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摘要：板束下凹是大截面板翅式換熱器的主要缺陷。產(chǎn)生這種缺陷的因素雖然很多，但真空釬焊時(shí)間過長(zhǎng)是其主要原因。文中通過改進(jìn)真空釬焊工藝，利用真空釬焊的溫度過沖，有效控制釬焊時(shí)間，使板束下凹問題得到徹底解決。

關(guān)鍵詞：板束下凹；真空釬焊；均溫

0引言

板翅式換熱器是一種高效換熱設(shè)備，它的主要部件板束，由鋁合金部件疊加釬焊而成，每層外周為封條，內(nèi)部由翅片填充，隔板既是釬焊材料，又把通道隔開。板束下凹是大截面板翅式換熱器的常見缺陷，下凹一般出現(xiàn)在離封條一段距離開始（圖1），這是因?yàn)榘迨闹苓吔缣幏鈼l支撐較強(qiáng)，翅片支撐比較薄弱，釬焊后翅片的形狀逐步發(fā)生了改變。板束下凹深度與板束的截面大小有關(guān)，大截面（高和寬均大于1m）的板束更容易下凹，下凹嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成通道封堵，失去換熱作用。這種缺陷的存在嚴(yán)重影響了板翅式換熱器的使用性能。板束下凹問題研究已經(jīng)持續(xù)了多年，工藝人員從原材料、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、真空環(huán)境等各個(gè)方面進(jìn)行分析，采取各種措施進(jìn)行改善。但這些措施都存在局限性，實(shí)施起來(lái)比較困難，而且板翅式換熱器大型化已是發(fā)展的趨勢(shì)，限制產(chǎn)品的尺寸更是難以實(shí)現(xiàn)。因此，改進(jìn)真空釬焊工藝，突破現(xiàn)有工藝指標(biāo)的約束，才能根本解決板束下凹問題。

1板束真空釬焊原理

在板束真空釬焊中，覆蓋有釬料的隔板（釬料+母材+釬料）表面的氧化膜隨著溫度升高變得多孔而疏松，釬料中的鎂開始揮發(fā)遷移，當(dāng)溫度升至530℃時(shí)，大量的鎂分子通過固體釬料遷移到材料表面，與吸附在基體金屬表面的氧氣及水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，凈化爐內(nèi)氣氛。當(dāng)溫度繼續(xù)升高，釬料金屬發(fā)生共晶熔化，形成Al-Si-Mg低熔點(diǎn)合金，當(dāng)合金釬料開始流動(dòng)的時(shí)候，隨氧化膜的裂紋開始滲入基體金屬并在氧化膜下鋪展，滲入的作用力將使氧化膜進(jìn)一步破碎、彌散而被熔融的釬料所吞沒。釬料在毛細(xì)作用力及重力的作用下順著縫隙流動(dòng)，縫隙被釬料所填充和潤(rùn)濕，同時(shí),釬料中的硅也開始向基體金屬擴(kuò)散,使釬料與基體金屬熔為一體,最終形成牢固的釬縫。

2板束下凹原因分析

板束釬焊過程包括升溫、均溫、釬焊3個(gè)階段。釬料熔化溫度為559～591℃，釬焊溫度590～605℃，板束升溫是在真空狀態(tài)下通過電加熱方式進(jìn)行，熱量傳遞主要是通過熱輻射，升溫過程中板束的表面和中心產(chǎn)生溫差。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，在真空釬焊中，板束內(nèi)、外溫差不宜過大，包括國(guó)內(nèi)外的一些真空釬焊資料也認(rèn)為，溫差過大會(huì)導(dǎo)致母材熔化、釬料流失等缺陷。因此，傳統(tǒng)的釬焊工藝都是在保證板束表面和中心的小溫差下進(jìn)行的。而大截面板束縮小溫差需要很長(zhǎng)的時(shí)間，強(qiáng)度較弱的翅片長(zhǎng)時(shí)間處于高溫下產(chǎn)生塌陷，導(dǎo)致下凹。因此，釬焊時(shí)間過長(zhǎng)是板束下凹的主要原因。

3改進(jìn)措施

如圖2~圖3，根據(jù)釬料的性質(zhì)，0～559℃升溫、均溫階段，溫度均勻有利于釬料中鎂的均勻釋放。釬焊工藝改進(jìn)主要集中在釬焊階段。當(dāng)板束溫度達(dá)到釬焊階段（＞559℃）時(shí)，提高升溫速度，加大板束表面與中心溫差，增大溫度梯度，加速熱量傳遞，縮短釬焊時(shí)間。另外，大型板束升溫，在停止加熱后，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)溫度沖高，在傳統(tǒng)工藝中，認(rèn)為溫度沖高是有害因素，往往會(huì)控制沖高的影響。改進(jìn)后的真空釬焊工藝合理利用溫度沖高，變害為利，大大縮短釬焊時(shí)間。具體措施如下：1）當(dāng)板束表面溫度接近釬料熔化溫度時(shí)，嚴(yán)格控制表面溫度，同時(shí)延長(zhǎng)保溫時(shí)間，縮短表面與中心的溫差，防止次中心部位過早進(jìn)入釬焊溫度，造成底部過度釬焊。2）在控制板束表面溫度不超過釬焊最高溫度（605℃）的前提下，提高加熱溫度和加熱速率，增大溫度梯度，加快表面熱量向板束心部的傳遞。3）控制加熱溫度，使板束表面溫度維持在較高的范圍內(nèi)，為最后的釬焊貯存能量。4）利用溫度過沖，提高中心溫度。加熱系統(tǒng)停止加熱后，表面溫度降低，由于板束表面與心部存在較大溫差，熱量會(huì)繼續(xù)往心部傳遞，板束心部的溫度會(huì)繼續(xù)升高，因此停止加熱時(shí)板束心部溫度遠(yuǎn)低于釬焊溫度，之間的差值由板束本身集聚的熱量引起的溫度沖高彌補(bǔ)。

4產(chǎn)品試驗(yàn)

試驗(yàn)板束外觀尺寸為1900mm×1200mm×1250mm，翅片型式為65DK1402，導(dǎo)流片采用65DK4205，通道總層數(shù)為163層，結(jié)構(gòu)為雙通道單疊布置。本試驗(yàn)板束有以下特點(diǎn)：1)翅片薄，翅片厚度為0.2mm，為目前板翅換熱器所用的最薄材料；2)通道層數(shù)多，截面尺寸大。5結(jié)論本文解決了板翅式換熱器板束下凹問題，改進(jìn)了真空釬焊工藝，縮短了真空釬焊時(shí)間，并合理利用溫度過沖，改變了不利因素對(duì)產(chǎn)品的影響。板束下凹的缺陷是可以通過改進(jìn)釬焊工藝的方法解決的，操作的關(guān)鍵是在釬焊階段增大板束內(nèi)外溫差，形成大的溫度梯度，加快熱量傳遞，并正確利用中心溫度的過沖，縮短釬焊時(shí)間，控制翅片變形。

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作者:郝娟紅 張洪昌 鄭康 孫志云 單位:開封空分集團(tuán)有限公司