SE519062C2 - Sätt att sammanlöda tunna värmeväxlarplattor samt lödd plattvärmeväxlare framställd enligt sättet - Google Patents

Description

.v:»|n uns:- 10 15 20 25 30 519 062 l Lodmaterialet kan också dispergeras i en blandning av bindemendel och vätska och penslas eller sprayas på ytan av basmaterialet. Härvid appliceras först bindemedlet och sedan det pulveriserade lodmaterialet.

Användes ett bindemedel upphettas plattpaketet lämpligen stegvis så att bindemedlet skall hinna förångas, innan godset nått lödtemperatur.

För att säkerställa tillräcklig hållfasthet hos värmeväxlaren strävar man efter att uppnå felfri lödfogar som inte innehåller spröda faser eller uppvisar sprickbildningar. Spröda faser och sprickor i närheten av dessa bildar sprickinitieringsställen för utmattningsbrott och kan skapa förut- sättningar för bildning av korrosionsceller, vilket är ett allvarligt fel i en värmeväxlare. De uppkomna sprickinitieringsställena kan också bidraga till urlakning av legeringselement till omgivande medier, vilketär synerligen olämpligt i lödda konstruktioner för livsmedelsändamål.

Vid användning av aktiva lod, d v s lod som innehåller smältpunktsned- sättande ämnen, ökar risken för uppkomst av spröda faser. Detta beror på processer som påverkar diffusionshastigheten av de smältpunktsned- sättande ämnena i och omkring lödfogen. Ökar den drivande kraften för diffusion och de kinetiska betingelserna är gynsamma ökar den s. k. kritiska lödspaltsbredden och därmed den spaltbredd där spröda faser uppträder i fogen.

De lodmaterial som användes idag har ofta god flytbarhet och vätnings- förmåga för att tränga in i spalter och åstadkomma god bindning till basmaterialet. I plattvärmeväxlare där de plattor som skall sammanlödas har ett pressmönster med åsar och dalar är det vanligt att lodpunkterna blir punktformiga. Vanligen använder man lodmaterial i form av en jämntjock folie, som täcker allt utom porthålen. Detta medför ett överskott av mängden lodmaterial för att få tillräckligt med lod till lodpunkterna. sann; »annu 10 15 20 25 519 062 3 Eftersom det är svårt att kontrollera mängden lod i själva Iodpunkten, ökar risken för att mängden lod blir för stor i vissa lodpunkter. Härmed ökar risken för spröda faser.

I en artikel "Alloys for brazing thin sections of stainless steel" av A.S. McDonald i Welding Journal, Mar 1957 diskuteras vilka legeringar som kan anses lämpliga för sammanlödninga av tunna stàlelement till exempelvis värmeväxlare. En idealisk legering skulle enligt artikel- författaren kunna väta och flyta över en rostfri yta utan hjälp av ett flussmedel vid lödning i en skyddsatmosfär. Den skulle inte skada basmaterialet genom att lösa detta eller penetrera in i materialet och den erhållna lödfogen skulle ha god mekanisk styrka och vara motstånds- kraftig mot oxidation.

Artikeln fortsätter med konstaterandet att de populära nickelbaserade legeringarna som innehåller bor och som i andra sammanhang är synerligen användbara inte kan användas beroende på deras lösande och penetrerande egenskaper.

Enligt uppfinningen har man överraskande funnit att man genom att använda en totalt sett mindre mängd lod kan uppnå en ökad hållfasthet hos den sammanlödda plattvärmeväxlaren både vid användning av ovannämnda lodmaterial och vid andra för applikationen lämpliga lodmaterial.

Sättet enligt uppfinningen kännetecknas huvudsakligen av att 5 - 40 % företrädesvis 10 - 30 % av värmeöverföringsytan och i förekommande fall fördelningsytan belägges med lodmaterial före sammanlödningen.

Sammanlödning av plattorna runt porthål och kantlödningen genomföres >1.»| »n-:a 10 15 20 25 30 519 062 LI. pà konventionellt sätt och berörs ej av den föreliggande uppfinningen. De plattor som används i lödda plattvärmeväxlare har en tjocklek upp till 0,8 mm. Vid ett tjockare plattmaterial försämras värmeöverföringsför- mågan väsentligt. l en lödd plattvärmeväxlare som används i applika- tioner som står under tryck är det endast lödfogarna mellan plattorna som tar upp kraften. Endast den mängd lod som återfinns i lödfogarna påverkar den lödda plattvärmeväxlarens förmåga att klara de påfrest- ningar den utsätts för.

Sättet enligt uppfinningen genomföres med fördel så att lodmaterialet selktivt anbringas vid samtliga punktformiga anliggningsytor eller linje- formiga anliggningsytor. Alternativt kan lodmaterialet i stället selektivt anbringas enbart vid ett visst antal punktformade eller linjeformade anliggningsytor. Vanligen väljer man endera av dessa två sätt i beroende av pressmönstrets utformning, plåttjocklek hos plattorna och de tryck- förhållanden som plattvärmeväxlaren utsättes för. Beroende på applikationen kan trycket variera mellan 1 - 40 bar.

För att uppnå en plattvärmeväxlare med maximal hållfasthet tillföres endast så mycket lodmaterial att en i huvudsak duktil lödfog erhålles.

En sådan lödfog innehåller inga eller enbart en mindre mängd spröda faser. Spröda faser i en lödfog kan dels innebära att lödfogen brister tidigare på grund av utmattning (livslängden minskar), dels utgöra en anvisning för ett korrosionsangrepp. En duktil lödfog erhålles när mängden lod är så liten att den endast till en ringa grad överstiger ytan hos anliggningspunkterna.

Vid sättet enligt uppfinningen utgöres lodmaterialet med fördel av ett aktivt lod, d v s ett lodmaterial som innehåller smältpunktssänkande ämnen, vilka under lödningen diffunderar ut i basmaterialet och därmed »rann nosa» 10 15 20 25 30 519 062 5 ändrar smältintervllet för materialet i Iödfogen. Sådana lodmaterial kan utgöras av en Ni-legering med Cr samt en smältpunktssänkande tillsats eller av ett rostfritt stål med en smältpunktsnedsättande tillsats. Det flnns också Co- och Ag baserade lodmaterial.

Det använda lodmaterialet kan alternativt utgöras av ett material som interagerar med basmaterialet i värmeväxlingsplattorna genom att grundämnen i basmaterialet vandrar in i lodpunkten och därmed ger en lödfog med högre hàllfasthet, sådom Cu eller Ag-lod.

Vid sättet enligt uppfinningen kan lodmaterialet med fördel innehålla ett icke aktivt 'fyllnadsmateriaL som t ex ett cellulosabaserat bindemedel.

Uppfinningen omfattar även en lödd plattvärmeväxlare uppbyggd av tunna värmeväxlarplattor av ett järnbaserat basmaterial försedda med porthål och ett pressmönster av åsar och dalar över plattornas värme- överföringsyta och i förekommande fall fördelningsyta framställd på sättet enligt huvudkravet. För lödningen använt lodmaterial anträffas efter lödningen huvudsakligen i Iödfogen.

En lödd plattvärmeväxlare enligt uppfinningen är med fördel framställd genom sammanlödning av plattorna med ett aktivt lodmaterial d v s ett lodmaterial med smältpunktssänkande ämnen. Efter sammanlödningen återfinnes lodmaterialet huvudsakligen i lödfogen bortsett från de smält- punktssänkande ämnen som diffunderat ut i detjärnbaserade plattmate- rialet.

Vid sättet enligt uppfinningen kan lodmaterialet pàföras på olika sätt, så kan man t ex applicera en sträng eller droppar av lod och bindemedel genom att trycka ut det genom ett munstycke. Man kan också applicera nuno: :anno 10 15 20 25 u o u. o o oo o ~ o o - oo .o ooo o o e nu o o o o o co o o: o o u n oo n o o . u o o nero o o o nov o" n: o I o -o n uno I s o o o :o o o o o o o n n o o o o. o o o o | 0 o o I oo 6 ett bindemedel i droppar eller strängar och sedan strö lodpulver över ytan. Överflödig mängd lod måste då avlägsnas före lödningen.

Lodmaterialet kan även appliceras på värmeväxlarplattan genom någon typ av tryckning, t ex screentryckning. Med denna metod kan plattan mycket snabbt beläggas med lodmaterial.

Vid de anliggningspunkter som skall sammanlödas tillföres den önskade mängden lod på något av ovan beskrivna sätt. Härvid täcker lodmaterialet en något större yta än själva anliggningspunkten. Anliggningspunkterna kan ha en diameter av två mm. Lodet dras av kapillärkrafterna in i spalten mellan de värmeväxlingsplattor som skall sammanlödas. Om så önskas kan lodmaterialet appliceras så att det före lödningen har formen av en ring, som omger anliggningspunkten.

Plattor för lödda värmeväxlare har ofta pressmönster av fiskbenstyp över värmeväxlingsytan. l beroende av mönsterutformningen varierar mängden lod som tillföres något men som exempel kan nämnas att värmeväxlingsytan till 13 - 15 % täckes med lod när lodmaterialet anbringas punktvis på samtliga anliggningspunkter. Anbringas lodmate- rialet som linjer täcker lodmaterialet med samma typ av pressmönster omkring 30 % av värmeöverföringsytan. Har plattan ett mönster utan korsande åsar och dalar men med annan typ av anliggning mellan plattorna belägges ytan till något mer än 10 % med lodmaterial.

Vid varje lodpunkt anbringas 1 - 30 mg lodmaterial.

Enligt uppfinningen eftersträvar man alltså att lödfogen skall innehålla endast en liten del spröda faser. Man vet att mängden spröd fas påverkar utmattningshållfastheten negativt. Mängden spröd fas beror bl a av lodspaltsbredden, plattans tjocklek, mängden lodmaterial, hur »mala 10 15 20 25 30 519 062 : u » u ø ø n c o. 3 lodmaterialet anbringas och av tid -temperaturförhållandet under Iödningen.

Bifogade ritningar visar i figur 1 en kurva över draghållfastheten för en duktil Iödfog och i figur 2 en kurva över draghållfastheten för en lödfog med mycket spröda faser. Fig 3 visar en principskiss på hur lödfogarnas och därmed den lödda plattvärmeväxlarens egenskaper påverkas av mängden lod.

För proven utnyttjar man rondeller av viss plåttjocklek som sammanlödes på ett förutbestämt sätt med varierande mängd lod. De erhållna löd- fogarnas styrka (4 st) testas sedan vad avser draghållfastheten. De sammanlödda plàtrondeller dras från varandra med en bestämd draghastighet.

Som framgår av figur 1 som visar en dragprovkurva för en provrondell som sammanlötts efter punktvis applicering av lodmaterialet töjs den duktila lödfogen i en jämn kurva fram tills dess den första lödfogen går sönder vid maximal brottkraft. De övriga lödfogarna brister sedan en efter en.

Av figur 2 som visar en dragprovkurva för en provrondell som belagts med lodmaterial över hela ytan framgår att denna kurva redan innan maximal brottkraft har uppnåtts uppvisar hack, som indikerar spöda faser och sprickinitiering. Hacken representerar förbrott som är kritiska i t. ex. utmattningssammanhang.

Figur 3 visar en principskiss av hur olika egenskaper hos en lödd plattvärmeväxlare förändras till följd av ändringen av mängden lod över värmeöverföringsytan inkluderande fördelningsytan om sådan finnes. »unna annan 10 15 20 25 30 519 062 ' , 22.. . . . . . . . - ..

Diagram med samma typ av egenskapsförändringar erhålles för aktiva lod baserade på Co-, Ni- eller Fe- legeringar. Som framgår av diagrammmet ökar mängden spröda faser medstigande mängd lod i % av ytan. När mängden spröda faser ökar minskar duktiliteten. Cykler till brott (livslängd) stiger först kraftigt föratt sedan falla och sedan ånyo stiga.

Den statiska hållfastheten stiger kraftigt i ett första skede för att sedan öka i en mera måttlig takt med mängden lod.

En awägning mellan positiva och negativa faktorer innebär att en beläggning av ytan med lod i intervallet 5-40 % ger en lödd plattvärme- växlare med förbättrad statisk och dynamisk hållfasthet , lång livslägd och duktila lödfogar. lnom intervallet 10 - 30 % erhålles ett optimalt resultat.

Claims (9)

unna» nv-v» 10 15 20 25 30 519 062 “ q _ Patentkrav

1. Sätt att sammanlöda tunna värmeväxlarplattor av ett järnbaserat basmaterial försedda med porthål och ett pressmönster av åsar och dalar över plattornas värmeöverföringsyta och i förekommande fall fördelnings- yta till en plattvärmeväxlare, varvid plattorna belägges med ett lodmaterial och före sammanlödningen anordnas så att en anliggning mellan åsar och dalar hos närbelägna plattor erhålles, varefter plattorna sammanlödes i bildade anliggningspunkter, k ä n n e t e c k n at av att 5 - 40 %, företrädesvis 10 - 30 %, av värmeöverföringsytan och fördelningsytan beläggges med lodmaterial före lödningen.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att lodmaterialet selektivt anbringas vid samtliga punktformiga anliggningsytor eller linjeformade anliggningsytor.

3. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att lodmaterialet selektivt anbringas enbart vid ett visst antal punktformade eller linjeformade anliggningsytor.

4. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n at av att mängden lodmaterial som tillföres är så liten att en huvudsakligen duktil lödfog erhålles.

5. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e_ c k n a t av att lodmaterialet utgöres av ett aktivt lod d v s ett lodmaterial med smältpunktssänkande ämnen, vilka under lödningen diffunderar uti basmaterialet och därmed ändrar smältintervallet för materialet i lodpunkten. »anna v-»uu 10 15 20 lÛ

6. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att lodmaterialet utgöres av ett material som interagerar med basmaterialet i värmeväxlingsplattorna genom att grundämnen ifrån basmaterialet vandrar in i lodpunkten och därmed ger en hårdare Iödfog.

7. Sätt enligt nägot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att lodmaterialet innehåller ett icke aktivt fyllnadsmaterial.

8. Lödd plattvärmeväxlare uppbyggd av tunna värmeväxlarplattor av ett järnbaserat basmaterial försedda med porthäl och ett pressmönster av åsar och dalar över plattornas värmeöverföringsyta och i förekommande fall fördelningsyta framställd på sättet enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att för lödningen använt lodmaterial efter sammmanlödningen huvudsakligen förefinnes i lödfogen

9. Lödd plattvärmeväxlare enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att vid lödningen använt lodmaterial utgöres av ett aktivt lod,varvid lod- materialet efter sammanlödningen huvudsakligen förefinnes i lödfogen, bortsett från de smältpunktsänkande ämnena som diffunderat uti det järnbaserad basmaterialet.