La brasatura sotto vuoto è ampiamente utilizzata per produrre radiatori con alette a piastra in alluminio e nuclei di scambiatori di calore. Tuttavia,rigonfiamento della cavità interna e lacerazione delle pinnepuò influenzare le dimensioni del nucleo, la tenuta alle perdite e l'affidabilità a lungo termine.
Questi difetti sono spesso collegati. Il gas intrappolato può aumentare la pressione interna durante il riscaldamento, mentre lo stress termico, l’erosione del metallo d’apporto e i vincoli dell’attrezzatura possono indebolire ulteriormente le alette sottili.
Risposta rapida: quali sono le cause del rigonfiamento e dello strappo delle pinne?
Le cause principali includono:
- Umidità, olio e altri residui volatili all'interno del nucleo
- Sfiato insufficiente nei canali di flusso chiusi
- Temperatura di brasatura o tempo di mantenimento eccessivi
- Riscaldamento o raffreddamento rapido
- Pressione eccessiva dell'attrezzatura
- Erosione del metallo d'apporto o brasatura incompleta
- Pinne sottili e alta concentrazione di stress
- Difetti di materiale o di trattamento superficiale
La strategia di miglioramento di base è:rimuovere il gas → controllare la temperatura di brasatura → ridurre lo stress → verificare l'anima finita.
1. Comprendere i due difetti
Rigonfiamento della cavità interna
Dopo la brasatura, l'area del canale di flusso potrebbe espandersi verso l'esterno, provocando la deformazione della piastra separatrice e l'aumento del volume della cavità interna. Le dimensioni locali potrebbero superare i requisiti e l'area deformata potrebbe presentare perdite durante i test sulla perdita di elio o sulla pressione dell'acqua.
Strappo delle pinne
Potrebbero apparire crepe alla radice delle alette, piegature ondulate o giunti brasati tra le alette e le piastre separatrici.
Due tipiche modalità di guasto sono:
- Strappo ad alta temperatura:le crepe compaiono immediatamente dopo la brasatura.
- Strappo post-brasatura:si sviluppano crepe durante test di pressione, cicli termici, ispezioni o operazioni del cliente.
Il rigonfiamento interno e la lacerazione delle pinne possono verificarsi insieme perché l'espansione della cavità concentra lo stress sulle pinne sottili.
2. Principale meccanismo di guasto
Alluminio 3003, piastre separatrici rivestite e alette sottili con spessore di0,08–0,2 mmhanno una resistenza molto bassa alle alte temperature.
Durante la brasatura sotto vuoto, il nucleo è esposto a quattro carichi principali:
- Pressione interna del gas
- Stress termico
- Erosione del metallo d'apporto per brasatura
- Assemblaggio e vincolo dell'attrezzatura
Quando il gas è intrappolato all'interno di un canale di flusso chiuso, la pressione aumenta man mano che il nucleo si riscalda. La piastra separatrice può dapprima gonfiarsi, mentre le sollecitazioni termiche e residue possono poi provocare la rottura delle alette sottili.
3. Principali cause di fallimento
Gas intrappolato e ventilazione insufficiente
Se la pulizia è incompleta, tra le alette e le piastre separatrici potrebbero rimanere umidità, olio e lubrificante di rotolamento. A400–550°C, questi materiali possono vaporizzare rapidamente e aumentare la pressione all'interno dei canali chiusi.
Barre completamente sigillate, passaggi bloccati, alette sovrapposte o scanalature di ventilazione mancanti possono creare cavità isolate. Il magnesio nello strato di brasatura rivestito può anche volatilizzarsi ad alta temperatura e aumentare la pressione interna.
Le perdite del forno o dell'attrezzatura possono consentire l'ingresso di ossigeno e umidità, aumentando la formazione di ossido e la generazione di gas.
Temperatura di brasatura incontrollata
Prima450°C, una velocità di riscaldamento superiore8°C/minpuò causare una rapida vaporizzazione di umidità e olio. Una differenza di temperatura di50–100°Ctra piastre laterali spesse e alette sottili può anche creare uno stress termico significativo.
Se la temperatura di brasatura supera610°Co il tempo di attesa supera25 minuti, il metallo d'apporto liquido Al-Si può erodere gravemente il materiale di base in alluminio. Le radici delle pinne diventano più sottili e più vulnerabili allo strappo.
Un raffreddamento rapido può creare ulteriore stress di trazione residuo perché le piastre laterali spesse e le alette sottili si contraggono a velocità diverse.
Altrettanto importante è l’uniformità della temperatura del forno. Il surriscaldamento locale può causare un’erosione eccessiva, mentre un riscaldamento insufficiente può produrre giunzioni brasate deboli.
Sollecitazione di fissaggio e assemblaggio
Una coppia di serraggio eccessiva può limitare l'espansione termica. Gli infissi in acciaio inox si comportano diversamente dall'alluminio anche durante il riscaldamento, aumentando il rischio di stress di trattenimento.
Il bloccaggio non uniforme, i blocchi di supporto in grafite mancanti o le aree non supportate possono causare flessione ad alta temperatura e stress localizzato.
Uno scarso adattamento dimensionale può creare precompressione nelle alette. Quando il nucleo si espande durante la brasatura, un gioco insufficiente può provocare la deformazione o la lacerazione delle alette.
Fattori materiali e strutturali
Spessore dell'aletta inferiore0,08 mmfornisce una capacità di carico limitata alle alte temperature. Raggi di ondulazione piccoli possono aumentare ulteriormente la concentrazione delle sollecitazioni.
Anche i canali chiusi senza ventilazione, le piastre laterali senza scanalature di distensione e lo spessore dello strato di riempimento inadeguato possono contribuire al cedimento.
Un trattamento superficiale incompleto può lasciare pellicole di ossido e causare giunzioni brasate deboli. Anche le microfessurazioni dovute allo stampaggio delle alette o ai difetti di laminazione possono svilupparsi rapidamente sotto stress di brasatura.
4. Guida rapida su cause e difetti
| Possibile causa |
Risultato tipico |
| Residui di umidità o olio |
Pressione del gas e rigonfiamento interno |
| Scarsa ventilazione |
Espansione locale della cavità |
| Temperatura superiore a 610°C |
Erosione eccessiva del metallo d’apporto |
| Tempo di tenuta superiore a 25 min |
Diradamento delle pinne |
| Raffreddamento rapido |
Tensioni residue di trazione |
| Pressione eccessiva dell'attrezzatura |
Deformazione o lacerazione delle pinne |
| Brasatura insufficiente |
Giunti deboli tra pinna e piastra |
| Microfessurazioni materiali |
Propagazione delle cricche |
5. Come identificare la causa principale
Un'ispezione sistematica aiuta a distinguere i diversi meccanismi di guasto:
Ispezione visiva e dimensionale:Registrare la posizione del rigonfiamento, la posizione dello strappo e l'altezza del rigonfiamento.
Test di tenuta:Utilizzare il test delle perdite di elio o della pressione dell'acqua per determinare se l'area danneggiata corrisponde a una perdita.
Analisi metallografiche:Una grave erosione può indicare una temperatura eccessiva; la separazione lungo un giunto brasato può indicare una brasatura incompleta; la lacerazione dello spessore può essere correlata alla pressione interna o allo stress termico.
Tracciabilità del processo:Esaminare le curve di temperatura del forno, il livello di vuoto, la velocità di riscaldamento, il tempo di mantenimento e i parametri di raffreddamento.
Test di pulizia e attrezzatura:Confronta i livelli residui di olio o umidità e riproduci i difetti utilizzando diverse forze di serraggio dell'attrezzatura.
6. Miglioramenti del processo
Migliorare la pulizia e la ventilazione
Un processo di pulizia controllata può includere:
Pulizia alcalina → pulizia acida → risciacqui multipli con acqua pura → asciugatura ad aria calda
Componenti asciutti a120°C per ≥15 mine caricarli nella fornace interna4 oredopo l'asciugatura.
Fornire scanalature di ventilazione su entrambe le estremità di ciascun canale di flusso ed evitare cavità completamente sigillate. Prima450°C, mantenere un livello di vuoto pari a≤1×10⁻³Pae utilizzare un riscaldamento controllato per un degasaggio sufficiente.
Anche un'adeguata pulizia pre-brasatura è importante. Le apparecchiature per la pulizia ad ultrasuoni possono aiutare a controllare i contaminanti prima del processo di brasatura.
Ottimizza la curva di brasatura
Un processo adeguato dovrebbe controllare sia la temperatura che il tempo di mantenimento:
- Temperatura ambiente–500°C:3–5°C/min
- Fase di brasatura:590–605°C per 10–20 minuti
- Temperatura massima di brasatura:rigorosamente al di sotto dei 610°C
- Sotto i 550°C durante il raffreddamento:≤4°C/min
- Sollievo dallo stress opzionale:250°C per 2 ore
Un forno per brasatura sotto vuoto dell'alluminio adeguatamente controllato aiuta a mantenere condizioni costanti di riscaldamento, mantenimento, vuoto e raffreddamento.
Dispositivi di controllo e struttura centrale
Utilizzare una coppia di serraggio standardizzata in base alle dimensioni del nucleo. Gli apparecchi in grafite possono ridurre le differenze di dilatazione termica rispetto all'acciaio inossidabile.
Fornire blocchi di supporto in grafite nelle aree superiore, inferiore e angolari. Per l'altezza della pinna, riservare aTolleranza positiva 0,02–0,03 mmper ridurre la precompressione dell'assemblaggio.
Per applicazioni sotto pressione utilizzare alette con spessore pari a≥0,12 mme raggi di transizione più ampi. I nuclei di grandi dimensioni possono anche utilizzare alette di supporto intermedie per migliorare la rigidità.
Rafforzare il controllo qualità finale
Prima del caricamento, verificare le condizioni di asciugatura e ventilazione dei componenti. Durante la brasatura, monitorare le differenze di temperatura tra le zone del forno.
Dopo la brasatura, ispezionare i nuclei per individuare eventuali rigonfiamenti e crepe sulle alette. Le apparecchiature per il test di tenuta possono quindi verificare la tenuta del nucleo prima della fase di produzione successiva.
I produttori possono anche classificare i difetti in base alla generazione di gas, al surriscaldamento, allo stress dei dispositivi e al materiale in entrata per supportare il miglioramento continuo del processo.
7. Conclusione
Il rigonfiamento interno dei nuclei dei radiatori con alette in alluminio è principalmente associato agas intrappolato e pressione interna, mentre la lacerazione delle alette è il risultato di una combinazione di pressione interna, erosione del metallo d'apporto ad alta temperatura, stress termico e vincolo del dispositivo.
L’approccio più efficace è:
Rimuovere il gas e migliorare lo sfiato → controllare la temperatura di brasatura e l'erosione → ridurre lo stress termico e di assemblaggio → verificare il nucleo finito.
Per i produttori di radiatori e scambiatori di calore, la pulizia, l'assemblaggio del nucleo, la progettazione dei dispositivi, la brasatura sotto vuoto e le prove di tenuta dovrebbero essere gestiti come un unico processo di qualità integrato.
SUNHOPE fornisce attrezzature per la produzione di radiatori e scambiatori di calore, tra cuiforni per brasatura dell'alluminio, macchine per la formatura di alette, apparecchiature per la pulizia a ultrasuoni, apparecchiature per prove di tenuta e relative apparecchiature per la produzione di nuclei, supportando sia le nuove linee di produzione che gli aggiornamenti degli stabilimenti esistenti.
Domande frequenti
Perché i nuclei dei radiatori con alette a piastra in alluminio si gonfiano durante la brasatura sotto vuoto?
Le cause principali sono umidità o olio intrappolati, ventilazione insufficiente, perdite del forno, velocità di riscaldamento eccessive e stress termico.
Cosa causa la rottura delle alette dopo la brasatura?
La lacerazione delle alette può derivare dalla pressione interna, dall'erosione del metallo d'apporto, dallo stress termico, dal vincolo dell'attrezzatura, dalla brasatura incompleta o da difetti del materiale.
Quale temperatura di brasatura viene utilizzata per questo processo?
Il processo di riferimento controlla la fase di brasatura590–605°C per 10–20 minuti, mentre temperature superiori610°Cdovrebbe essere evitato.
Come si può ridurre lo strappo delle pinne?
Migliora la pulizia e l'asciugatura, fornisce un'efficace ventilazione, controlla la curva della temperatura di brasatura, riduce lo stress dell'attrezzatura e ottimizza lo spessore delle alette e la struttura del nucleo.
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