, 7789124, 7882887, 7975752, 8336603, 8347949, 8415025 и 8418748.
Металлосплавной плакирующий слой выбирается для удобства соединения прокаткой. В этом варианте реализации изобретения плакирующие слои двух односторонне плакированных листов соединены прокаткой один с другим для производства двухпластинчатого теплообменника со встроенной трубкой (Фиг. 1). Этот способ соединения прокаткой образовывает постоянное металлургическое соединение между областями плакирующего слоя первого листа и плакирующего слоя второго листа.
Многие из наиболее коррозионностойких сплавов содержат значительные концентрации магния (Mg). Подобное содержание магния не позволяет использовать эти сплавы в соединении прокаткой из-за, по меньшей мере частично, неуправляемого образования оксида магния (MgO) в зоне контакта прокатки. Основной идеей является использование исходной заготовки односторонне плакированного листа в способе соединения прокаткой. Подобное асимметричное расположение позволяет контролировать металлургическое соединение в области соприкасающихся поверхностей с помощью композиции плакирующего слоя. Этот позволяет эффективно использовать произвольный сплав сердцевины в двухпластинчатом теплообменнике (Фиг. 1).
В другом варианте реализации изобретения плакирующие слои двух листов односторонне плакированного материала соединены вместе прокаткой. Для формирования слоя сердцевины могут использоваться сплавы AA5XXX. Как правило, предпочтительными являются сплавы AA5XXX, которые рассматриваются как «ненасыщенные» или «с малым содержанием магния». Эти сплавы являются устойчивыми к межкристаллитной коррозии и демонстрируют хорошую общую коррозионную стойкость. В одном варианте изобретения, не имеющем ограничительного характера, используется сплав AA5005. В другом варианте реализации изобретения, не имеющем ограничительного характера, используется сплав AA5052. Сплавы с содержанием магния в диапазоне от 0,5% до 2,7% (массовый процент (% мас.)) рассматриваются как реальные варианты для вышеописанной односторонне-плакированной конфигурации. В этой патентной заявке, все процентные числа, связанные с отдельными элементами в этих сплавах, выражены в % мас.. Нижний предел показывает минимум, необходимый для обеспечения хорошей коррозионной стойкости в морских условиях, в то время как верхний предел представляет максимум содержания магния, который может быть обеспечен без риска повышения чувствительности микроструктуры и увеличения подверженности межкристаллитной коррозии (МКК).
Для плакирующего слоя могут использоваться сплавы AA3XXX или AA1XXX. Как правило, для удобства соединения прокаткой используются сплавы AA3XXX и AA1XXX, которые рассматриваются как «ненасыщенные» или «с малым содержанием магния». Величина % мас. магния в этих сплавах представляет собой, как правило, диапазон 0,01-0,05% для сплава AA1XXX и 0,01-0,2% для сплава AA3XXX. В вышеописанной односторонне-плакированной конфигурации, основной целью плакирующего слоя AA3XXX или плакирующего слоя AA1XXX - обеспечить эффективное соединение прокаткой алюминиевого листа. Серьезное внимание при оценке содержания магния нужно уделить верхнему пределу, после превышения которого содержание оксида магния увеличится до значения, при котором не может происходить эффективное и стойкое соединение прокаткой. При нормальных внешних атмосферных условиях этот предел представляет собой, возможно, около 0,2% Mg; хотя потенциально допускается 0,4% Mg, если показатели обжатия по толщине достаточно высоки. Если были предприняты специальные меры (например, соединение прокаткой в инертной среде), тогда теоретически возможно соединение прокаткой с применением плакированных сплавов с >0,4% Mg.
В одном из вариантов изобретения, не имеющем ограничительного характера, для плакирующего слоя используется сплав AA3003. В другом варианте реализации изобретения, не имеющем ограничительного характера, для плакирующего слоя используется сплав AA1100, Пока содержание магния находится в пределах <0,2%, для использования могут рассматриваться подавляющее большинство, если не все, сплавов AA1XXX и AA3XXX.
ДВУСТОРОННЕ ПЛАКИРОВАННЫЙ МАТЕРИАЛ
Также обеспечивается материал, содержащий металлическую сердцевину с высоким содержанием скрапа и содержащий две стороны, первый металлический плакирующий слой наплавлен на одну сторону сердцевины, а второй металлический плакирующий слой наплавлен на другую сторону сердцевины. Материал может иметь форму листа. Затем эти два плакированных листа соединяются вместе прокаткой для получения постоянного металлургического соединения между областями плакирующего слоя первого листа и плакирующего слоя второго листа (Фиг. 2).
В варианте реализации изобретения примере недорогой, но подверженный коррозии сплав сердцевины защищен от внешних воздействий коррозионностойким плакирующим слоем таким образом, который не допускает контакт сплава сердцевины ни с рабочим флюидом (в пределах встроенных проточных каналов), ни с внешней окружающей средой (например, морской водой).
В этом варианте реализации изобретения для плакирующих слоев используются сплавы, имеющие предрасположенность к соединению прокаткой. Сплав AA3XXX или AA1XXX может быть использован для одного или обоих плакирующих слоев. В одном варианте реализации изобретения оба плакирующих слоя представляют собой сплав AA3XXX. В другом варианте реализации изобретения оба плакирующих слоя представляют собой сплав AA1XXX. В еще одном варианте реализации изобретения, не имеющем ограничительного характера, один плакирующий слой представляет собой сплав AA1XXX, а другой плакирующий слой представляет собой сплав AA3XXX. В еще одном варианте реализации изобретения, не имеющем ограничительного характера, один плакирующий слой представляет собой сплав AA1XXX или AA3XXX, а другой плакирующий слой представляет собой сплав AA5XXX. Плакирующие слои могут окружать недорогой слой сердцевины, который может содержать относительно высокое содержание скрапа, содержащего алюминий.
Для формирования слоя сердцевины могут быть использованы различные источники скрапа, таким образом панели теплообменника могут действовать как эффективный потребитель алюминиевого скрапа. Двусторонне плакированный пример имеет сходство с сэндвичной конструкцией, разработанной для того, чтобы инкапсулировать практически любую композицию на основе алюминия в слое сердцевины, независимо от того, обозначена она буквами AA или нет. В одном варианте реализации изобретения в качестве слоя сердцевины используется сплав AA4045.
Сплав Cu Fe Mg Mn Si Ti Zn Cr
AA4045 0,062 0,376 0,320 0,811 1.614 0,010 0,062 0,012
Сплав AA3XXX или AA1XXX может быть использован для одного или обоих плакирующих слоев. Как правило, для удобства соединения прокаткой используются сплавы AA3XXX и AA1XXX, которые рассматриваются как «ненасыщенные» или «с малым содержанием магния». % мас. магния в этих сплавах, как правило, находится в диапазоне 0,01-0,05% для сплавов AA1XXX и 0,05-0,2% для сплавов AA3XXX. В варианте реализации изобретения, не имеющем ограничительного характера, в качестве плакирующего слоя используется сплав AA3003. В другом варианте реализации изобретения, не имеющем ограничительного характера, для плакирующего слоя используется сплав AA1100, Пока содержание магния находится в пределах <0,2%, для применения в качестве плакирующего слоя может рассматриваться подавляющее большинство, если не все, сплавы AA1XXX и AA3XXX.
В другом варианте реализации изобретения традиционное валковое плакирование может использоваться как альтернатива наплавлению для производства исходных заготовок плакированных листов. Эти плакированные листы могут затем использоваться для производства двухпластинчатых теплообменников способом соединения прокаткой. В этом случае будут применяться все вышеупомянутые составы композиций для соединения прокаткой. Наиболее заметным ограничением будут показатели уровня магния, ограниченные до < 0,2% (возможно до 0,4%, если используются очень высокие значения силы обжатия).
Описанные листы на основе алюминия используются для производства теплообменников, которые обладают высокой коррозионной стойкостью в водной окружающей среде, как например морская вода.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На Фиг. 1 проиллюстрировано схематическое изображение алюминиевой панели, содержащей односторонне плакированный лист, при этом плакирующий слой одного плакированного листа обращен в сторону плакирующего слоя второго листа и они соединены вместе прокаткой для производства двухпластинчатого теплообменника со встроенной трубкой.
На Фиг. 2 проиллюстрировано схематическое изображение алюминиевой панели, содержащей сформированный двусторонним наплавлением плакированный лист, при этом два таких листа соединены вместе прокаткой для производства двухпластинчатого теплообменника со встроенной трубкой.
Фиг. 3 иллюстрирует схематические изображения прерывистого способа соединения алюминия прокаткой для производства двухпластинчатого теплообменника со встроенной трубкой.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В данном документе описаны усовершенствованные металлические материалы на основе алюминия, которые могут быть описаны как листы, содержащие сердцевину и плакирующий слой. В некоторых вариантах реализации изобретения усовершенствованные металлические материалы сформированы в листы и плакирующий слой нанесен на одну сторону листа (одностороннее плакирование) или нанесенный на обе стороны листа (двустороннее плакирование). Один пример усовершенствованного металлического материала представляет собой односторонне плакированный лист, содержащий металлосплавную сердцевину и металлосплавной плакирующий слой, который наплавлен на металлосплавную сердцевину. Другой пример усовершенствованного металлического материала представляет собой лист, содержащий металлическую сердцевину с первым металлическим плакирующим слоем, наплавленным на первую сторону сердцевины, и вторым плакирующим слоем, наплавленным на вторую сторону сердцевины. Также другой пример усовершенствованного металлического материала представляет собой лист, содержащий металлосплавную сердцевину и металлосплавной плакирующий слой, который присоединен к металлосплавной сердцевине прокаткой. Еще другой пример усовершенствованного металлического материала представляет собой лист, содержащий металлическую сердцевину с первым металлическим плакирующим слоем, соединенным прокаткой к первой стороной сердцевины, и второй плакирующий слой, присоединенный прокаткой ко второй стороне сердцевины. Примеры усовершенствованных металлических материалов, описанных в данном документе, могут обозначаться как «плакированные листовые сплавы».
Изобретатели обнаружили что, комбинируя различные металлосплавы в плакированные листовые сплавы, они могут достичь одно или больше из следующих преимуществ: повышение удобства производства металлических композитов; снижение стоимости производства из-за использования скрапа в слое сердцевины, повышения коррозионной стойкости и включения высокого содержания скрапа. Два несомненных преимущества комбинации наплавления/соединения прокаткой являются коррозионная стойкость (в силу возможности использовать коррозионностойкие сплавы, который в обычных условиях не могут быть соединены прокаткой) и включение скрапа в слой сердцевины, что невозможно в монолитном исполнении.
Также в данном документе описаны способы подготовки вышеописанных усовершенствованных металлических материалов и форм, изготовленных из этих материалов.
Коррозионная стойкость
Коррозионная стойкость металлических материалов представляет собой насущную задачу в области материаловедения, в частности, когда материалы используются в агрессивных окружающей среде. Один из пример агрессивной окружающей среды представляет собой морскую окружающую среду. Некоторые металлы, как например алюминий, который является обычно коррозионностойким при нормальных условиях, все же является предрасположенным к коррозии в морской окружающей среде. Алюминий может очень легко окисляться, формируя защитную пассивирующую оксидную пленку на поверхности металла. Формирование устойчивой оксидной пленки на алюминиевой поверхности как правило обеспечивает отличную стойкость к коррозии. Тем не менее, коррозия алюминия может происходить, если оксидная пленка повреждена или при определенных электрохимических условиях, включая наличие хлорид-анионов, как например в морской воде. Питтинговая коррозия представляет собой форму высоколокализованной коррозии, появляющаяся на поверхности металла, которая часто наблюдается начинающейся в слабых точках пассивирующей пленки, как например интерметаллические включения или частицы. После разрушения пассивирующей пленки в локальных точках, создаются пары «ион/электрон» и коррозия может протекать через половинные реакции, происходящие на анодных и катодных участках. Устойчивость к питтингу может быть оценена методами электрохимического тестирования, такими как эксперименты по линейной поляризации.
Некоторые алюминиевые сплавы обладают более высокой устойчивостью к питтингу чем другие сплавы и поэтому являются более коррозионностойкими при использовании в агрессивной окружающей среде, как например морской воде. Тем не менее, такие коррозионностойкие сплавы могут быть дорогими в производстве, а также необязательно обладать физическими свойствами, которые позволяют им эксплуатироваться в определенных применениях или технологических процессах. Например, некоторые из доступных коррозионностойких алюминиевых сплавов не могут быть легко обработаны с помощью соединения прокаткой.
Плакированные листовые сплавы
Соединение прокаткой представляет собой экономичную технологию изготовления, которая очень полезна для производства определенных композитных металлов, материалов и предметов. Изобретатели обнаружили, что возможно достичь преимуществ соединения алюминиевого материала прокаткой, но при этом также достичь более высокой коррозионной стойкости, чем позволяют сплавы, обычно подходящие для соединения прокаткой. Эта цель может быть достигнута путем комбинирования сплавов, подходящих для соединения прокаткой, с коррозионностойкими сплавами в одних и тех же материалах. В одном конкретном примере могут быть изготовлены металлические листы и другие связанные формы, которые включают как алюминиевые сплавы, подходящие для соединения прокаткой, так и сплавы с высокой коррозионной стойкостью.
Листы и другие формы материалов, описанные в данном документе, могут упоминаться как «плакированные листовые материалы», «плакированные листовые сплавы» и другие связанные термины. Плакированные листовые сплавы или материалы, описанные в данном документе, обычно включают сердцевину из коррозионностойкого сплава и по меньшей мере один плакирующий слой для удобства соединения прокаткой (Фиг. 1). В одном варианте реализации изобретения плакирование плакированных листовых сплавов или материалов, описанных в данном документе, изготовлено из сплава, совместимого со способом соединения прокаткой. Плакированные листовые материалы, описанные в данном документе, могут содержать второй плакирующий слой. Другими словами, плакированные листовые сплавы могут быть односторонне или двусторонне плакированные. Такие листы могут быть изготовлены с использованием обычных технологий соединения прокаткой или наплавлением литьем на слитки, с сердцевиной и одним или больше плакирующими слоями с последующей горячей прокаткой и холодной прокаткой в листы.
Сердцевина
Некоторые варианты изобретения плакированных листовых сплавов, описанных в данном документе, содержат сердцевину из алюминиевого сплава, совместимую с традиционным способом соединения прокаткой. Кроме того, сплавы сердцевины могут быть выбраны по одной или нескольким из следующих характеристик: формуемость; коррозионная стойкость, такая как долговременная коррозионная стойкость в теплой и холодной морской воде; подходящий гальванический баланс между сплавом сердцевины и сплавом плакирующего слоя для обеспечения самозащиты плакированного листового сплава по краям, подверженным коррозионной среде; возможность переплавки и возможность обычных способов прокатки.
Совместимые со способом соединения прокаткой алюминиевые сплавы содержат различные элементы, как проиллюстрировано в таблице, приведенной ниже.
Значительное внимание при анализе содержания магния следует уделить верхнему пределу, превысив который оксидирование магния увеличится до значения, при котором не может происходить эффективное и стойкое соединение прокаткой. При нормальных внешних атмосферных условиях этот предел представляет собой, возможно, около 0,2% Mg; хотя потенциально может быть обеспечено 0,4% Mg, если показатели обжатия по толщине достаточно высоки. Если были предприняты специальные меры (например, соединение прокаткой в инертной среде), тогда теоретически возможно соединение прокаткой с применением плакированных сплавов с >0,4% Mg. Как правило, вариантами для соединения прокаткой являются сплавы, содержащие < 0,2% Mg.
Состав некоторых сплавов, совместимых со способом соединения прокаткой (массовый процент (% мас.)):
Сплав Химический состав, % мас.
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti другие Al
AA1100 0,10-0,20 0,20-0,50 0,0-0,15 0,0-0,05 0,0-0,05 0,0-0,03 0-0,03 0,01-0,02 0,15 уравновешивание
AA3003 0,15-0,55 0,50-0,70 0,0-0,20 1,0-1,5 0,0-0,05 0,0-0,03 0,0-0,10 0,0-0,03 0,10 уравновешивание
В некоторых других примерах, плакированные листовые сплавы, описанные в данном документе, содержат алюминиевый сплав сердцевины с высоким содержанием скрапа.
Плакирующий слой
Плакированные листовые сплавы, описанные в данном документе, содержат плакирующий слой на одной или обеих сторонах листа. Сплавы, использующиеся для плакирующего слоя, или «сплавы плакирующего слоя» представляют собой алюминиевые сплавы. Некоторые из сплавов плакирующего слоя выбираются для обеспечения коррозионной стойкости. Например, в некоторых случаях, сплавы плакирующего слоя выбираются для обеспечения высокой коррозионной стойкости или для удобства соединения прокаткой, или для того и другого. Например, сплавы плакирующего слоя могут выбираться так, чтобы проявлять долгосрочную коррозионную стойкость в теплой и холодной морской воде. Некоторыми другими факторами, на основе которых выбираются сплавы плакирующего слоя, являются один или больше из следующих: совместимость со способом соединения прокаткой; совместимость с наплавлением литьем; формуемость; коррозионная стойкость, как например долгосрочная коррозионная стойкость в теплой и холодной морской воде; подходящий гальванический баланс между сплавом сердцевины и сплавом плакирующего слоя для обеспечения самозащиты плакированного листового сплава по краям подверженным воздействию коррозионной окружающей среде; возможность переплавки и возможность обычных способов прокатки.
В этом варианте реализации изобретения желательные плакированные композиции представляют собой совместимые с соединением прокаткой (т.е. с очень низким содержанием магния), при этом все еще обладают хорошей морской коррозионной стойкостью. В таком случае могут быть использованы базовые композиции с более высокой чистотой (при сведении к минимуму примесей железа, меди, марганца и других общих фоновых примесей). Это обусловлено тем, что эти элементы обычно присутствуют в качестве катодных компонентов второй фазы в матрице сплава. Таким образом, они, как правило, способствуют микрогальванической активности в хлоридных средах и, следовательно, разрушению пассивирующей пленки и питтинговой коррозии. Соответственно, могут использоваться такие сплавы как например AA1050, AA1060, AA1070 (или даже более чистый AA1080). Для 3XXX могут использоваться базовые композиции с более высокой чистотой, как например AA3003, AA3004 и AA3104.
Примеры плакированного листового сплава
Односторонне плакированный лист
В одном примере варианта реализации изобретения плакированный лист представляет собой односторонне плакированный листовой сплав. Односторонне плакированный листовой сплав содержит плакирование алюминиевого сплава, выбранного для обеспечения совместимости с соединением прокаткой, и одностороннюю сердцевину алюминиевого сплава, выбранную на основании максимальной стойкости к питтинговой коррозии в агрессивной окружающей среде, как например в морской окружающей среде. Важно отметить, что типичные алюминиевые сплавы, подходящие для морской окружающей среды из-за их высокой коррозионной стойкости, не могут быть соединены прокаткой из-за присутствия в таких сплавах термооксидов на основе магния. В одном варианте реализации изобретения плакирующий слой наносится технологией наплавления литьем с последующей горячей прокаткой и холодной прокаткой в листы. В другом варианте реализации изобретения плакирующий слой наносится на слой сердцевины технологией традиционного соединения прокаткой.
Алюминиевая панель, содержащая односторонне плакированный лист, соединяется прокаткой со вторым односторонне плакированным листом, с двумя плакирующими слоями, обращенные навстречу друг другому, для производства двухпластинчатого теплообменника со встроенной трубкой. Односторонне плакированный лист, содержащий коррозионностойкий сплав сердцевины и плакирующий сплав, выбираются для удобства соединения прокаткой (Фиг. 1). В этом примере сплав сердцевины представляет собой сплав AA5XXX, а плакирующий сплав представляет собой сплав AA3XXX. Многие из наиболее коррозионностойких сплавов содержат значительные концентрации магния. Это содержание магния не позволяет использовать эти сплавы в соединении прокаткой из-за неуправляемого образования оксида магния на поверхности контакта прокатки. В этом примере односторонне плакированный лист используется как исходная заготовка в способе соединения прокаткой. Это асимметричное расположение позволяет управлять металлургическим соединением в сопряженных поверхностях через композицию плакирующего слоя. Этот позволяет эффективно использовать любой сплав сердцевины в двухпластинчатом теплообменнике. Не имеющие ограничительного характера примеры теплообменников, содержащих пластины теплообменника, которые могут быть произведены, применяя сплавы и листы данного изобретения, проиллюстрированы патентами WO2013/025797, WO2013/025802 и WO2014/062653.
Два отдельных алюминиевых листа проходят одновременно через клеть прокатного стана, обычно при повышенной температуре (Фиг. 3). Соответствующая температура обработки для соединения прокаткой может варьироваться в зависимости от силы общего обжатия по толщине и обрабатываемых сплавов, но желательной является температура где-то в диапазоне от 150 °C до 500 °C. Верхняя поверхность нижнего листа обычно представляет собой поверхность, полученную трафаретной печатью с контуром, заданным противосварочной краской. После соединения прокаткой между двумя листами образовывается постоянное металлургическое соединение, которое эффективно формирует единый лист. Тем не менее, области соприкасающейся поверхности, содержащие противосварочную краску, не формируют постоянное соединение. Эти области могут представлять собой разделенные и последовательные раздутые промежутки для образования встроенных проточных каналов, подходящих для рабочего флюида теплообменника.
В одном варианте реализации изобретения обеспечивается материал, содержащий коррозионностойкую металлосплавную сердцевину и металлосплавной плакирующий слой, который наплавляется литьем из расплава на металлическую сплавную сердцевину. Металлосплавной плакирующий слой выбирается для удобства соединения прокаткой. В этом варианте реализации изобретения два односторонне плакированных листа соединены прокаткой один с другим для производства двухпластинчатого теплообменника со встроенной трубкой. Этот способ соединения прокаткой образовывает постоянное металлургическое соединение между областями плакирующего слоя первого листа и плакирующего слоя второго листа.
В одном варианте реализации изобретения используются два листа односторонне плакированного материала, которые соединены вместе прокаткой. В качестве слоя сердцевины могут использоваться сплавы AA5XXX. Как правило, используются сплавы AA5XXX, которые рассматриваются как «ненасыщенные» или «с малым содержанием магния». Эти сплавы являются относительно устойчивыми к межкристаллитной коррозии и демонстрируют хорошую коррозионную стойкость. В одном примере используется сплав AA5005. В другом примере используется сплав AA5052.
Для плакирующего слоя могут использоваться сплавы AA3XXX или AA1XXX. Как правило, для удобства соединения прокаткой используются сплавы AA3XXX и AA1XXX, которые рассматриваются как «ненасыщенные» или «с малым содержанием магния». % вес. магния в этих сплавах, как правило, находится в диапазоне 0,01-0,05% для сплавов AA1XXX и 0,05-0,2% для сплавов AA3XXX. В одном варианте реализации изобретения для плакирующего слоя используется сплав AA3003. В другом примере для плакирующего слоя используется сплав AA1100, Пока содержание магния находится в пределах <0,2%, для применения в качестве плакирующего слоя может рассматриваться подавляющее большинство, если не все, сплавов AA1XXX и AA3XXX.
Двусторонне плакированный лист
Другой пример плакированных листовых сплавов данного изобретения представляет собой двусторонне плакированный листовой сплав (Фиг. 2). В одном примере двусторонне плакированный листовой сплав содержит по меньшей мере плакирующий слой на одной стороне, выбранный по причине обеспечения коррозионной стойкости. Плакирующий слой на второй стороне листа может быть таким же коррозионностойким сплавом (симметричный лист) или другим сплавом (асимметричный лист). Применение различных комбинаций сердцевины и плакирующего слоя позволяет применять различные свойства сплава и способы изготовления для создания экономичных плакированных листовых сплавов с желаемыми свойствами. Один пример двусторонне плакированного листового сплава представляет собой асимметричный двусторонне плакированный листовой сплав, содержащий сердцевину с высоким содержанием скрапа, плакирование одной стороны слоем сплава с высокой коррозионной стойкостью, что подходит для морских применений, и плакирование второй стороны слоем сплава со средней коррозионной стойкостью, совместимым со способом соединения прокаткой. Этот асимметричный двухсторонний листовой сплав использует высокое содержание скрапа и соединение прокаткой, что упрощает изготовление и снижает издержки производства, но в то же время обеспечивает высокую степень коррозионной стойкости.
Также обеспечивается материал, содержащий металлическую сердцевину с высоким содержанием скрапа и содержащий две стороны, первый металлический плакирующий слой наплавлен на одну сторону сердцевины, а второй металлический плакирующий слой наплавлен на другую сторону сердцевины. Материал может быть в форме листа. Затем эти два плакированных листа соединяются вместе прокаткой для получения постоянного металлургического соединения между областями плакирующего слоя первого листа и плакирующего слоя второго листа.
В этом примере недорогой, но подверженный коррозии сплав сердцевины защищен от внешних воздействий коррозионностойким плакирующим слоем таким образом, который не позволяет контактировать сплаву сердцевины ни с рабочим флюидом (в пределах встроенных проточных каналов), ни с внешней окружающей средой (например, морской водой).
В этом варианте реализации изобретения используются сплавы с предрасположенностью к соединению прокаткой. Сплав AA3XXX или AA1XXX может быть использован для одного или обоих плакирующих слоя. В одном варианте реализации изобретения оба плакирующих слоя представляют собой сплав AA3XXX. В другом варианте реализации изобретения оба плакирующих слоя представляют собой сплав AA1XXX. В еще одном варианте реализации изобретения один плакирующий слой представляет собой сплав AA1XXX, а другой плакирующий слой представляет собой сплав AA3XXX. В этом же еще одном варианте реализации изобретения один плакирующий слой представляет собой сплав AA1XXX или AA3XXX, а другой плакирующий слой представляет собой сплав AA5XXX.
Плакирующие слои могут окружать недорогой слой сердцевины, который может содержать относительно высокое содержание скрапа, содержащего алюминий.
сплав Cu Fe Mg Mn Si Ti Zn Cr
AA4045 0,062 0,376 0,320 0,811 1.614 0,010 0,062 0,012
В одном варианте реализации изобретения, как проиллюстрировано выше, сплав сердцевины представляет собой сплав AA4045. Термин «скрап» означает, что он содержит более высокое содержание кремния (Si), железа (Fe), меди (Cu) и цинка (Zn).
Сплав AA3XXX или AA1XXX может быть использован для одного или обоих плакирующих слоев. Как правило, для удобства соединения прокаткой используются сплавы AA3XXX и AA1XXX, которые рассматриваются как «ненасыщенные» или «с малым содержанием магния». Пока содержание магния находится в пределах <0,2%, для применения в качестве плакирующего слоя может рассматриваться подавляющее большинство, если не все, сплавы AA1XXX и AA3XXX. Массовый процент (% мас.) магния в этих сплавах, как правило, находится в диапазоне 0,01-0,05 для сплавов AA1XXX и 0,05-0,2 для сплавов AA3XXX. В одном варианте реализации изобретения для плакирующего слоя используется сплав AA3003. В другом варианте реализации изобретения для плакирующего слоя используется сплав AA1100,
Способы производства коррозионностойкого теплообменника
Плакированные листовые сплавы, описанные в данном документе, могут быть изготовлены способами, которые включают по меньшей мере некоторые из технологий, описанных в данном документе. Способы производства литых листовых сплавов включены в объем настоящего описания.
Два отдельных Al листа проходят одновременно через клеть прокатного стана (обычно при повышенной температуре) (Фиг. 3). Верхняя поверхность нижнего листа обычно представляет собой поверхность, полученную трафаретной печатью с контуром, заданным с помощью противосварочной краски, прежде чем она контактирует с нижней поверхностью верхнего листа. После соединение прокаткой между двумя листами образовывается постоянное металлургическое соединение (эффективно формируя единый лист). Тем не менее, области соприкасающихся поверхностей, содержащие противосварочную краску, не формируют постоянное соединение. Эти области могут представлять собой разделенные и последовательные промежутки, раздутые так, чтобы образовывать встроенные проточные каналы, подходящие для рабочего флюида теплообменника.
Диапазон температур соединения прокаткой может представлять собой приблизительно от 150°C до 500°C в зависимости от сплавов/калибров и общей силы обжатия по толщине, которые используются, как известно специалисту, квалифицированному в область техники. Максимальная высота раздутия будет зависеть от требований к конструкции и характеристик теплой/горячий формовки сплава(ов), которые соединяются прокаткой; особенно максимального относительного удлинения полосы сплава.
Использования и применения
Плакированные листовые сплавы, описанные в данном документе, могут быть использованы во множестве прикладных задач. Одно типовое применение представляет собой производство моделей алюминиевой панели теплообменника для силовых установок. В более общем смысле, плакированные листовые сплавы с высокой коррозионной стойкостью плакирующего слоя являются подходящими для различного использования в морской окружающей среде. Эти плакированные листовые сплавы могут быть использованы для получения полезной энергии из относительно непродуктивных теплопотерь, таких как теплая вода, находящаяся в верхних слоях океана, или из других потоков теплопотерь, например сбросов электростанций, или сливов, связанных с другими промышленными процессами.
Свойства и преимущества
Плакированные листовые сплавы, описанные в данном документе, могут обладать различными конструктивными и функциональными характеристиками и свойствами. Эти характеристики и свойства могут использоваться для описательных и отличительных целей, но также могут быть выгодно использованы в различных применениях и прикладном использовании комбинированных покрытий, описанных здесь. Некоторыми, но не всеми характеристиками и свойствами пленок и покрытий являются доступность и меньшая стоимость изготовления, что может быть достигнуто, например, использованием технологии соединения прокаткой и/или скрапа и отличной коррозионной стойкостью. Примеры плакированных листовых сплавов, подходящих для отдельных прикладных задач, могут обладать некоторыми характеристиками, ориентированными на конкретное применение.
Объекты, формы, устройства и аналогичные объекты, изготовленные или содержащие плакированные листовые сплавы, включены в объем настоящего изобретения. Один типовой объект представляет собой теплообменник.
Следующие примеры будут служить для дополнительной иллюстрации данного изобретения, но при этом не несут никакого ограничительного смысла. Напротив, должно быть четко понятно, что можно получить различные варианты реализации изобретения, модификации и их эквиваленты, которые после прочтения описания в данном документе могут представить специалисты, квалифицированные в данной области техники, не отступая от сущности изобретения. Во время исследований, описанных в следующих примерах, соблюдались обычные процедуры, если не указано иное. Некоторые из операций описаны ниже с иллюстративной целью.
Пример 1
Слиток, содержащий сердцевину АА5005А и плакировку АА3003, был отлит в литейной форме шириной 1900 мм. Слиток представлял собой приблизительно 12000 кг с 10% (% мас.) плакировки. Поверхность сердцевины была обработана до приблизительно 12мм. Поверхность покрытия была обработана до приблизительно 11мм. Слиток был разделен по центру для повышения эффективности производства. Обработанный слиток пропускали через реверсивный прокатный стан с вкладышем 3003 на нижней поверхности на горячей линии и на верхней поверхности на холодной и чистовой линии. Были сделаны два среза кромок. После обрезки холодный слиток пропускали через реверсивный прокатный стан, а затем передавали на чистовой прокатный стан. Для обозначения плакированной поверхности листа использовался валик для шлифования с особой шлифовкой.
Пример 2
Алюминиевая панель, содержащая односторонне плакированный лист, произведенный по Примеру 1, соединяется прокаткой с вторым односторонне плакированным листом, произведенным по Примеру 1, с двумя плакирующими слоями, обращенными в сторону один к другому, для производства двухпластинчатого теплообменника со встроенной трубкой.
Многие из наиболее коррозионностойких сплавов содержат значительные концентрации магния. Это содержание магния не позволяет использовать эти сплавы в соединении прокаткой из-за неуправляемого образования оксида магния на поверхности контакта прокатки. В этом примере односторонне плакированный лист используется как исходная заготовка в способе соединения прокаткой. Это асимметричное расположение позволяет управлять металлургическим соединением в сопряженных поверхностях через композицию плакирующего слоя. Этот позволяет эффективно использовать любой сплав сердцевины в двухпластинчатом теплообменнике.
Два отдельных алюминиевых листа проходят одновременно через клеть прокатного стана, обычно при повышенной температуре (Фиг. 3). Верхняя поверхность нижнего листа обычно представляет собой поверхность, полученную трафаретной печатью с контуром, заданным противосварочной краской. После соединение прокаткой между двумя листами образовывается постоянное металлургическое соединение, эффективно формируя единый лист. Тем не менее, области соприкасающейся поверхности, содержащие противосварочную краску, не формируют постоянное соединение. Эти области могут представлять собой разделенные и последовательные раздутые промежутки для образования встроенных проточных каналов, подходящих для рабочего флюида теплообменника.
Пример 3
В этом примере, алюминиевая панель, содержащая двусторонне плакированный лист, соединена прокаткой с другим двусторонне плакированным листом для производства двухпластинчатого теплообменника со встроенной трубкой. Плакированная верхняя поверхность нижнего листа обычно представляет собой поверхность, полученную трафаретной печатью с контуром, заданным противосварочной краской. В этом варианте реализации изобретения двусторонне плакированный лист представляет собой содержащий коррозионностойкий плакированный сплав и недорогую сердцевину с высоким содержанием скрапа. Между верхним и нижним листами, путем приложения давления к областям, полученным трафаретной печатью с противосварочной краской, создается встроенный проточный канал для рабочего флюида. В зависимости от используемых сплавов и общих калибров, раздувание каналов может быть достигнуто с помощью технологий, известных квалифицированному в данной области техники специалисту, таких как сжатым воздухом или гидравлической жидкостью (если требуются более высокие показатели давления). Поперечное сечение через область соединения между верхним и нижним сплавленными листами с использованием соединения прокаткой демонстрирует постоянное металлическое соединение. Таким образом подверженный коррозии сплав сердцевины, который содержит недорогой скрап, защищен от внешних воздействий коррозионностойким плакирующим слоем таким образом, который не позволяет допустить контакт ни с рабочим флюидом (в пределах встроенных проточных каналов), ни с внешней окружающей средой (например, морской водой).
Все патенты, публикации и рефераты, упомянутые выше, включены в данный документ в полном объеме посредством ссылки. Возможны различные расположения и комбинации элементов и характерных особенностей, описанных в данном документе. Аналогичным образом, некоторые функции и подкомбинации являются полезными и могут использоваться без ссылок на другие функции и подкомбинации. Различные варианты реализации данного изобретения были описаны при выполнении различных задач изобретения. Следует понимать, что эти варианты реализации просто иллюстрируют принципы данного изобретения. Многочисленные модификации и их адаптации будут очевидны квалифицированным в данной области техники специалистам без отхода от сущности и объема настоящего изобретения.

Claims (23)

1. Композитный металлический лист, содержащий первый плакирующий слой, содержащий алюминиевый сплав АА1ХХХ или АА3ХХХ, при этом содержание магния представляет собой <0,2 мас.%, и слой сердцевины, содержащий сплав АА5005, АА5052 или АА4045,
при этом первый плакирующий слой связан с первой стороной слоя сердцевины.
2. Композитный металлический лист по п. 1, дополнительно содержащий второй плакирующий слой, который содержит алюминиевый сплав АА1ХХХ или АА3ХХХ, при этом содержание магния находится в пределах <0,2 мас.% и второй плакирующий слой связан со второй стороной слоя сердцевины.
3. Способ производства композитного металлического листа по п. 1, включающий этап, на котором соединяют прокаткой первый плакирующий слой и слой сердцевины.
4. Способ производства композитного металлического листа по п. 2, включающий этап, на котором наплавляют литьем первый плакирующий слой, слой сердцевины и второй плакирующий слой для формирования слитка и выполняют последующую прокатку слитка для производства композитного металлического листа.
5. Применение композитных металлических листов по п. 1 или 2 для формирования теплообменника.
6. Теплообменник, содержащий композитные металлические листы по любому из пп. 1 или 2.
7. Способ производства теплообменника, включающий этапы, на которых:
a) получают первый композитный металлический лист, содержащий первый плакирующий слой, который содержит алюминиевый сплав АА1ХХХ или АА3ХХХ, при этом содержание магния находится в пределах <0,2 мас.%, и слой сердцевины, при этом первый плакирующий слой связан с первой стороной слоя сердцевины, а слой сердцевины содержит сплав АА5005, АА5052 или АА4045;
b) получают второй композитный металлический лист, содержащий первый плакирующий слой, который содержит алюминиевый сплав АА1ХХХ или АА3ХХХ, при этом содержание магния находится в пределах <0,2 мас.%, и слой сердцевины, при этом первый плакирующий слой связан с первой стороной слоя сердцевины, а слой сердцевины содержит сплав АА5005, АА5052 или АА4045;
c) наносят противосварочную краску на выбранные области первого плакирующего слоя первого композитного металлического листа;
d) размещают первый плакирующий слой первого композитного металлического листа сопряженно с первым плакирующим слоем второго композитного металлического листа, при этом выбранные области расположены между первым композитным металлическим листом и вторым композитным металлическим листом;
e) соединяют прокаткой два композитных металлических листа и
f) раздувают выбранную область для формирования каналов.
8. Способ производства теплообменника, включающий этапы, на которых:
a) получают первый композитный металлический лист, содержащий первый плакирующий слой, который содержит алюминиевый сплав АА1ХХХ или АА3ХХХ, при этом содержание магния находится в пределах <0,2 мас.%, слой сердцевины, содержащий сплав АА5005, АА5052 или АА4045, и второй плакирующий слой, который содержит алюминиевый сплав АА1ХХХ или АА3ХХХ, при этом содержание магния находится в пределах <0,2 мас.%, при этом первый плакирующий слой связан с первой стороной слоя сердцевины, а второй плакирующий слой связан со второй стороной слоя сердцевины;
b) получают второй композитный металлический лист, содержащий первый плакирующий слой, который содержит алюминиевый сплав АА1ХХХ или АА3ХХХ, при этом содержание магния находится в пределах <0,2 мас.%, слой сердцевины, содержащий сплав АА5005, АА5052 или АА4045, и второй плакирующий слой, содержащий алюминиевый сплав А1ХХХ или АА3ХХХ, при этом содержание магния находится в пределах <0,2 мас.%, при этом первый плакирующий слой связан с первой стороной слоя сердцевины, а второй плакирующий слой связан со второй стороной слоя сердцевины;
c) наносят противосварочную краску на выбранные области первого или второго композитного металлического листа;
d) соединяют первый композитный металлический лист со вторым композитным металлическим листом таким образом, что выбранные области располагаются между первым композитным металлическим листом и вторым композитным металлическим листом;
e) соединяют прокаткой два композитных металлических листа и
f) раздувают выбранные области для формирования каналов.
9. Теплообменник, произведенный способом по п. 7.
10. Теплообменник, произведенный способом по п. 8.
RU2017124657A 2014-12-22 2015-12-15 Плакированные листы для теплообменников RU2672652C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462095146P 2014-12-22 2014-12-22
US62/095,146 2014-12-22
PCT/US2015/065667 WO2016106007A1 (en) 2014-12-22 2015-12-15 Clad sheets for heat exchangers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2672652C1 true RU2672652C1 (ru) 2018-11-16

Family

ID=55077634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017124657A RU2672652C1 (ru) 2014-12-22 2015-12-15 Плакированные листы для теплообменников

Country Status (12)

Country Link
US (2) US20170368596A1 (ru)
EP (1) EP3237129B1 (ru)
JP (1) JP6822958B2 (ru)
KR (1) KR20170096048A (ru)
CN (2) CN110252807A (ru)
AU (1) AU2015369961B2 (ru)
BR (1) BR112017012428A2 (ru)
CA (1) CA2971596C (ru)
ES (1) ES2807201T3 (ru)
MX (1) MX2017007974A (ru)
RU (1) RU2672652C1 (ru)
WO (1) WO2016106007A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2783714C1 (ru) * 2019-08-22 2022-11-16 Алерис Роллд Продактс Джермани Гмбх Плакированное изделие на основе сплава серии 2xxx для авиакосмической техники
US11879167B2 (en) 2019-08-22 2024-01-23 Novelis Koblenz Gmbh Clad 2XXX-series aerospace product

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108356077A (zh) * 2018-02-05 2018-08-03 奥科宁克（昆山）铝业有限公司 一种复合翅片制造工艺
CN108188179B (zh) * 2018-02-05 2019-12-13 奥科宁克（昆山）铝业有限公司 一种复合铝板制造工艺
TR201817369A2 (tr) * 2018-11-16 2020-06-22 Ondokuz Mayis Ueniversitesi Rektoerluek Atık alüminyum temelli çok katmanlı hibrit ve fonksiyonel dereceli kompozit köpük ve bunun üretim yöntemi.
WO2020185920A1 (en) 2019-03-13 2020-09-17 Novelis Inc. Age-hardenable and highly formable aluminum alloys, monolithic sheet made therof and clad aluminum alloy product comprising it
CN111086292A (zh) * 2020-01-16 2020-05-01 广西南南铝加工有限公司 一种含高比例返回料的铝合金复合材料及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6329075B1 (en) * 2000-02-03 2001-12-11 Reycan, L.P. Electrical conductivity and high strength aluminum alloy composite material and methods of manufacturing and use
US20080008903A1 (en) * 2006-04-13 2008-01-10 Bull Michael J Cladding superplastic alloys
US20090214891A1 (en) * 2004-11-16 2009-08-27 Lahaye Christiaan Theodorus Wilhelmus Aluminium composite sheet material
EA201170542A1 (ru) * 2008-10-08 2011-10-31 Сапа Хит Трансфер Аб Способ формования алюминиевых торцевых резервуаров теплообменников
RU2012119533A (ru) * 2009-10-13 2013-11-20 Сапа Хит Трансфер Аб Многослойный материал с высокой прочностью при высокой температуре для тонких листов в теплообменниках

Family Cites Families (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4077851B2 (ja) * 2006-02-28 2008-04-23 株式会社神戸製鋼所 クラッド材用側材
US3167405A (en) 1957-05-08 1965-01-26 Kaiser Aluminium Chem Corp Laminated aluminum article
US3240269A (en) 1965-06-02 1966-03-15 Reynolds Metals Co Composite refrigerator evaporator
US3482951A (en) 1967-07-19 1969-12-09 Robertson Co H H Porcelain enameled aluminum articles
US3893823A (en) 1972-12-18 1975-07-08 Reynolds Metals Co Cladding system
JPS53138955A (en) 1977-05-10 1978-12-04 Furukawa Aluminium Clad material for vacuum brazing
JPS59206186A (ja) * 1983-02-25 1984-11-21 アルカン・インタ−ナシヨナル・リミテツド 金属帯型複合製品およびその製作方法
JPS62227504A (ja) * 1986-03-28 1987-10-06 Showa Alum Corp 合わせ圧延用材料
JP2510449B2 (ja) 1992-01-31 1996-06-26 スカイアルミニウム株式会社 ロ―ルボンドパネル用クラッド板の製造方法
EP2256605B1 (en) * 1998-01-26 2017-12-06 Apple Inc. Method and apparatus for integrating manual input
IT1315116B1 (it) * 2000-08-04 2003-02-03 C G A Spa Evaporatore perfezionato ad alta efficienza per refrigeratori ocongelatori
US6902828B2 (en) 2001-04-09 2005-06-07 Alcoa Inc. Bright products obtained by continuous casting
PT1638715E (pt) * 2003-06-24 2008-03-17 Novelis Inc Processo para moldagem de uma lingote compósito
CA2531313C (en) 2003-07-18 2011-02-15 Corus Aluminium Walzprodukte Gmbh High strength aluminium alloy brazing sheet
US7617864B2 (en) 2006-02-28 2009-11-17 Novelis Inc. Cladding ingot to prevent hot-tearing
RU2416485C2 (ru) 2006-03-01 2011-04-20 Новелис Инк. Последовательное литье металлов с высоким коэффициентом сжатия
JP4111456B1 (ja) 2006-12-27 2008-07-02 株式会社神戸製鋼所 熱交換器用アルミニウム合金ブレージングシート
JP2010519055A (ja) 2007-02-28 2010-06-03 ノベリス・インコーポレイテッド ダイレクトチル鋳造法による金属の同時鋳造
KR101403764B1 (ko) 2007-08-29 2014-06-03 노벨리스 인코퍼레이티드 동일 또는 유사한 수축계수를 갖는 금속의 순차 주조
CA2724754C (en) 2008-05-22 2013-02-05 Novelis Inc. Oxide restraint during co-casting of metals
EP2130669A1 (en) * 2008-06-05 2009-12-09 Novelis Inc. Compound tubes
KR101000716B1 (ko) * 2008-07-18 2010-12-10 현대자동차주식회사 다차종 대응 범용 스토리지 취출 장치
CA2685750A1 (en) * 2008-11-14 2010-05-14 Novelis Inc. Composite aluminum tread plate sheet
DE102008059450A1 (de) * 2008-11-28 2010-06-02 Behr Gmbh & Co. Kg Aluminiumband, Lötbauteil, Herstellungsverfahren und Wärmetauscher und Verwendung
WO2010071981A1 (en) * 2008-12-23 2010-07-01 Novelis Inc. Clad can stock
US20100279143A1 (en) * 2009-04-30 2010-11-04 Kamat Rajeev G Multi-alloy composite sheet for automotive panels
US8637701B2 (en) 2009-05-15 2014-01-28 Nippon Shokubai Co., Ltd. Method for producing (meth) acrylic acid
JP5336967B2 (ja) * 2009-07-28 2013-11-06 株式会社神戸製鋼所 アルミニウム合金クラッド材
SE534689C2 (sv) 2009-09-17 2011-11-15 Sapa Heat Transfer Ab Lodpläterad aluminiumplåt
IN2012DN06610A (ru) 2010-02-11 2015-10-23 Novelis Inc
CN101972926B (zh) * 2010-09-30 2013-06-19 银邦金属复合材料股份有限公司 一种钎焊式热交换器用多层复合板带及其制造方法
ES2664475T3 (es) 2010-12-22 2018-04-19 Novelis, Inc. Unidad de absorción de energía solar y dispositivo de energía solar que la contiene
EP2654990B1 (en) 2010-12-22 2015-12-09 Novelis, Inc. Elimination of shrinkage cavity in cast ingots
US20130042612A1 (en) 2011-08-15 2013-02-21 Laurence Jay Shapiro Ocean thermal energy conversion power plant
US20130042996A1 (en) 2011-08-15 2013-02-21 Yunho Hwang Transferring heat between fluids
EP2570257B1 (de) * 2011-09-15 2021-05-12 Hydro Aluminium Rolled Products GmbH Aluminiumverbundwerkstoff mit AlMgSi-Kernlegierungsschicht
RU2596509C2 (ru) * 2011-11-11 2016-09-10 Новелис Инк. Алюминиевый сплав
CN203550722U (zh) * 2012-05-10 2014-04-16 美铝公司 热交换器、管及铝板产品
CN104937363B (zh) 2012-10-16 2017-10-20 阿贝尔基金会 包括歧管的热交换器
HUE042051T2 (hu) 2013-07-05 2019-06-28 Hydro Aluminium Rolled Prod Alumínium összetett anyag, mely belefektetett szilárd réteget tartalmaz
CN103600524B (zh) * 2013-11-20 2016-05-25 银邦金属复合材料股份有限公司 一种带钎料的覆铝钢管材料
CN104056859B (zh) * 2014-06-13 2017-08-29 重庆大学 一种铝/镁/钛三层复合板轧制复合方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6329075B1 (en) * 2000-02-03 2001-12-11 Reycan, L.P. Electrical conductivity and high strength aluminum alloy composite material and methods of manufacturing and use
US20090214891A1 (en) * 2004-11-16 2009-08-27 Lahaye Christiaan Theodorus Wilhelmus Aluminium composite sheet material
US20080008903A1 (en) * 2006-04-13 2008-01-10 Bull Michael J Cladding superplastic alloys
EA201170542A1 (ru) * 2008-10-08 2011-10-31 Сапа Хит Трансфер Аб Способ формования алюминиевых торцевых резервуаров теплообменников
RU2012119533A (ru) * 2009-10-13 2013-11-20 Сапа Хит Трансфер Аб Многослойный материал с высокой прочностью при высокой температуре для тонких листов в теплообменниках

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2783714C1 (ru) * 2019-08-22 2022-11-16 Алерис Роллд Продактс Джермани Гмбх Плакированное изделие на основе сплава серии 2xxx для авиакосмической техники
US11879167B2 (en) 2019-08-22 2024-01-23 Novelis Koblenz Gmbh Clad 2XXX-series aerospace product

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016106007A1 (en) 2016-06-30
US20170368596A1 (en) 2017-12-28
AU2015369961B2 (en) 2018-09-20
JP6822958B2 (ja) 2021-01-27
MX2017007974A (es) 2017-09-29
US10926319B2 (en) 2021-02-23
EP3237129B1 (en) 2020-06-24
CA2971596A1 (en) 2016-06-30
KR20170096048A (ko) 2017-08-23
CN110252807A (zh) 2019-09-20
US20190255601A1 (en) 2019-08-22
BR112017012428A2 (pt) 2018-01-02
JP2018506639A (ja) 2018-03-08
AU2015369961A1 (en) 2017-07-13
CN106999999A (zh) 2017-08-01
EP3237129A1 (en) 2017-11-01
ES2807201T3 (es) 2021-02-22
CA2971596C (en) 2020-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2672652C1 (ru) Плакированные листы для теплообменников
CN100411868C (zh) 超长寿命的高成型性铜焊接片材
CN102679134B (zh) 一种钛钢复合板材及其制造方法
JP5079198B2 (ja) アルミニウム蝋付け合金
US20080011816A1 (en) Ultra-longlife, high formability brazing sheet
US20040185293A1 (en) Brazing sheet
EP2969376B1 (en) Clad sheet alloys for brazing applications
CN110340173B (zh) 一种6061铝合金与t2铜的层状复合板的制备方法
CZ301990B6 (cs) Použití kompozitního materiálu ze slitiny hliníku jako výchozí suroviny pro holá žebra výmeníku tepla
JP6418714B2 (ja) アルミニウム合金クラッド材及びその製造方法、ならびに、当該アルミニウム合金クラッド材を用いた熱交換器及びその製造方法
CN103122428A (zh) 钎焊用铝合金复合管材及其制造方法
CN109797323B (zh) 一种高耐腐蚀多层复合铝合金管材及其生产方法
JP2009127122A (ja) アルミニウム合金材およびアルミニウム合金ブレージングシート
CN111020368A (zh) 一种海水淡化用双相不锈钢复合钢板及其制造方法
JP2011219831A (ja) ろう付け性及び耐食性に優れたアルミニウム合金ブレージングシート、及びそれを用いた熱交換器
EP1391679A2 (en) Sacrificial Material and Aluminium Alloy Cladding Material for Heat Exchanger
JP2023116058A (ja) アルミニウム合金材の製造方法及びアルミニウム合金材
JP2017110266A (ja) ろう付け後の強度に優れたアルミニウム合金製ブレージングシート
JP2006083437A (ja) 成形性、ろう付性および耐食性に優れた熱交換器用薄肉フィン材およびその製造方法
CN111391430A (zh) 铝合金复合材料、热交换器管及汽车
JP2009197300A (ja) 真空ろう付用アルミニウム合金ブレージングシート
JP4244112B2 (ja) ろう付け用複合材及びそれを用いたろう付け製品