Introduzione

Per gli scambiatori di calore a pinna di piastra di alluminio, in particolare le strutture brasate a vuoto, i problemi di perdite si trovano spesso intorno alle aree di incrocio delle giunzioni di brasatura.

Sebbene queste aree occupino solo una piccola parte del nucleo dello scambiatore di calore, le molteplici cuciture di brasatura, i cambiamenti di materiale e la concentrazione di sollecitazione li rendono punti critici che influenzano l'affidabilità del prodotto.

Comprendere le cause delle perdite in questi punti aiuta i produttori a migliorare la progettazione degli scambiatori di calore, i processi di brasatura e il controllo della qualità.

1. Zone di perdite comuni di fusione a brasatura

In un nucleo di scambiatori di calore a pinna di piastra, le giunture di brasatura sono principalmente formate tra:

• Piastre di separazione
• Barre laterali
• Pinne di trasferimento del calore

Le aree più sensibili sono:

L'area della barra laterale, della piastra e dell'angolo della pinna

All'angolo di ciascun canale, le barre laterali si collegano con piastre e pinne.

Poiché in un'area limitata si incontrano diverse giunture di brasatura, questa regione può presentare:

• Distribuzione irregolare dei metalli di riempimento
• Legatura incompleta
• Concentrazione di stress locale

Pertanto, diventa uno dei luoghi di fuga più comuni.

Area di connessione della pinna del distributore e della barra laterale

Le pinne distributrici hanno spesso strutture e direzioni diverse rispetto alle pinne normali.

All'area di connessione:

• I percorsi di brasatura diventano più complicati
• La geometria cambia improvvisamente.
• Aumento dello stress interno

Queste condizioni possono aumentare il rischio di difetti di brasatura.

Barre laterali sovrapposte in nuclei multi-livello

In uno scambiatore di calore a pinne a piattaforme a più strati, le barre laterali sono generalmente allineate verticalmente.

Durante la saldatura a vuoto e il raffreddamento:

• Diversi componenti si espandono e si restringono in modo diverso
• Lo stress interno si accumula tra gli strati

Ciò può creare zone deboli in cui possono manifestarsi crepe da stanchezza durante il funzionamento.

2Cause principali di perdite di brasatura

Difetti della brasatura

Nelle aree di incrocio, il flusso di metallo del riempitore di brasatura è più difficile da controllare.

Tra i problemi comuni figurano:

• Metallo di riempimento in eccesso che causa l'erosione dell'alluminio
• Metallo di riempimento insufficiente che causa un legame incompleto
• Gas intrappolato all'interno formando pori o vuoti

Questi difetti possono diventare i canali di fuga iniziali.

Stres residuo e stanchezza

Durante il raffreddamento della brasatura, i diversi materiali e strutture si restringono a velocità diverse.

L'area di incrocio ha spesso una maggiore tensione residua.

In condizioni di funzionamento continuo, fattori quali:

• Variazioni di pressione
• Cicli di temperatura

può causare gradualmente crepe e perdite di fatica.

Rischio di corrosione

Le piccole lacune o le aree con brasatura incompleta possono accumulare sostanze corrosive.

Nel tempo, questo può portare a:

• Corrosione delle fessure
• Cracking per corrosione da sollecitazione

causando l'espansione di difetti esistenti.

3. Fattori che influenzano le prestazioni delle perdite

Progettazione strutturale

Una buona progettazione di uno scambiatore di calore a pinne a piattaforma dovrebbe:

• Evitare che i giunti di saldatura in eccesso si incontrino in un punto
• Ridurre gli angoli taglienti
• Migliorare la distribuzione dello stress

L'uso di strutture articolari scaglionate può efficacemente ridurre la concentrazione di stress.

Processo di brasatura a vuoto

La qualità della brasatura influisce direttamente sulla resistenza alle perdite.

Tra i fattori importanti figurano:

• Quantità esatta di metallo da riempimento
• Temperatura di riscaldamento uniforme
• Corretto controllo degli apparecchi

Per gli scambiatori di calore in alluminio che utilizzano rivestimenti in lega di alluminio 3003 e in lega di brasatura 4004, devono essere prese in considerazione anche le differenze di compatibilità dei materiali e di espansione termica.

Condizioni di esercizio

Anche l'ambiente di lavoro effettivo influisce sulla durata di vita.

Tra i fattori importanti figurano:

• Variazioni di pressione
• Scioperi di temperatura
• Condizioni di ambiente di lavoro

Questi determinano se i piccoli difetti si svilupperanno in problemi di perdite.

4. Metodi di rilevamento delle perdite

Dato che i percorsi di fuga di crosso di brasatura sono di solito molto piccoli, sono necessari metodi di ispezione professionali.

I metodi più comuni sono:

Test di perdita di elio

Fornisce un'elevata sensibilità e può individuare le zone di micro-fuga.

Test di bolla

Adatto per rilevare evidenti perdite esterne.

CT industriale e analisi metallografica

Utilizzato per analizzare:

• Vuoti interni
• Difetti di brasatura
• Sviluppo del crack

Questi metodi aiutano a individuare le vere cause del fallimento.

5Come prevenire le perdite di brasatura

Per migliorare l'affidabilità degli scambiatori di calore a pinne in lamiera di alluminio, i fabbricanti dovrebbero concentrarsi su:

Progettazione del nucleo ottimizzata

• Ridurre le intersezioni inutili di brasatura
• Migliorare la struttura articolare
• Evitare che il calore della saldatura colpisca le zone brasate

Migliore controllo della brasatura

• Controllo della distribuzione dei metalli di riempimento
• Mantenere una temperatura uniforme
• Ridurre lo stress termico eccessivo

Stretta ispezione della qualità

Prima della consegna, i prodotti critici devono superare:

• Prova di perdite
• Prova di pressione
• Prova del ciclo di temperatura

Conclusioni

Le superfici di incrocio delle giunture di brasatura sono uno dei fattori più importanti che influenzano le prestazioni di perdite degli scambiatori di calore a pinne in piastra di alluminio.

A causa della combinazione di cambiamenti di geometria, difetti di brasatura, sollecitazioni residue e carichi di esercizio, queste aree richiedono un attento controllo durante la progettazione e la produzione.

Con un'esperienza professionale nella produzione di scambiatori di calore, SUNHOPE fornisce soluzioni per scambiatori di calore a pinna di piastra e attrezzature di produzione correlate, aiutando i clienti a migliorare la qualità del prodotto,stabilità della produzione, e affidabilità a lungo termine.