La brasatura sotto vuoto di scambiatori di calore a piastre e alette grandi e spessi è impegnativa perché piastre di separazione spesse e alette sottili si scaldano a velocità diverse. Questo squilibrio di temperatura può causare brasatura incompleta, erosione delle alette, deformazione e perdite.
La chiave per migliorare la qualità della brasatura è mantenere un campo di temperatura bilanciato e controllare le condizioni di riscaldamento, brasatura, raffreddamento e assemblaggio durante tutto il processo.
Punti chiave
- Piastre spesse ≥1 mm e alette sottili di 0,2-0,3 mm creano significative differenze termiche.
- I difetti comuni includono brasatura incompleta, erosione delle alette, deformazione e ossidazione.
- Il riscaldamento a stadi e il monitoraggio accurato della temperatura aiutano a migliorare l'equilibrio termico.
- Nel caso di studio, il tasso di qualificazione è aumentato da78% a 96%.
1. Difetti comuni nella brasatura sotto vuoto
Gli scambiatori di calore a piastre e alette di grandi dimensioni hanno spesso una struttura "spesso-sottile-spesso". Le alette sottili si scaldano rapidamente, mentre le piastre spesse si scaldano più lentamente.
Se la temperatura del forno o il tempo di mantenimento vengono aumentati per compensare, le alette possono surriscaldarsi prima che le piastre spesse raggiungano la temperatura di brasatura richiesta.
I difetti tipici includono:
- Brasatura incompleta: Il metallo d'apporto non si diffonde completamente tra piastre, alette o barre di chiusura, causando potenzialmente perdite.
- Erosione delle alette: Una brasatura eccessiva può sciogliere o assottigliare le alette.
- Deformazione delle alette: Le alte temperature possono ridurre la resistenza delle alette e causare piegature o collassi.
- Deformazione del nucleo: Lo stress termico non uniforme può causare deformazioni e deviazioni dimensionali.
- Ossidazione: Un vuoto insufficiente o una perdita d'aria possono influire sulla qualità della brasatura e sulle condizioni superficiali.
2. Controlli chiave del processo per una migliore qualità di brasatura
Riscaldamento a stadi
Un processo di riscaldamento a stadi può ridurre la differenza di temperatura tra piastre spesse e alette sottili.
Per il processo descritto in questo articolo:
- 450-480°C: 30-90 minuti
- 540-560°C: 20-40 minuti, opzionale
- Velocità di riscaldamento a bassa temperatura: ≤10°C/min
- Velocità di riscaldamento dopo le fasi di mantenimento: 3-5°C/min
Per il metallo d'apporto per brasatura Al-Si, la temperatura di brasatura può essere approssimativamente 595-605°C.
Il tempo di mantenimento è generalmente 20-60 minuti, a seconda dello spessore del prodotto. È importante notare che il tempo di mantenimento della brasatura dovrebbe iniziare dopo che il centro del nucleo ha raggiunto la temperatura target.
Devono essere posizionati più termocoppie sulla piastra spessa, sull'area delle alette, sulle barre di chiusura e in altre posizioni critiche. Il punto di misurazione più freddo deve essere utilizzato come riferimento.
Raffreddamento controllato
Dopo la brasatura, si può utilizzare azoto o argon ad alta purezza per il raffreddamento. Per le aree delle piastre spesse, la velocità di raffreddamento deve essere controllata a ≤10°C/min per ridurre lo stress termico.
3. Controllo di fissaggio, metallo d'apporto e gioco
Un'adeguata progettazione del fissaggio è importante sia per il posizionamento che per il controllo termico.
Si possono selezionare fissaggi in grafite o acciaio inossidabile in base ai requisiti di alta temperatura e conducibilità termica. I blocchi di accumulo di calore in grafite possono aiutare a compensare le aree in cui le piastre spesse si scaldano più lentamente.
Il serraggio elastico può mantenere una pressione di circa 0,05-0,2 MPa. Una pressione eccessiva può limitare il flusso del metallo d'apporto, mentre una pressione insufficiente può creare giochi eccessivi.
Per il metallo d'apporto, si possono utilizzare lamiere rivestite su entrambi i lati come 4004/3003/4004 con un rapporto di rivestimento di 8-15%. Le aree locali possono essere integrate con 0,1-0,2 mm di foglio per brasatura.
Il gioco di assemblaggio deve generalmente essere controllato a 0,05-0,15 mm. Deve essere verificata anche la planarità delle piastre, con il requisito di esempio di ≤0,03 mm/100 mm.
Una corretta pulizia è ugualmente importante. I componenti in alluminio possono essere trattati con NaOH seguito da HNO₃, quindi lavati e asciugati prima dell'assemblaggio.
4. Uniformità della temperatura del forno
Un forno stabile per la brasatura sotto vuoto è essenziale per gli scambiatori di calore a piastre e alette di grandi dimensioni.
Le indagini sull'uniformità della temperatura (TUS), ove applicabili secondo gli standard del forno e le specifiche del cliente, possono essere utilizzate per verificare le prestazioni del forno. Per il processo discusso qui, la zona di riscaldamento efficace deve essere controllata entro ±3°C.
Almeno 3-5 termocoppie del pezzo possono essere posizionate in punti critici, tra cui il centro della piastra spessa, l'area delle alette e le superfici superiore e inferiore.
I prodotti di grandi dimensioni devono essere posizionati nell'area di riscaldamento più uniforme, con spazio sufficiente tra i pezzi per ridurre il calore radiante non uniforme.
SUNHOPE fornisce forni per brasatura sotto vuoto e attrezzature per la brasatura dell'alluminio per la produzione di radiatori e scambiatori di calore, con opzioni per il controllo del riscaldamento, la protezione dal vuoto, il raffreddamento e l'integrazione nella linea di produzione.
5. Simulazione termica e ispezione di qualità
La simulazione termica può aiutare a identificare le differenze di temperatura prima della produzione. Ad esempio, quando il centro della piastra spessa è 35°C dietro la temperatura dell'aletta, estendere la fase di mantenimento a 450°C a 60 minuti può ridurre la differenza di temperatura entro 15°C.
Dopo la brasatura, la qualità può essere valutata tramite:
- Test di tenuta e pressione: Ispezione al 100% per perdite.
- Analisi metallografica: Obiettivo di tasso di brasatura di ≥95% e profondità di erosione ≤25% dello spessore dell'aletta.
- CT industriale: Ispezione non distruttiva del legame interno e della deformazione delle alette per prodotti di alto valore.
Questi risultati possono essere utilizzati per ottimizzare i profili del forno, i fissaggi, il posizionamento del metallo d'apporto e le tolleranze di assemblaggio.
6. Caso di studio: Miglioramento del tasso di qualificazione da 78% a 96%
Un refrigeratore d'olio a piastre spesse con piastre di separazione da 1,5 mm originariamente aveva un tasso di qualificazione di solo 78%. Le perdite si verificavano principalmente negli angoli e nelle giunzioni delle piastre spesse centrali, con anche erosione dei bordi delle alette osservata.
Il processo originale utilizzava un riscaldamento rapido a 590°C, mentre la temperatura della piastra spessa era in ritardo di circa 28°C.
Il processo è stato migliorato mediante:
- Aggiunta di 450°C x 40 min e 540°C x 25 min.
- Riduzione della velocità di riscaldamento a 4°C/min.
- Regolazione della temperatura di brasatura a 598°C e mantenimento per 30 min.
- Aggiunta di blocchi di accumulo di calore in grafite e punti di pressione elastica.
- Aumento del rapporto di metallo d'apporto rivestito da 10% a 13%.
- Aggiunta di 0,1 mm di foglio per brasatura sotto le barre di chiusura.
Dopo l'ottimizzazione, la differenza di temperatura del pezzo è stata controllata entro ±5°C, il tasso medio di brasatura ha raggiunto il 97%, e il tasso di qualificazione è aumentato al 96%.
7. Costruzione di un processo di brasatura sotto vuoto stabile
Una qualità di brasatura costante richiede un controllo coordinato dei profili di riscaldamento, del monitoraggio della temperatura, della progettazione dei fissaggi, del metallo d'apporto, dei giochi di assemblaggio, dell'uniformità del forno, del raffreddamento e dell'ispezione post-brasatura.
Con un controllo sistematico del processo, il tasso di qualificazione della brasatura sotto vuoto di scambiatori di calore a piastre e alette grandi e spessi può essere migliorato da meno di 80% a costantemente oltre il 95%, supportando una produzione ripetibile e tracciabile.
FAQ
Qual è la sfida principale nella brasatura sotto vuoto di scambiatori di calore a piastre e alette di grandi dimensioni?
La sfida principale è la diversa velocità di riscaldamento delle piastre spesse e delle alette sottili, che può creare uno squilibrio di temperatura durante la brasatura.
Quale temperatura viene utilizzata per la brasatura sotto vuoto dell'alluminio?
Per l'esempio di metallo d'apporto per brasatura Al-Si discusso qui, la temperatura di brasatura può essere approssimativamente 595-605°C.
Come si può migliorare la qualità della brasatura sotto vuoto?
I fattori chiave includono il riscaldamento a stadi, il monitoraggio accurato della temperatura, l'ottimizzazione dei fissaggi, il controllo del metallo d'apporto, il controllo del gioco di assemblaggio, l'uniformità del forno, il raffreddamento controllato e il test di tenuta.
Soluzioni per la produzione di scambiatori di calore da SUNHOPE
Con oltre 15 anni di esperienza nel settore, SUNHOPE fornisce attrezzature, componenti e supporto tecnico per la produzione di radiatori e scambiatori di calore.
Le nostre soluzioni includono forni per brasatura sotto vuoto, attrezzature per la brasatura dell'alluminio, macchine per l'assemblaggio del nucleo, macchine per la formatura delle alette e attrezzature per il test di tenuta per i produttori che sviluppano o aggiornano la produzione di scambiatori di calore.
Il tuo messaggio deve contenere da 20 a 3000 caratteri!
