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434包覆板钎焊空分机换热器打压试验局部起鼓分析点击：1646 日期：[ 2014-04-26 22:00:34 ] |
| 434包覆板钎焊空分机换热器打压试验局部起鼓原因分析 侯绎 王国军 李俊茂 苏玉洁 (东北轻合金有限责任公司,黑龙江哈尔滨150060) 摘要：用434铝合金1·6 mm包覆板制作成换热器后,在打压试验时有4件换热器局部起鼓。利用金相显微镜观察和 对换热器结构及装配时受力状态的分析,确认造成打压起鼓的原因是,换热器装配时中心区域施加的压力过大,与 压实边框共同作用下,造成紧靠边框的区域向外鼓起,波浪形薄板与434铝合金板接触不上,致使钎焊时未焊合。 关键词：铝合金;包覆板;钎焊;换热器 中图分类号:TG146.21 文献标识码:A 文章编号:1007-7235(2008)04-0038-03 东北轻合金有限责任公司提供给某厂的434铝 合金1·6 mm包覆板,制作成换热器后,在打压试验时有4件换热器局部起鼓。用户将换热器锯开后发现起鼓处未焊合,怀疑未焊合处的包覆层过薄是造成换热器未焊合的原因,为此切取试样送回东轻公司分析。 1 起鼓的宏观特征 换热器的结构(如图1a)为434铝合金包覆板和呈波浪形纯铝薄板相间叠成的箱体,边框为在每两层434铝合金包覆板之间放入6 mm厚、20 mm宽3A21铝合金板制作的密封垫条构成的。 从图1a可看出,起鼓呈长条状,紧靠边框,且与边框平行。图1b为图1a的对称面。对图1b观察发现,起鼓缺陷分为四个区域:00区为边框密封垫条位置,00区的焊合效果很好;0区紧靠近00区,此区完全未焊合;4区焊合效果很好;在0区和4区之间为部分焊合区。 2 取样 取样部位如图2,分别在图1b的00区(焊合 区)、0区(未焊合区)、4区(焊合区)三个部位各取一 块试样,测定包覆层厚度。在同一换热器的其他层 焊合合格的包覆板上取对比试样11、12号两块,测定包覆层厚度。在0区取一块试样,分析包覆层的化学成分。 3 试验结果 包覆层厚度。包覆层厚度测定结果:00区为 0·09 mm,0区为0·10 mm,4区为0·08 mm(照片见图 3、4、5);对比试样11号为0·09 mm,12号为0·08 mm (见图6)。从检验结果上看,所有试样包覆层厚度都小于标准规定的范围(0·13 mm~0·17mm)。 包覆层的显微组织:从图3至图6可看出,包覆层厚度比较均匀,包覆层与基体之间复合情况良好,未见夹杂物和未焊合现象。 包覆层的化学成分:化学成分见表1,可以确认 它符合标准的规定。 4 分析与讨论 4.1 钎焊工艺原理[1] 钎焊工艺广泛应用于铝合金热交换器中。钎焊 所使用的钎焊板是一种在芯材的表面包覆钎料合金的单面或双面复合板。盐浴钎焊采用Al-Si合金作 包覆层,真空钎焊采用Al-Si-Mg合金作包覆层。 铝合金零件钎焊前必须去除表面油垢、氧化膜。 一般用3%~5%碳酸钠加2%~4% 601洗涤剂的水溶液除油;在20℃~50℃的5%~10%氢氧化钠水溶液中清除氧化膜。铝合金热交换器的钎焊一般在盐浴炉或真空炉中进行。 制造空分机换热器采用的是真空钎焊生产工艺,首先将表面清理干净的434铝合金包覆板、波浪形纯铝薄板和铝合金密封垫条一层层叠放在特制的大型夹具中。夹具上装有多个可调的加力弹簧,可以在换热器的上下两个平面均匀地加载一定的压 力,以保证434铝合金包覆板与波浪形板、铝合金密封垫条之间接触。然后将换热器和夹具一起放进真空加热炉中,在高温中钎焊成换热器。 4.2 包覆层在钎焊后厚度变薄的原因分析东轻公司供货的434铝合金板材的包覆层厚度按标准在0.13 mm~0.17 mm之间。钎焊后包覆层的厚度只有0.08 mm~0.10 mm。正是因为未焊合区(图2中0区)的包覆层厚度比标准规定的厚度小得多,用户才怀疑是包覆层厚度太薄,致使钎焊时未焊合,造成打压试验时局部起鼓。 为了确定未焊合与钎焊后包覆层薄之间是否有因果关系,在其他钎焊合格的包覆板上取两个对比试样, 测得的包覆层厚度也仅为0·08 mm和0·09 mm。由此可见,钎焊后包覆层厚度会发生减薄的现象。 钎焊后包覆层厚度发生减薄现象的原因是,钎 焊时温度超过434板的包覆外层4004合金的熔化温度,熔化的包覆层金属可以在包覆板表面流动。而 434板和波浪形纯铝薄板的接触部位对液化的4004 包覆合金有吸附作用(如图7所示),因此4004合金 会聚集在434板和波浪形纯铝薄板的接触部位。这 样就会产生下面的结果,包覆板和波浪形薄板接触的局部部位包覆层会增厚,而其他部位的包覆层厚度会减薄。而通常检测钎焊后包覆层厚度时,只能 测量非接触部位,这就是包覆层在经过钎焊工艺后 厚度变薄的原因。 因此,钎焊后包覆层变薄是正常的,钎焊未焊合应与此无关。 4.3 包覆板未焊合的原因分析 通过4.1节所述换热器钎焊前的装配过程可以知道,换热器上下两面应被均匀施加了一定的压力。从其结构上分析,换热器的边框是由434板和铝合金密封垫条相间构成的,在压力下能紧密接触,可以 很好焊合。上下两面的中心区域,虽然内部由于波 浪形薄板的存在,会造成内部发空;但在加力弹簧的 作用下,上下面产生弹性变形,会发生下陷。波浪形 薄板与434板之间也能很好的接触,可以很好焊合。而紧靠边框的区域由于被压实边框的支撑作用,加力弹簧对该区域压力的影响被大大削弱。如果中心 区域压力过大,与已压实的边框共同作用下,紧靠边 框的区域会向外鼓起,致使波浪形薄板与434板接 触不上。 通过上面对换热器受力状态的分析,可以确定 造成该区域波浪形薄板与434板未焊合的原因是: 中心区域压力过大,与已压实的边框共同作用下,造 成紧靠边框的区域向外鼓起,致使波浪形薄板与434 板接触不上而未焊合。 解决方法:给弹簧加力时,要从外框开始,呈螺旋状一圈圈加力,中心区域最后加力,且加力值不宜过大。 5 结 论 (1)包覆层的化学成分符合标准; (2)钎焊后包覆层厚度变薄是正常的,换热器打压起鼓与其无关; (3)造成打压起鼓的原因是,换热器装配时中心区域施加的压力过大,与压实边框共同作用下,造成紧靠边框的区域向外鼓起,波浪形薄板与434板接触不上,致使钎焊时未焊合。 参考文献: [1]王祝堂,田荣璋.铝合金及其加工手册[M].长沙:中南工业大学出版社,1988:901-903. |
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