CN111151834A - 真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部外漏的钎焊修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部外漏的快速钎焊修复方法，属于铝合金焊接技术领域。该方法采用传统的氧乙炔钎焊配以膏状铝合金钎料应用于真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部外漏的修复。该方法简单，膏状钎料易于涂覆，氧乙炔加热便捷，操作性和可控性强，修复合格率高。由于膏状铝合金钎料熔点低于490℃，氧乙炔加热时可有效避免因为热应力大而导致修复时泄漏缺陷的扩展，以及翅片等零件损伤。

Description

真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部外漏的钎焊修复方法

技术领域

本发明属于铝合金焊接技术领域，尤其涉及一种真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部外漏的快速钎焊修复方法。

背景技术

铝制板翅式换热器是一种以铝合金波形翅片为传热元件的新型高效换热器，是目前国内外最先进的换热器，具有热阻小、换热效率高、结构紧凑、体积小、重量轻、适应性强、坚固耐用、经济性好、并可设计成多达十多股流体同时换热等特点，早期专用于航空、潜艇等军事领域，现已广泛应用于石化、航空航天、电子、原子能、船舶和动力机械等领域，且在不断取代管壳式等传统换热器，快速扩展其应用范围。

铝制板翅式换热器由芯体、封头、接管、法兰等通过氩弧焊组焊而成，其核心部分是由翅片、导流片、隔板、侧板和封条五种元件组成的单元体叠积结构的芯体，通常由真空钎焊而成。翅片、导流片、侧板和封条材料通常为3003铝合金，隔板通常为Q515铝合金复合板，其中间芯板为3003铝合金，上下表面层为厚度是复合板厚度5～18％的含硅量为9.0～10.5％的4004合金包覆层，即钎料层。

铝制板翅式换热器生产工艺复杂，技术要求高，通常的主要生产工序为：(1)零件加工→(2)检验→(3)焊前清洗→(4)检验→(5)芯体组装→(6)检验→(7)真空钎焊→(8)外形及其尺寸检验→(9)焊接上试压封头进行气密性试验→(10)割下试压封头→(11)清洗→(12)与封头接管组焊→(13)外形及其尺寸检验、气密性和强度试验→(14)清洗烘干→(15)氮封出厂。由于产品的设计要求不同，一些换热器也可以省去(9)～(11)工序。钎焊后芯体各通道应能够承压，各处不允许泄漏，但由于铝制板翅式换热器结构和生产工艺复杂，技术要求高，芯体钎焊前又都是手工装配，所以真空钎焊后芯体出现泄漏不可能完全避免，这是国内外铝制板翅式换热器生产企业所面临的一个共同的实际问题。

芯体泄漏分外漏和内漏两种，其中外漏占绝大部分。外漏是指通道内的介质通过封条和侧板间的间隙向外渗漏；内漏是指相邻两不同的通道间串通，互相渗漏。芯部是不允许有任何外漏的，若出现大面积的外漏，只能报废；而对于只有局部外漏的芯体，出于对成本和节能的考虑，在保证产品使用性能的前提下，应尽可能予以修复。

对芯体出现的局部外漏，目前国内外可采用的修复手段有三种：1、堵换热通道；2、高分子材料堵漏；3、氩弧焊修复。由于堵换热通道会影响到整个换热器的换热效率，所以设计对此有非常严格的限制，紧凑型、精密型的换热器芯体，如军用换热器，是不允许堵换热通道的，堵换热通道法只适用于极少数的换热器芯体，且只有在设计许可的条件下才能采用。高分子材料，如使用广泛的DW型聚氨酯粘接剂，具有较高的力学性能和较好的低温性能，可以用来进行芯体局部外漏的修复，但由于对修复处表面预处理要求非常高，实际产品修复很难达到较为理想的效果，且不适用于工作温度较高、工作压力较大的换热器，应用非常有限。采用严格控制焊接规范参数、小线能量的手工钨极氩弧焊对换热器芯体局部外漏进行修复，是较为可行的一种修复方法，但该种方法只适合于隔板和封条厚度较厚的换热器芯体。手工钨极氩弧焊电弧较为粗大，弧斑尺寸较大，电弧能量密度小，加热区域大，而换热器芯体结构与尺寸精度要求很高，且隔板和封条厚度小，特别是隔板厚度小(通常小于2.0mm)，所以手工钨极氩弧焊也对焊接人员的焊接操作技术提出很高要求。如何对换热器芯体局部外漏进行有效修复，是目前国内外铝制板翅式换热器生产企业关注的一个热点，也是亟待解决的一个共性技术难题。换热器芯体因局部外漏无法进行有效修复而报废，不但会带来很大的直接经济损失，也会严重影响到生产进程。

发明内容

本发明的目的在于针对真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部外漏修复存在的技术难题，克服现有技术的不足，提供一种有效而快速便捷的钎焊修复方法。

本发明的目的是这样实现的：一种真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部外漏的快速钎焊修复方法，包括以下步骤：

(1)清理换热器芯体局部外漏部位及邻近区域，使局部外漏部位及邻近区域无水、油及其它污物。

(2)调整芯体位置，保证修复面朝上且与水平面平行。

(3)在芯体局部外漏部位及邻近区域清理后的20分钟内将膏状铝合金钎料涂覆在芯体局部外漏处，填满外漏缝隙并高出约2mm，高出的膏状铝合金钎料与芯体金属部位呈现圆润过渡，膏状铝合金钎料的熔点低于490℃，钎焊温度为500～520℃。

(4)膏状钎料涂覆后的10分钟内采用氧乙炔焊炬对外漏部位及邻近20mm区域进行加热，待膏状钎料全部熔化后，移开氧乙炔焊炬。

(5)对修复部位进行打磨和丙酮擦洗，修复结束。修复结束后对换热器芯体局部外漏部位进行检验。

进一步地，所述步骤(1)中，清理换热器芯体局部外漏部位及邻近区域的方法为：用丝径≤0.15mm的铜丝刷或不锈钢丝刷、刮刀、丙酮依次清理换热器芯体局部外漏部位及邻近10mm区域，直至露出金属本色。

进一步地，所述步骤(3)中，膏状铝合金钎料的组分及配比为：低熔点高强度铝合金粉末钎料400g、粉状钎剂QJ20160～65g、液体石蜡油100～110mL、聚乙烯吡咯烷酮2～2.2g。所述低熔点高强度铝合金粉末钎料由Si、Cu、Ge、Ni、Zn、Sr、Bi、La、Ce、Yb、Al组成，其中Si的质量分数为8.6％～9.5％、Cu的质量分数为16.5％～17.5％、Ge的质量分数为8.5％～9.5％、Ni的质量分数为4.5％～5.0％、Zn的质量分数为4.0％～5.0％、Sr的质量分数为0.70％～0.75％、Bi的质量分数为0.35％～0.40％、La的质量分数为0.40％～0.45％、Ce的质量分数为0.40％～0.55％、Yb的质量分数为0.10％～0.20％、其余为Al。

进一步地，所述步骤(4)中，加热使用小号焊炬，中性焰，加热过程中焊炬不停摆动，以便对加热区域进行均匀加热。

本发明与其它真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部外漏修复方法相比，其有益效果是：

1、修复方法便捷快速，膏状钎料易于涂覆，氧乙炔加热便捷。

2、膏状钎料熔点低于490℃，钎焊温度可低至500～520℃，氧乙炔加热时可有效避免因为热应力大而导致修复时泄漏缺陷的扩展，以及翅片等零件损伤。

3、修复方法简单，工艺可控，便于操作，工艺消耗费低，修复合格率高。

具体实施方式

本发明涉及的氧乙炔焰加热熔化膏状铝合金钎料进行真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部外漏的修复方法，是一种手工火焰钎焊方法。火焰钎焊是利用可燃气体或液体燃料的气化产物与氧或空气混合燃烧所形成的火焰来进行钎焊加热的，其中以氧乙炔火焰钎焊应用最为广泛，主要用于钎焊碳钢、铜及铜合金的薄壁和小型焊件，也可用于钎焊低合金钢和铝及铝合金。氧乙炔钎焊工艺过程相对较简单，不需要保护气体，但需要使用钎剂。在本发明之前，氧乙炔钎焊并未被用于真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部外漏的修复。由于真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部外漏的特殊性，采用氧乙炔钎焊进行修复，必须解决一系列的关键技术难题。如采用什么样的钎焊材料(钎料和钎剂成分、形式和规格、钎料和钎剂的配比)以及如何有效施加钎焊材料，采用什么性质的氧乙炔焰，如何进行外漏缝隙钎焊前的清理，如何避免钎焊加热时产生过大的热应力而导致局部泄漏在修复过程中不断扩展以及出现新的局部泄漏缺陷，如何避免修复处邻近的翅片、隔板和封条的损坏，等等。

众所周知，传统的铝合金钎焊所采用的焊接材料为粉状钎剂与粉、丝、箔、片、棒状等铝合金钎料，对于真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部泄漏的修复，由于外漏处缝隙很小，传统的铝合金钎焊材料难以有效施加，且外漏缝隙钎焊前的清理非常困难，而清理直接决定着钎焊修复的成败。因此，对于真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部泄漏的修复，最有效的是采用膏状钎料，其具有独特优点：(1)便于精确添加钎料，尤其适合形状不规则的钎焊缝；(2)钎剂与钎料配比准确，去膜能力强，而钎焊后残留非常少。迄今为止，国内外膏状钎料的研究与开发主要集中在锡基、铜基和银基钎料，膏状铝合金钎料非常少，商品化的屈指可数，且由于膏状钎料中的钎料粉为Al-Si基钎料粉，钎焊时钎焊温度高。Al-Si系钎料是铝合金钎焊使用最广泛的钎料，它以A1-Si共晶成分(Al-12.6Si)为基础，该共晶合金具有良好的润湿性、流动性、钎焊接头的抗腐蚀性和可加工性，且钎焊接头强度高。但Al-Si系钎料熔点较高(Al-12.6Si共晶温度为577℃)，钎焊时钎焊温度多在600℃以上，过高的钎焊温度极易造成铝合金母材发生过烧、溶蚀等现象，从而降低钎焊接头的性能。在一些特殊的应用场合，如薄壁的铝制板翅式换热器的钎焊，Al-Si系钎料的应用受到很大的制约。

本发明在系统分析真空钎焊铝制板翅式换热器芯体结构和局部泄漏特点的基础上，基于本发明人已发明的中温膏状铝合金钎料(ZL201810582571.9)，通过一系列的实验，解决了关键技术难题，发明了一种真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部外漏的快速钎焊修复方法。将传统的氧乙炔钎焊应用于真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部泄漏的修复，具有显著的进步，氧乙炔钎焊不再仅仅只是一种铝及其合金的钎焊方法，而且可以作为一种真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部外漏的修复方法。该方法简单，膏状钎料易于涂覆，氧乙炔加热便捷，操作性和可控性强，修复合格率高。由于膏状钎料熔点低，氧乙炔加热时可有效避免因为热应力大而导致修复时泄漏缺陷的扩展，以及翅片等零件损伤。

下面结合具体实施例，详细说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。其中，使用的中温膏状铝合金钎料的组分及配比为：低熔点高强度铝合金粉末钎料400g、粉状钎剂QJ20160～65g、液体石蜡油100～110mL、聚乙烯吡咯烷酮2～2.2g。所述低熔点高强度铝合金粉末钎料由Si、Cu、Ge、Ni、Zn、Sr、Bi、La、Ce、Yb、Al组成，其中Si的质量分数为8.6％～9.5％、Cu的质量分数为16.5％～17.5％、Ge的质量分数为8.5％～9.5％、Ni的质量分数为4.5％～5.0％、Zn的质量分数为4.0％～5.0％、Sr的质量分数为0.70％～0.75％、Bi的质量分数为0.35％～0.40％、La的质量分数为0.40％～0.45％、Ce的质量分数为0.40％～0.55％、Yb的质量分数为0.10％～0.20％、其余为Al。

实施例1

某型冷却液-气流两换热通道铝制板翅式换热器芯体尺寸为(长×宽×高)：1440×150×488mm。侧板材质为3003铝合金板，尺寸为(长×宽×厚度)：1440×150×4mm；翅片材质为3003铝合金板，厚度为0.2mm，锯齿形翅片；隔板为Q515铝合金包覆板，尺寸为(长×宽×厚度)：1440×150×0.8mm；封条材质为3003铝合金，其中气流侧冷封条尺寸为(长×宽×高)：1440×8×3mm，冷却液侧热封条尺寸为(长×宽×高)：150×12×9.5mm；侧板与翅片、封条间钎焊的钎焊料为0.1mm厚的4004钎料片，尺寸为(长×宽)：1440×150mm。该换热器芯体真空钎焊后密封试验发现存在3处外漏，均位于气流侧冷封条与隔板之间，外漏缺陷长度分别为～1、～3和～5mm。

长度～1mm的外漏修复：

(1)用刮刀、丝径0.15mm的不锈钢丝刷、丙酮仔细清理换热器芯体局部外漏部位及邻近10mm区域，直至露出金属本色，局部外漏部位及邻近区域无水、油及其它污物。

(2)调整芯体位置，保证修复面朝上且与水平面基本平行。

(3)在芯体局部外漏部位及邻近10mm区域清理后的3分钟内用洁净的不锈钢刮片将中温膏状铝合金钎料涂覆在芯体局部外漏处，填满外漏缝隙并高出～2mm，高出的膏状钎料与芯体金属部位呈现圆润过渡。

(4)膏状钎料涂覆后的5分钟内采用氧乙炔焊炬对外漏部位及邻近20mm区域进行加热，使用小号焊炬，中性焰，加热过程中焊炬不停摆动，以便对加热区域进行均匀加热。膏状钎料全部熔化后，移开氧乙炔焊炬。

(5)对修复部位进行仔细打磨和丙酮擦洗，修复结束。

长度～3mm的外漏修复：

步骤同以上(1)～(5)

长度～5mm的外漏修复：

步骤同以上(1)～(5)

(6)检验：修复后的芯体送入检验工序，进行振动强度试验和气密性试验，全部合格。振动强度试验为：常温，水平放置，水压0.20Mpa，振动频率60-80次/分，振幅50mm，持续时间5min，不允许渗漏和异常变形；气密性试验为：常温，气压0.20MPa，保压5min，不允许渗漏和异常变形。

实施例2

某型机油-气流两换热通道铝制板翅式换热器芯体尺寸为(长×宽×高)：367×150×472mm。侧板材质为3003铝合金板，尺寸为(长×宽×厚度)：367×150×6mm；翅片材质为3003铝合金板，厚度为0.2mm，锯齿形翅片；隔板为Q515铝合金包覆板，尺寸为(长×宽×厚度)：367×150×0.8mm；封条材质为3003铝合金，其中气流侧冷封条尺寸为(长×宽×高)：367×8×3mm，机油侧热封条尺寸为(长×宽×高)：150×12×9.5mm；侧板与翅片、封条间钎焊的钎焊料为0.1mm厚的4004钎料片，尺寸为(长×宽)：367×150mm。该换热器芯体真空钎焊后密封试验发现存在1处外漏：位于机油侧热封条与隔板之间，外漏缺陷长度为～2mm。

芯体局部外漏氩弧焊修复：

(1)用刮刀、丝径0.15mm的铜丝刷丝刷、丙酮仔细清理换热器芯体局部外漏部位及邻近10mm区域，直至露出金属本色，局部外漏部位及邻近区域无水、油及其它污物。

(2)调整芯体位置，保证修复面朝上且与水平面基本平行。

(3)在芯体局部外漏部位及邻近10mm区域清理后的5分钟内用洁净的不锈钢刮片将中温膏状铝合金钎料涂覆在芯体局部外漏处，填满外漏缝隙并高出～2mm，高出的膏状钎料与芯体金属部位呈现圆润过渡。

(4)膏状钎料涂覆后的5分钟内采用氧乙炔焊炬对外漏部位及邻近20mm区域进行加热，使用小号焊炬，中性焰，加热过程中焊炬不停摆动，以便对加热区域进行均匀加热。膏状钎料全部熔化后，移开氧乙炔焊炬。

(5)对修复部位进行仔细打磨和丙酮擦洗，修复结束。

(6)检验：修复后的芯体送入检验工序，进行振动强度试验和气密性试验，全部合格。振动强度试验为：常温，水平放置，水压0.39Mpa，振动频率60-80次/分，振幅50mm，持续时间5min，不允许渗漏和异常变形；气密性试验为：常温，气压0.39MPa，保压5min，不允许渗漏和异常变形。

实施例3

某型机油-气流两换热通道的铝制板翅式换热器芯体尺寸为(长×宽×高)：427×102×190mm。侧板材质为3003铝合金板，尺寸为(长×宽×厚度)：427×102×8mm；翅片材质为3003铝合金板，厚度为0.2mm，平直形翅片；隔板为Q515铝合金包覆板，尺寸为(长×宽×厚度)：427×102×0.8mm；封条材质为3003铝合金，其中气流侧冷封条尺寸为(长×宽×高)：102×6×3mm，机油侧热封条尺寸为(长×宽×高)：427×3×8mm；侧板与翅片、封条间钎焊的钎焊料为0.1mm厚的4004钎料片，尺寸为(长×宽)：427×102mm。该换热器芯体真空钎焊后密封试验发现存在3处外漏：2处位于气流侧冷封条与隔板之间，外漏缺陷长度分别为～3mm为10mm；1处位于机油侧热封条与隔板之间，外漏缺陷长度为～8mm。

气流侧冷封条与隔板之间的～3mm局部外漏氩弧焊修复：

(1)用刮刀、丝径0.15mm的不锈钢丝刷、丙酮仔细清理换热器芯体局部外漏部位及邻近10mm区域，直至露出金属本色，局部外漏部位及邻近区域无水、油及其它污物。

(2)调整芯体位置，保证修复面朝上且与水平面基本平行。

(3)在芯体局部外漏部位及邻近10mm区域清理后的8分钟内用洁净的不锈钢刮片将中温膏状铝合金钎料涂覆在芯体局部外漏处，填满外漏缝隙并高出～2mm，高出的膏状钎料与芯体金属部位呈现圆润过渡。

(4)膏状钎料涂覆后的7分钟内采用氧乙炔焊炬对外漏部位及邻近20mm区域进行加热，使用小号焊炬，中性焰，加热过程中焊炬不停摆动，以便对加热区域进行均匀加热。膏状钎料全部熔化后，移开氧乙炔焊炬。

(5)对修复部位进行仔细打磨和丙酮擦洗，修复结束。

气流侧冷封条与隔板之间的～10mm局部外漏氩弧焊修复：

步骤同以上(1)～(5)

机油侧热封条与隔板之间的～8mm局部外漏氩弧焊修复：

(1)用刮刀、丝径0.15mm的不锈钢丝刷、丙酮仔细清理换热器芯体局部外漏部位及邻近10mm区域，直至露出金属本色，局部外漏部位及邻近区域无水、油及其它污物。

(2)调整芯体位置，保证修复面朝上且与水平面基本平行。

(3)在芯体局部外漏部位及邻近10mm区域清理后的20分钟内用洁净的不锈钢刮片将本发明人发明的中温膏状铝合金钎料(申请号201810582571.9)涂覆在芯体局部外漏处，填满外漏缝隙并高出～2mm，高出的膏状钎料与芯体金属部位呈现圆润过渡。

(4)膏状钎料涂覆后的10分钟内采用氧乙炔焊炬对外漏部位及邻近20mm区域进行加热，使用小号焊炬，中性焰，加热过程中焊炬不停摆动，以便对加热区域进行均匀加热。膏状钎料全部熔化后，移开氧乙炔焊炬。

(5)对修复部位进行仔细打磨和丙酮擦洗，修复结束。

(6)检验：修复后的芯体送入检验工序，进行振动强度试验和气密性试验，全部合格。振动强度试验为：常温，水平放置，水压0.50Mpa，振动频率60-80次/分，振幅50mm，持续时间5min，不允许渗漏和异常变形；气密性试验为：常温，气压0.50MPa，保压5min，不允许渗漏和异常变形。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种真空钎焊铝制板翅式换热器芯体局部外漏的快速钎焊修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)清理换热器芯体局部外漏部位及邻近区域，使局部外漏部位及邻近区域无水、油及其它污物。

(2)调整芯体位置，保证修复面朝上且与水平面平行。

(3)在芯体局部外漏部位及邻近区域清理后的20分钟内将膏状铝合金钎料涂覆在芯体局部外漏处，填满外漏缝隙并高出约2mm，高出的膏状铝合金钎料与芯体金属部位呈现圆润过渡，膏状铝合金钎料的熔点低于490℃，钎焊温度为500～520℃。

(4)膏状钎料涂覆后的10分钟内采用氧乙炔焊炬对外漏部位及邻近20mm区域进行加热，待膏状钎料全部熔化后，移开氧乙炔焊炬。

(5)对修复部位进行打磨和丙酮擦洗，修复结束。

2.根据权利要求1所述的快速钎焊修复方法，其特征在于，所述步骤(1)中，清理换热器芯体局部外漏部位及邻近区域的方法为：用丝径≤0.15mm的铜丝刷或不锈钢丝刷、刮刀、丙酮依次清理换热器芯体局部外漏部位及邻近10mm区域，直至露出金属本色。

3.根据权利要求1所述的快速钎焊修复方法，其特征在于，所述步骤(3)中，膏状铝合金钎料的组分及配比为：低熔点高强度铝合金粉末钎料400g、粉状钎剂QJ201 60～65g、液体石蜡油100～110mL、聚乙烯吡咯烷酮2～2.2g。所述低熔点高强度铝合金粉末钎料由Si、Cu、Ge、Ni、Zn、Sr、Bi、La、Ce、Yb、Al组成，其中Si的质量分数为8.6％～9.5％、Cu的质量分数为16.5％～17.5％、Ge的质量分数为8.5％～9.5％、Ni的质量分数为4.5％～5.0％、Zn的质量分数为4.0％～5.0％、Sr的质量分数为0.70％～0.75％、Bi的质量分数为0.35％～0.40％、La的质量分数为0.40％～0.45％、Ce的质量分数为0.40％～0.55％、Yb的质量分数为0.10％～0.20％、其余为Al。

4.根据权利要求1所述的快速钎焊修复方法，其特征在于，所述步骤(4)中，加热使用小号焊炬，中性焰，加热过程中焊炬不停摆动，以便对加热区域进行均匀加热。