CN1199753C - 热交换器的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种包括箱体和中心部分的热交换器制造方法，所述中心部分包括许多管道和一些与管道表面相连的散热片，所述箱体部分与所述管道相通连。所述制造方法包括按序进行的预热、铜焊、渐冷和冷却阶段。在预热阶段，具有较大热容量的箱体部分比具有较小热容量的中心部分先行加热升温。这样，箱体部分的温度可迅速提高，中心部分的温度随着箱体的升温而相应提高。

Description

热交换器的制造方法

技术领域

本发明涉及各结构部分具有不同热容量的热交换器的制造方法。所述热交换器包括中心部分和箱体部分，中心部分包括许多用于流通热介质的管道和一些与所述管道表面相连的散热片，所述箱体部分与所述热介质管道相连通。

背景技术

在具有中心部分和与中心部分介质管道相连通的箱体部分的热交换器制造方法中，通过铜焊使箱体部分和介质管道相连并使散热片焊接在相邻管道间的管道上。因此，在将这些部件装配起来时，包含焊剂的铜焊金属填充材料沉积在管道、散热片和箱体等部件的焊接部分。从工艺上说，要顺序经过预热、铜焊、渐冷和冷却等几个阶段。为将部件装配起来，在预热阶段要进行加热直至焊剂熔化，在铜焊阶段继续加热直至铜焊金属填充材料熔化。然后进行渐冷，使铜焊金属填充材料固化。最后进行冷却，使热交换器的温度达到室温。

热交换器包括热容量较小、较薄的中心部分和热容量较大、较厚的箱体。因此，在预热阶段很难使整个热交换器的温度均匀一致的增加。还有，在预热阶段，在热容量较小、较薄部分已达到铜焊温度后，还要对整个热交换器进行继续加热直至热容量较大、较厚的部分也达到铜焊温度。这样，预热时间较长，生产效率较低。此外，由于铜焊金属填充材料(特别是铜焊材料中的硅)在板材厚度方向上的运动和扩散，它们可能会运动到散热片等部件之中，从而引起部件材料的腐蚀。散热片有可能被熔化，从而影响热交换器的使用寿命和可靠性。

发明内容

正是针对上述问题而进行了本项发明，本发明的一个目的是提供一种可提高热交换器的使用寿命和可靠性、能够改善其生产效率的热交换器制造方法。

本发明制造方法适用于包括中心部分和与中心部分的管道相连通的箱体的热交换器，所述中心部分具有许多管道和一些与管道表面相连的散热片。所述制造方法包括：对热交换器进行预热直至达到焊剂熔化的温度，预热后对热交换器继续加热直至达到铜焊金属填充材料熔化的温度，然后使热交换器冷却。对热交换器进行冷却可包括两个阶段：在加热后的第一冷却阶段使热交换器逐渐冷却到铜焊金属填充材料固化的温度，在渐冷后的第二冷却阶段使热交换器进一步冷却到室温。在预热阶段，要使热交换器中热容量大于预定值的第一部分比热容量小于预定值的第二部分先行增温。相应地，箱体温度在预热中增加到等于或大于中心部分温度，中心部分的温度随箱体的温度增加而相应上升。这样，可防止热交换器中产生腐蚀。

在将箱体作为第一部分、中心部分作为第二部分时，上述制造方法可改善热交换器中心部分的耐用性和提高生产效率。

在预热中，最好使高温气体吹向热交换器的第一部分，使其温度先于第二部分得到提高。这样，具有较大热容量的第一部分可先于第二部分得到增温。

在预热中，所述高温气体的温度最好等于或大于450摄氏度，高温气体吹向第一部分的速度等于或大于5米/秒。这样，具有较大热容量的第一部分的增温时间可以缩短，不会降低热交换器的使用寿命和可靠性。

附图说明

以下结合附图对本发明最佳实施例的说明，将使本发明的特性和优点更为明晰，附图包括：

图1为本发明第一实施例中热交换器的简要视图，表明高温气体的流动情况。

图2为本发明第一实施例中热交换器的剖视图，表明高温气体的流动情况。

图3为本发明第一实施例中热交换器中心部分和箱体部分的温度变化曲线。

图4视图表明本发明第一实施例中心部分的散热片与管道间的焊接状况。

图5视图表明本发明第一实施例箱体部分、管道和散热片之间的焊接状况。

图6视图表明本发明第二实施例热交换器中高温气体的流动情况。

图7为本发明第三实施例中热交换器中心部分和箱体部分的温度变化曲线。

图8为本发明第三实施例中热交换器在等于或大于450摄式度下的保持时间与锌扩散深度之间的相互关系曲线。

具体实施方式

现结合附图说明本发明的最佳实施例。

(第一实施例)

现结合图1-5说明按本发明第一实施例的热交换器制造方法。在第一实施例中，热交换器包括中心部分11和一对位于所述中心部分11两侧的箱体12。所述中心部分11包括许多管道13，传热介质可从中流过，一些位于相邻管道之间的散热片14焊接在管道13的表面。箱体12与管道13相互通连。

在本实施例中，按顺序进行预热、铜焊、渐冷和冷却等步骤，使箱体12与管道13以及管道13与散热片14焊接在一起。

在图3中，实线E表明箱体12的温度变化，虚线F表明中心部分11的温度变化，A表明预热阶段，B表明铜焊阶段，C表明渐冷阶段，D表明冷却阶段。如图3所示，在预热阶段，与作为热交换器1中热容量较小的第二部分的中心部分11相比较，作为热交换器1中热容量较大的第一部分的箱体12的温度先行增高。也就是说，在预热阶段，箱体12的温度先行达到等于或大于中心部分11的温度。

在预热阶段为先行提高箱体12的温度，高温气体直吹到具有较大热容量的箱体12上，如图1和图2所示。如图1所示，热交换器1具有两个配置在中心部分11上下两侧的箱体12；如图2所示，它被放置在加热炉3之中。高温气体2的喷射孔33配置在加热炉3的上表面31和下表面32，使高温气体2由喷射孔33直接吹向热交换器1的箱体12。在此，喷射孔33的配置并非局限于上述加热炉3的上表面31和下表面32。也就是说，对每个喷射孔33可进行适当的配置，使高温气体2能够直接吹到箱体12。

所述高温气体2是通过可燃气体在空气中的燃烧获得的。例如，氮气可被用作高温气体。在这种情况下，可有效防止热交换器1的氧化腐蚀。在本实施例中，高温气体2的温度为等于或大于450摄氏度，吹动速度等于或大于5米/秒。这样，可减少箱体12的升温时间。

用于制造箱体12的金属板材厚度约为0.6-1.0毫米，因此箱体12的热容量较大，难以提高其温度。另一方面，用于制造中心部分11的金属板材厚度约为0.05-0.15毫米。其热容量较小，容易升温。

如图3A所示，热交换器组装件1在预热阶段被高温气体2加热，直至达到金属板上焊剂融化的温度。在预热阶段之后，组装件如图3B所示在铜焊阶段被进一步加热到金属板材中的铜焊金属填充材料熔化的温度。如图3C所示，在铜焊之后的渐冷阶段，组装件被冷却至铜焊金属填充材料固化。如图3D所示，在渐冷之后的冷却阶段，组装件被冷却到室温。这样，构成了包括一些铜焊部件的热交换器1。

在第一实施例中，如图4和5所示，包括焊剂的铜焊金属填充材料用在箱体12和管道13以及管道13和散热片14之间的焊接处，从而可实现对热交换器1的铜焊。相应地，热交换器1的组装件在预热阶段被加热到等于或小于铜焊金属填充材料中焊剂的熔化温度。

按本发明第一实施例，如图1和3所示，具有较大热容量的箱体12比具有较小热容量的中心部分11先行升温。也就是说，比较难于升温的箱体12的温度先行得到提高。相应地，中心部分11的温度在如图2中21所示的热辐射、热对流和热传导的作用下随着箱体12的升温而提高。之后，整个热交换器1被均匀加热。由于中心部分11的热容量较小，它可很快升温到与箱体12的温度同步。

结果，整个热交换器1的升温时间可以缩短，热交换器1的生产效率可得到提高。由于对热交换器1的加热时间可以缩短，因而可限制铜焊金属填充材料向中心部分11的扩散渗透，从而可减少热交换器产生腐蚀的可能性。这样，就可提高热交换器1的耐用性，同时也可采用更薄的金属板材来制造热交换器1。

按本发明第一实施例，高温气体2直接吹向箱体12，从而可使箱体12的温度很快上升。由于高温气体的温度等于或大于450摄氏度、流速等于或大于5米/秒，因此可使箱体12的升温时间有效减少。这样，热交换器1可在不影响其耐用性的情况下进行铜焊。所以，按本发明第一实施例的制造方法，可改善热交换器1的耐用性和提高其生产效率。

在上述第一实施例中，高温气体2的温度等于或大于450摄氏度，其流速等于或大于5米/秒。但高温气体2的温度可设定在450-600摄氏度，其流速可设定为5-15米/秒。在这种情况下，可对热交换器1的组装件温度进行适当控制，从而可进一步提高热交换器1的使用寿命和可靠性。

(第二实施例)

现结合附图6说明本发明的第二实施例。在第二实施例中，如图6所示，欲制造的热交换器1具有配置在中心部分11左右两侧的箱体12。在这种情况下，高温气体2的喷射孔33也配置在左右两侧，使高温气体2直接吹到热交换器1的箱体12。

在第二实施例中，其它部件与第一实施例所述相同，在此不再赘述。

(第三实施例)

现结合附图7和8说明本发明的第三实施例。在第三实施例中，本发明热交换器1制造方法将与示例中的方法进行比较。在第三实施例中，采用的热交换器1为第一实施例所述的热交换器，其中心部分和箱体部分由技术板材A3003制造，所用铜焊金属填充材料为A4045。

在图7中，实线E表示箱体的温度变化，虚线F表示中心部分的温度变化。在第三实施例中，在本发明制造方法中由预热到冷却阶段对热交换器的箱体和中心部分的温度变化进行了测量。这里，高温气体的温度被置定为600摄式度，高温气体的流速被置定为12米/秒。

其次，如图8所示，还测量了保持时间T与锌扩散深度之间的相互关系，所述保持时间是热交换器温度保持等于或大于450摄氏度的时间。一般而言，在温度等于或大于450摄氏度的情况下，容易产生因热交换器中心部分和箱体部分的铜焊而引起的锌扩散。

在检测中，锌扩散深度的检测点为位于中心部分中央附近的管道，所述管道由总厚度为0.2毫米的金属板材制成。此处的金属板为复合材料，包括厚度为0.15毫米的A3003核心材料、厚度为0.03毫米的Al-10Si-2.7Zn代损材料和厚度为0.02毫米的A4045铜焊金属填充材料。代损材料为一种金属材料，其电势小于核心材料，与核心材料相比更容易被腐蚀。这里，由于腐蚀的方向垂直于金属板材的厚度方向，因此代损材料层有助于阻止腐蚀穿透金属板。

其次，对本发明与示例中的热交换器腐蚀、铜焊产生的熔蚀和散热片的熔化情况进行了比较，结果如表1所示。

                                   表1

铜焊方法	保持时间(分)	腐蚀		熔蚀	散热片熔化
						深度	可用性
		实施例1	约8分钟					130微米	可用	无	无
实施例2	约12分钟			150微米	可用	无	无
		比较示例	约19分钟					渗透	不可用	产生	产生

在表1中，将热交换器放在包含硫酸盐离子的盐水混合液中500小时以测量金属板的腐蚀深度；同时，进一步测定铜焊中是否产生熔蚀和散热片是否发生熔化。

在本发明实施例1的制造方法中，热交换器的温度保持等于或大于450摄氏度的保持时间设定为8分钟。在本发明实施例2的制造方法中，热交换器的温度保持等于或大于450摄氏度的保持时间设定为12分钟。在实施例1和2中，如图7所示，箱体的温度首先升高，中心部分的温度随箱体温度的升高而相应升高。此后，中心部分的温度在铜焊阶段接近达到与箱体相同的温度。按本发明制造方法，由开始预热到完成铜焊大约需7分钟。

另一方面，在比较示例中，不在预热阶段使箱体的温度先行上升而对热交换器组合件进行整体加热，保持时间为19分钟。因此，在比较示例中，中心部分的温度首先上升，箱体的温度是随着中心部分的温度上升而提高。在比较示例中，由开始预热到完成铜焊的时间大约为20分钟。

在本发明制造方法中，如图7所示，热交换器(组合件)的温度等于或大于450摄氏度的保持时间大约为8分钟。因此，可限制锌向构成箱体和中心部分的金属板的扩散。如图8中G所示，当保持时间约为8分钟时，锌的扩散深度小于核心材料的厚度。即使在保持时间为12分钟时，锌扩散深度也小于核心材料的厚度，如图8中H所示。这样，如表所示，在按本发明实施例1和2制成的热交换器中，将不会产生腐蚀渗透和散热片的熔化或腐蚀。

但在比较示例中，由于保持时间约为19分钟，锌的扩散深度将达到核心材料的厚度，如图8中I所示。这样，如表1所示，在按比较示例获得的热交换器中，将会产生腐蚀渗透及散热片的熔化或腐蚀。

通过比较，上述试验进一步肯定了本发明的优点。

虽然结合附图详细说明了本发明的最佳实施例，但熟悉本门技术的人们都会了解，对其作出增添、减少和修改是可能的。

例如，在本发明的上述实施例中，热交换器中的箱体配置在其中心部分的两侧；但本发明也适用于箱体仅配置在中心部分一侧的热交换器。

本发明方法制造的热交换器可用在各种加热器、车用散热器、车用冷凝器、蒸发器、冷凝器等热工装置中。

上述修改和变化应理解为在本发明的要义和所申明的权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种包括箱体和中心部分的热交换器的制造方法，所述中心部分许多管道和一些与管道表面相连的散热片，所述箱体与所述管道相通连，所述制造方法包括：

对热交换器组合件进行预热至焊剂熔化的温度；

在预热阶段后，将热交换器加热至铜焊材料熔化的温度；

在加热后对热交换器进行冷却，其中：

在预热阶段，热交换器中热容量大于预定值的第一部分比热容量小于预定值的第二部分先行加热升温。

2、如权利要求1所述制造方法，其中：

所述第一部分为箱体部分，所述第二部分为中心部分。

3、如权利要求1所述制造方法，其中：

在预热阶段，用高温气体吹向所述第一部分，使其比所述第二部分先行升温。

4、如权利要求3所述制造方法，其中：

在预热阶段，所述高温气体通过在空气中燃烧可燃气体获得。

5、如权利要求3所述制造方法，其中：

在预热阶段，所述高温气体为氮气。

6、如权利要求3-5中任一项所述制造方法，其中：

在预热阶段，所述高温气体的温度等于或大于450摄氏度。

7、如权利要求3-5中任一项所述制造方法，其中：

在预热阶段，所述高温气体以等于或大于5米/秒的流速吹向所述第一部分。

8、如权利要求6所述制造方法，其中：

在预热阶段，所述高温气体的温度为450-600摄氏度。

9、如权利要求8所述制造方法，其中：

在预热阶段，所述高温气体吹向第一部分的流速为5-15米/秒。

10、如权利要求1所述制造方法，其中：

在预热阶段，所述第二部分的温度随所述第一部分的升温而提高。

11、如权利要求1所述制造方法，其中：

所述箱体部分包括配置在所述中心部分两侧的两个箱体，在预热阶段，所述两个箱体比所述中心部分先行升温。

12、如权利要求11所述制造方法，其中：

在预热阶段，高温气体吹向所述两个箱体。

13、如权利要求1所述制造方法，其中：所述冷却包括第一冷却阶段和第二冷却阶段，热交换器在加热后的第一冷却阶段被逐渐冷却到铜焊材料固化的温度，热交换器在渐冷后的第二冷却阶段被进一步冷却到室温。

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