Алюминиевый пластинчато-ребристый радиатор вакуумной пайки: причины и решения выпучивания и разрыва ребер

Вакуумная пайка широко используется для производства алюминиевых радиаторов с пластинчато-ребристой структурой и сердечников теплообменников. Однако внутреннее вздутие полости и разрыв ребер могут влиять на размеры сердечника, герметичность и долгосрочную надежность.

Эти дефекты часто связаны. Запертый газ может увеличить внутреннее давление во время нагрева, в то время как термические напряжения, эрозия припоя и ограничение оснасткой могут дополнительно ослабить тонкие ребра.

Краткий ответ: Что вызывает вздутие и разрыв ребер?

Основные причины включают:

• Влага, масло и другие летучие остатки внутри сердечника
• Недостаточная вентиляция в закрытых проточных каналах
• Чрезмерная температура пайки или время выдержки
• Быстрый нагрев или охлаждение
• Чрезмерное давление оснастки
• Эрозия припоя или неполная пайка
• Тонкие ребра и высокая концентрация напряжений
• Дефекты материала или поверхностной обработки

Основная стратегия улучшения: удалить газ → контролировать температуру пайки → снизить напряжения → проверить готовый сердечник.

1. Понимание двух дефектов

Внутреннее вздутие полости

После пайки площадь проточного канала может расшириться наружу, вызывая деформацию разделительной пластины и увеличение объема внутренней полости. Локальные размеры могут превышать требования, а деформированная область может протекать во время испытаний на герметичность гелием или испытаний под давлением воды.

Разрыв ребер

Трещины могут появляться у основания ребер, в гофрированных изгибах или в паяных соединениях между ребрами и разделительными пластинами.

Два типичных режима отказа:

• Разрыв при высокой температуре: трещины появляются сразу после пайки.
• Разрыв после пайки: трещины развиваются во время испытаний под давлением, термических циклов, инспекции или эксплуатации у заказчика.

Внутреннее вздутие и разрыв ребер могут происходить одновременно, поскольку расширение полости концентрирует напряжения на тонких ребрах.

2. Основной механизм отказа

Алюминий 3003, плакированные разделительные пластины и тонкие ребра толщиной 0,08–0,2 мм имеют очень низкую прочность при высоких температурах.

Во время вакуумной пайки сердечник подвергается четырем основным нагрузкам:

1. Внутреннее давление газа
2. Термическое напряжение
3. Эрозия припоя для пайки
4. Ограничение сборки и оснастки

Когда газ заперт внутри закрытого проточного канала, давление увеличивается по мере нагрева сердечника. Разделительная пластина может сначала вздуться, а затем термические и остаточные напряжения могут вызвать разрыв тонких ребер.

3. Основные причины отказа

Запертый газ и недостаточная вентиляция

Влага, масло и прокатный смазочный материал могут оставаться между ребрами и разделительными пластинами при неполной очистке. При 400–550°C эти материалы могут быстро испаряться и увеличивать давление внутри закрытых каналов.

Полностью герметичные перемычки, заблокированные проходы, плотно уложенные ребра или отсутствующие вентиляционные канавки могут создавать изолированные полости. Магний в плакирующем слое припоя также может испаряться при высокой температуре и увеличивать внутреннее давление.

Утечка в печи или оснастке может привести к попаданию кислорода и влаги, увеличивая образование оксидов и выделение газа.

Неконтролируемая температура пайки

До 450°C скорость нагрева выше 8°C/мин может вызвать быстрое испарение влаги и масла. Разница температур 50–100°C между толстыми боковыми пластинами и тонкими ребрами также может создавать значительные термические напряжения.

Если температура пайки превышает 610°C или время выдержки превышает 25 мин, жидкий припой Al-Si может сильно эродировать алюминиевый основной материал. Основания ребер становятся тоньше и более уязвимыми для разрыва.

Быстрое охлаждение может создать дополнительное остаточное растягивающее напряжение, поскольку толстые боковые пластины и тонкие ребра сжимаются с разной скоростью.

Равномерность температуры в печи также важна. Локальный перегрев может вызвать чрезмерную эрозию, в то время как недостаточный нагрев может привести к слабым паяным соединениям.

Напряжение оснастки и сборки

Чрезмерный момент затяжки может ограничивать тепловое расширение. Оснастка из нержавеющей стали также ведет себя иначе, чем алюминий при нагреве, увеличивая риск возникновения напряжений от ограничения.

Неравномерная затяжка, отсутствие графитовых опорных блоков или неподдерживаемые участки могут вызвать изгиб при высокой температуре и локальные напряжения.

Плохое совпадение размеров может вызвать предварительное сжатие ребер. Когда сердечник расширяется во время пайки, недостаточный зазор может привести к деформации или разрыву ребер.

Материальные и структурные факторы

Толщина ребер менее 0,08 мм обеспечивает ограниченную несущую способность при высоких температурах. Малые радиусы гофрировки могут дополнительно увеличить концентрацию напряжений.

Закрытые каналы без вентиляции, боковые пластины без канавок для снятия напряжений и неподходящая толщина слоя припоя также могут способствовать отказу.

Неполная обработка поверхности может оставить оксидные пленки и вызвать слабые паяные соединения. Микротрещины от штамповки ребер или дефекты прокатки также могут быстро расти под напряжением пайки.

4. Справочник по причинам и дефектам

5. Как определить первопричину

Систематическая инспекция помогает разделить различные механизмы отказа:

Визуальный и размерный контроль: Запишите положение вздутия, место разрыва и высоту вздутия.

Тестирование на герметичность: Используйте тестирование на герметичность гелием или испытания под давлением воды, чтобы определить, соответствует ли поврежденная область утечке.

Металлографический анализ: Сильная эрозия может указывать на чрезмерную температуру; разделение по паяному соединению может указывать на неполную пайку; сквозной разрыв может быть связан с внутренним давлением или термическим напряжением.

Прослеживаемость процесса: Просмотрите кривые температуры печи, уровень вакуума, скорость нагрева, время выдержки и параметры охлаждения.

Тесты на чистоту и оснастку: Сравните уровни остаточного масла или влаги и воспроизведите дефекты, используя различные силы затяжки оснастки.

6. Улучшения процесса

Улучшить очистку и вентиляцию

Контролируемый процесс очистки может включать:

Щелочная очистка → кислотная очистка → многократные промывки чистой водой → сушка горячим воздухом

Сушите компоненты при 120°C в течение ≥15 мин и загружайте их в печь в течение 4 часов после сушки.

Обеспечьте вентиляционные канавки на обоих концах каждого проточного канала и избегайте полностью герметичных полостей. До 450°C поддерживайте уровень вакуума ≤1×10⁻³ Па и используйте контролируемый нагрев для достаточной дегазации.

Правильная предварительная очистка перед пайкой также важна. Ультразвуковое чистящее оборудование может помочь контролировать загрязнения перед процессом пайки.

Оптимизировать кривую пайки

Подходящий процесс должен контролировать как температуру, так и время выдержки:

• От комнатной температуры до 500°C: 3–5°C/мин
• Стадия пайки: 590–605°C в течение 10–20 мин
• Максимальная температура пайки: строго ниже 610°C
• Ниже 550°C во время охлаждения: ≤4°C/мин
• Опциональное снятие напряжений: 250°C в течение 2 ч

Правильно контролируемая алюминиевая вакуумная паяльная печь помогает поддерживать постоянные условия нагрева, выдержки, вакуума и охлаждения.

Контролировать оснастку и структуру сердечника

Используйте стандартизированный момент затяжки в соответствии с размерами сердечника. Графитовые оснастки могут уменьшить различия в тепловом расширении по сравнению с нержавеющей сталью.

Предусмотрите графитовые опорные блоки по верхним, нижним и угловым областям. Для высоты ребер оставьте положительный допуск 0,02–0,03 мм для уменьшения предварительного сжатия при сборке.

Для применений, связанных с давлением, используйте ребра толщиной ≥0,12 мм и большие радиусы перехода. Большие сердечники также могут использовать промежуточные опорные ребра для повышения жесткости.

Усилить окончательный контроль качества

Перед загрузкой проверьте условия сушки и вентиляции компонентов. Во время пайки контролируйте разницу температур между зонами печи.

После пайки проверьте сердечники на вздутие и трещины в ребрах. Затем оборудование для тестирования на герметичность может проверить герметичность сердечника перед следующим этапом производства.

Производители также могут классифицировать дефекты по выделению газа, перегреву, напряжению оснастки и входящим материалам для поддержки непрерывного улучшения процесса.

7. Заключение

Внутреннее вздутие сердечников алюминиевых радиаторов с пластинчато-ребристой структурой в основном связано с запертым газом и внутренним давлением, в то время как разрыв ребер является результатом комбинации внутреннего давления, высокотемпературной эрозии припоя, термического напряжения и ограничения оснасткой.

Наиболее эффективный подход заключается в следующем:

Удалить газ и улучшить вентиляцию → контролировать температуру пайки и эрозию → снизить термические напряжения и напряжения при сборке → проверить готовый сердечник.

Для производителей радиаторов и теплообменников очистка, сборка сердечника, проектирование оснастки, вакуумная пайка и тестирование на герметичность должны управляться как единый интегрированный процесс контроля качества.

SUNHOPE поставляет оборудование для производства радиаторов и теплообменников, включая алюминиевые паяльные печи, машины для формовки ребер, оборудование для ультразвуковой очистки, оборудование для тестирования на герметичность и сопутствующее оборудование для производства сердечников, поддерживая как новые производственные линии, так и модернизацию существующих заводов.

FAQ

Почему сердечники алюминиевых радиаторов с пластинчато-ребристой структурой вздуваются во время вакуумной пайки?

Основные причины: запертая влага или масло, недостаточная вентиляция, утечка в печи, чрезмерные скорости нагрева и термические напряжения.

Что вызывает разрыв ребер после пайки?

Разрыв ребер может быть вызван внутренним давлением, эрозией припоя, термическим напряжением, ограничением оснасткой, неполной пайкой или дефектами материала.

Какая температура пайки используется для этого процесса?

Рассматриваемый процесс контролирует стадию пайки при 590–605°C в течение 10–20 мин, в то время как температуры выше 610°C следует избегать.

Как можно уменьшить разрыв ребер?

Улучшить очистку и сушку, обеспечить эффективную вентиляцию, контролировать кривую температуры пайки, снизить напряжение оснастки и оптимизировать толщину ребер и структуру сердечника.