板翅式换热器下凹问题工艺研究

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摘要：板束下凹是大截面板翅式换热器的主要缺陷。产生这种缺陷的因素虽然很多，但真空钎焊时间过长是其主要原因。文中通过改进真空钎焊工艺，利用真空钎焊的温度过冲，有效控制钎焊时间，使板束下凹问题得到彻底解决。

关键词：板束下凹；真空钎焊；均温

0引言

板翅式换热器是一种高效换热设备，它的主要部件板束，由铝合金部件叠加钎焊而成，每层外周为封条，内部由翅片填充，隔板既是钎焊材料，又把通道隔开。板束下凹是大截面板翅式换热器的常见缺陷，下凹一般出现在离封条一段距离开始（图1），这是因为板束四周边界处封条支撑较强，翅片支撑比较薄弱，钎焊后翅片的形状逐步发生了改变。板束下凹深度与板束的截面大小有关，大截面（高和宽均大于1m）的板束更容易下凹，下凹严重时会造成通道封堵，失去换热作用。这种缺陷的存在严重影响了板翅式换热器的使用性能。板束下凹问题研究已经持续了多年，工艺人员从原材料、产品结构、真空环境等各个方面进行分析，采取各种措施进行改善。但这些措施都存在局限性，实施起来比较困难，而且板翅式换热器大型化已是发展的趋势，限制产品的尺寸更是难以实现。因此，改进真空钎焊工艺，突破现有工艺指标的约束，才能根本解决板束下凹问题。

1板束真空钎焊原理

在板束真空钎焊中，覆盖有钎料的隔板（钎料+母材+钎料）表面的氧化膜随着温度升高变得多孔而疏松，钎料中的镁开始挥发迁移，当温度升至530℃时，大量的镁分子通过固体钎料迁移到材料表面，与吸附在基体金属表面的氧气及水蒸气发生反应，净化炉内气氛。当温度继续升高，钎料金属发生共晶熔化，形成Al-Si-Mg低熔点合金，当合金钎料开始流动的时候，随氧化膜的裂纹开始渗入基体金属并在氧化膜下铺展，渗入的作用力将使氧化膜进一步破碎、弥散而被熔融的钎料所吞没。钎料在毛细作用力及重力的作用下顺着缝隙流动，缝隙被钎料所填充和润湿，同时,钎料中的硅也开始向基体金属扩散,使钎料与基体金属熔为一体,最终形成牢固的钎缝。

2板束下凹原因分析

板束钎焊过程包括升温、均温、钎焊3个阶段。钎料熔化温度为559～591℃，钎焊温度590～605℃，板束升温是在真空状态下通过电加热方式进行，热量传递主要是通过热辐射，升温过程中板束的表面和中心产生温差。业内普遍认为，在真空钎焊中，板束内、外温差不宜过大，包括国内外的一些真空钎焊资料也认为，温差过大会导致母材熔化、钎料流失等缺陷。因此，传统的钎焊工艺都是在保证板束表面和中心的小温差下进行的。而大截面板束缩小温差需要很长的时间，强度较弱的翅片长时间处于高温下产生塌陷，导致下凹。因此，钎焊时间过长是板束下凹的主要原因。

3改进措施

如图2~图3，根据钎料的性质，0～559℃升温、均温阶段，温度均匀有利于钎料中镁的均匀释放。钎焊工艺改进主要集中在钎焊阶段。当板束温度达到钎焊阶段（＞559℃）时，提高升温速度，加大板束表面与中心温差，增大温度梯度，加速热量传递，缩短钎焊时间。另外，大型板束升温，在停止加热后，会出现一个温度冲高，在传统工艺中，认为温度冲高是有害因素，往往会控制冲高的影响。改进后的真空钎焊工艺合理利用温度冲高，变害为利，大大缩短钎焊时间。具体措施如下：1）当板束表面温度接近钎料熔化温度时，严格控制表面温度，同时延长保温时间，缩短表面与中心的温差，防止次中心部位过早进入钎焊温度，造成底部过度钎焊。2）在控制板束表面温度不超过钎焊最高温度（605℃）的前提下，提高加热温度和加热速率，增大温度梯度，加快表面热量向板束心部的传递。3）控制加热温度，使板束表面温度维持在较高的范围内，为最后的钎焊贮存能量。4）利用温度过冲，提高中心温度。加热系统停止加热后，表面温度降低，由于板束表面与心部存在较大温差，热量会继续往心部传递，板束心部的温度会继续升高，因此停止加热时板束心部温度远低于钎焊温度，之间的差值由板束本身集聚的热量引起的温度冲高弥补。

4产品试验

试验板束外观尺寸为1900mm×1200mm×1250mm，翅片型式为65DK1402，导流片采用65DK4205，通道总层数为163层，结构为双通道单叠布置。本试验板束有以下特点：1)翅片薄，翅片厚度为0.2mm，为目前板翅换热器所用的最薄材料；2)通道层数多，截面尺寸大。5结论本文解决了板翅式换热器板束下凹问题，改进了真空钎焊工艺，缩短了真空钎焊时间，并合理利用温度过冲，改变了不利因素对产品的影响。板束下凹的缺陷是可以通过改进钎焊工艺的方法解决的，操作的关键是在钎焊阶段增大板束内外温差，形成大的温度梯度，加快热量传递，并正确利用中心温度的过冲，缩短钎焊时间，控制翅片变形。

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作者:郝娟红 张洪昌 郑康 孙志云 单位:开封空分集团有限公司