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钎焊换热器的制造方法及装置

发布人:管理员 发布时间:2022-12-28

本文涉及一种钎焊换热器的制造方法及装置,特别是一种由铝合金部件制成的换热器。

由铝合金产品制成的热交换器广泛用于运输行业,例如汽车行业,用于动力总成冷却,以及用于家庭和工业冷却目的,例如用于流体处理。钎焊热交换器通常包括至少一个或多个罐结构以容纳冷却剂介质;管或头板耦合到所述罐结构中的至少一个,所述头板或管包括多个孔;与其连接多个载液管,安装在基本平行的阵列中,每个管基本上垂直于所述头板或管中的一个所述孔,并且结构用于接收所述冷却介质;以及多个传热翅片,所述导热翅片与所述多个载流体管进行热通信,并且结构为将热量从管中传递出去,以便在所述冷却剂介质在其中流动或循环时对其进行冷却。


在用于这种钎焊换热器的制造过程中,首先制造单个组件(管、翅片和集管等)或子组件,其中至少一些这些组件由铝合金材料制成,包覆填充合金或钎焊材料,其允许通过钎焊连接热交换器。然后,各个换热器组件由所谓的制芯机组装。此过程可以是手动操作,也可以完全自动化操作。组装后,通常将夹具或夹具或加载装置放在组装好的换热器组件上,以将各种组件固定在一起,然后将固定的换热器芯组件转移到钎焊炉中。对于需要大量和种类的热交换器的汽车行业,由几台核心制造机器提供一个或多个钎焊炉,组装不同类型的热交换器并不罕见。

 因此,所述钎焊换热器的制造方法包括以下步骤:

a. 提供热交换器装置的组件,特别是管子、翅片、集管、侧支撑/杆件、支架和/或安装组件等;

b. 组装热交换器组件,以在制芯机中形成至少一个未钎焊的换热器芯;

c.在不从造芯机上拆下至少一个换热器芯的情况下,至少部分地用钎焊工具布置封闭至少一个换热器芯,以适应在至少一个换热器芯周围形成一个完整的或部分腔室,包括加热腔室内部的装置;

d. 任选地,至少部分抽真空腔室和/或至少部分用惰性和/或反应性气体填充腔室;

e.钎焊腔室中的至少一个换热器芯,以形成至少一个钎焊换热器。


钎焊通常在530°C至615°C的温度范围内进行,更典型的是在570°C至610°C的温度范围内完成,例如在约580°C或约600°C下。此外,钎焊优选进行足够长的一段时间,以便熔化、润湿和铺展存在于热交换器部件上的任何钎焊材料或填充金属以连接各种热交换器部件。


 因此,所述钎焊工艺步骤与构建热交换器核心工艺步骤相结合。热交换器部件首先通过例如本领域已知的方法组装在制芯机中。至少一些部件至少部分地被填充金属如填充合金、产生助焊剂化合物的填充金属或其它钎焊材料覆盖,其旨在熔化、润湿并在钎焊时铺展以将热交换器组件连接在一起。例如,至少一些部件由铝合金钎焊板制造,其用填充合金制成的包层或涂有物质以产生随温度变化的填充金属的复合层覆盖在至少一个表面上,或者由挤压产品(例如管子)制成,其也可以用填充合金包覆或涂有物质以产生随温度变化的填充金属。


 因此,组装但未钎焊的热交换器芯或芯在钎焊之前不从制芯机中取出。相反,钎焊是在制芯机机器内或相邻或在线进行的。在此上下文中,“未移除”意味着不需要人工干预,而是核心构建器机器包括一个部分(该部分可以集成到典型的核心构建器机器设计中,但也可以添加到传统的或现有的核心构建器机器中),其中热交换器芯是钎焊的。

因此,本文不需要典型的大型钎焊炉,需要大量的资本投资和维护支出,因为钎焊操作所需的热量被局部输送到组装好的热交换器铁芯,作为扩展的制芯器过程的一部分而开发的制芯机。因此,只有在钎焊操作完成后,才能从新的制芯机机器上移除至少一个热交换器,这避免了对其他元件钎焊夹和夹具的需求,并避免了任何相应的处理操作,这也提供了每单位换热器产生的可能的循环时间和每单位换热器的相关劳动力成本的好处。

本文的另一个优点是,专用生产线可以生产具有相关的操作和调度效益。因此,钎焊换热器可以随时随地及时生产,而无需在核心建筑位置和钎焊操作位置以及热交换器制造设施和最终用户设施之间进行中间存储或运输。

通过根据本文的方法,可以远程定位这些新的热交换器制造单元,即远离集中式钎焊炉设施,从而更接近需要钎焊热交换器用于组装或建造最终产品的生产现场,例如汽车。这也允许热交换器生产与实际生产线侧使用相平衡,并减少整个价值流中各个点的不必要的在制品库存。因此,本发明方法在钎焊换热器的制造中降低或最小化了处理成本、物流成本和运输损坏损失(由于脆弱的热交换器结构)。

根据优选的实施方式,步骤(a)至(e)是依次进行的,一次针对一个或多个热交换器,使得该过程产生一个或多个钎焊、连接或焊接的热交换器。

在大多数实施方案中,钎焊工具的布置将适于封闭单个换热器芯。在不太优选的基础上,核心构建机可能会完成两个(甚至更多,例如三个或四个)热交换器芯的组装,这些芯堆叠在一个腔室中钎焊。因此,一次至少制造一个热交换器。

钎焊步骤将要求至少一个热交换器芯至少部分地用钎焊工具布置,其适于在至少一个热交换器芯周围形成一个腔室,包括加热腔室内部的装置。在优选的实施方案中,腔室可以是气密的,以允许腔室的抽真空和/或至少部分地用惰性气体填充腔室,可能加入具有氧气获取或局部气氛改变特性的反应性气体。


钎焊工具布置例如由一个或多个工具元件形成。在优选的实施方式中,腔室由核心构建器工具的一部分形成,其例如是多个工具元件的组合,这些元件可以从非操作位置枢转或线性位移到核心组件和钎焊位置,其包围热交换器核心,并且优选作为典型核心组件操作的一部分发生。

所述腔室,也称为外壳,由钎焊工具围绕至少一个热交换器芯的布置可以打开或关闭,但优选允许在热交换器芯周围产生局部受控气氛和/或局部(部分或全部)真空。受控气氛应优选具有尽可能低的氧含量,并且优选低于约200ppm,更优选低于约100ppm,例如在20ppm或更低。此外,受控气氛最好是干燥的,这意味着露点小于-40°C,更优选为-45°C或更低。在优选的实施方案中,受控气氛含有惰性气体,例如氩气或氮气。

钎焊步骤包括加热腔室中的至少一个热交换器芯,优选通过感应、辐射和/或传导加热中的一种。也可以使用这些加热方法的组合,例如钎焊工具布置中的感应线圈与散热器结合使用。此外,还可以采用多种钎焊和连接方法,例如(但不限于)激光焊接、电子束焊接、红外加热、扩散焊接和/或使用其他粘合技术,例如(但不限于)使用粘合剂和/或机械连接技术(例如过盈配合、铆接、锻造、 等)。

因此,本文允许将各种潜在的材料连接技术集成到热交换器芯组件操作本身中,例如感应钎焊、激光焊接、红外加热、真空钎焊、焊接等。

优选地,在制芯机和方法中,在部件组装和选型阶段将热交换器组装、定位和夹紧在工装夹具中,然后直接钎焊。例如,通过使用钎焊工具布置室通过导电、辐射和/或感应加热拉动局部真空和钎焊,或者在局部受控气氛下使用适当的材料选择和钎焊,再次使用目标/局部导电、辐射和/或感应加热。优选地,使用富含镁的AA4xxx系列填充合金、无助焊剂材料和/或低熔点填充金属或类似材料。

优选地,所述热交换器芯在钎焊之前不进行助焊,即采用无助焊剂钎焊技术。这可能需要在热交换器部件中使用特殊的铝合金,这些部件可以在钎焊时无需使用钎焊剂来破坏钎焊过程中的氧化层。在实施例中,钎芯构建机使用反应气体,即反应性工艺气氛气体,其包括氧气获取特性。这种反应性工艺气体可以被加热。

在另一个实施方案中,但在不太优选的基础上,岩芯构建机包括或允许使用用于将钎焊助焊剂材料施加到未钎焊的热交换器磁芯上的装置,例如助焊剂材料,例如包括连接到钎焊助焊剂材料的喷嘴的喷头的布置,具有相关的载体, 粘合剂和加热控制。这种布置可以包括在组件成型和核心构建操作期间的助焊剂溶解、高精度、微雾型润滑系统。这种安排还可以允许使用表面活性剂来改善助焊剂覆盖率和润湿性。

根据优选的实施方式,如果需要,在组装热交换器芯之前,用蒸发性和/或助焊剂溶解性润滑剂润滑热交换器组件。因此,可以避免或最小化现有技术制造过程中所需的组件组装后的脱脂步骤。在一些具体实施方式中,在钎焊步骤之前在腔室中产生至少部分真空,直到蒸发的润滑剂的足够部分被抽真空和过滤。因此,无需单独的脱脂步骤即可去除润滑剂,只需在钎焊前拉动至少部分真空即可。或者,可以通过在部分气氛中预热组件,然后抽真空和过滤来实现蒸发组件润滑的去除。

在一个优选的实施方式中,至少一些热交换器部件由铝合金钎焊板制成,包括一面或两侧包覆有填充合金的芯层或设置有填充合金的挤压管。

在优选的实施方式中,至少一些热交换器部件由铝合金钎焊板制造,包覆属于AA4xxx系列的合金。

在另一个实施方案中,但在不太优选的基础上,钎焊机的核心构建剂包括或允许使用含有、携带或与助熔材料合金化的铝材料,例如氟铝酸钾。

在实施例中,钎焊操作在相对较低的温度下进行,在530°C和595°C之间,更优选在550°C和585°C之间。这可以通过选择用于包覆钎焊板或挤压管的填充合金来实现。例如,具有5%至15%Si的AA4xxx系列铝合金,并具有高达约10%的锌和/或铜的有目的添加量以降低填充合金的熔点,可用作包层合金或连接材料。

循环时间,即完成一个(或在某些实施方案中几个)热交换器的组装和钎焊循环所需的时间,通常为1至45分钟,更典型地为5至25分钟。


本文还涉及一种用于制造至少一个钎焊换热器的装置,包括用于组装热交换器部件的制造机芯,以形成至少一个非钎焊换热器芯。制芯机包括适于形成至少部分包围热交换器芯(或芯)的腔室的钎焊工具布置,以及用于将腔室内部加热到至少一个热交换器芯的钎焊温度的装置,其时间足以熔化和润湿填充金属或任何钎焊材料, 加入各种换热器核心部件。

在优选的实施方式中,所述加热装置包括在所述钎焊工具的布置中。例如,钎焊工具布置可包括至少一个元件或腔室壁,包括例如一个或多个感应加热器,或其它加热装置,例如通过电阻加热加热的元件或腔室壁,或者可以用对流加热器加热腔室。

在优选的实施方式中,钎焊工具布置或腔室外壳可以由或需要使用高耐磨、耐温工具和/或涂层,例如陶瓷工具元件构成。

根据进一步的实施方式,该装置可包括与腔室互连的真空泵,用于在腔室内产生减压或真空。这种减压或真空优选适用于真空钎焊工艺。腔室内产生的减压或真空优选为中高真空,对应于10至10-6Pa。

此外,受控气体气氛应优选干燥,这意味着露点小于-40°C,更优选为-45°C或更低。

在实施例中,该方法还包括在钎焊至低于80°C的温度后对钎焊热交换器进行快速冷却的进一步步骤,特别是通过强制风冷。这可以通过在制芯机上安装连接到冷却空气的喷嘴或保护气体供应来实现。

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