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摘要：板束下凹是大截面板翅式換熱器的主要缺陷。產(chǎn)生這種缺陷的因素雖然很多，但真空釬焊時間過長是其主要原因。文中通過改進真空釬焊工藝，利用真空釬焊的溫度過沖，有效控制釬焊時間，使板束下凹問題得到徹底解決。

關鍵詞：板束下凹；真空釬焊；均溫

0引言

板翅式換熱器是一種高效換熱設備，它的主要部件板束，由鋁合金部件疊加釬焊而成，每層外周為封條，內(nèi)部由翅片填充，隔板既是釬焊材料，又把通道隔開。板束下凹是大截面板翅式換熱器的常見缺陷，下凹一般出現(xiàn)在離封條一段距離開始（圖1），這是因為板束四周邊界處封條支撐較強，翅片支撐比較薄弱，釬焊后翅片的形狀逐步發(fā)生了改變。板束下凹深度與板束的截面大小有關，大截面（高和寬均大于1m）的板束更容易下凹，下凹嚴重時會造成通道封堵，失去換熱作用。這種缺陷的存在嚴重影響了板翅式換熱器的使用性能。板束下凹問題研究已經(jīng)持續(xù)了多年，工藝人員從原材料、產(chǎn)品結(jié)構、真空環(huán)境等各個方面進行分析，采取各種措施進行改善。但這些措施都存在局限性，實施起來比較困難，而且板翅式換熱器大型化已是發(fā)展的趨勢，限制產(chǎn)品的尺寸更是難以實現(xiàn)。因此，改進真空釬焊工藝，突破現(xiàn)有工藝指標的約束，才能根本解決板束下凹問題。

1板束真空釬焊原理

在板束真空釬焊中，覆蓋有釬料的隔板（釬料+母材+釬料）表面的氧化膜隨著溫度升高變得多孔而疏松，釬料中的鎂開始揮發(fā)遷移，當溫度升至530℃時，大量的鎂分子通過固體釬料遷移到材料表面，與吸附在基體金屬表面的氧氣及水蒸氣發(fā)生反應，凈化爐內(nèi)氣氛。當溫度繼續(xù)升高，釬料金屬發(fā)生共晶熔化，形成Al-Si-Mg低熔點合金，當合金釬料開始流動的時候，隨氧化膜的裂紋開始滲入基體金屬并在氧化膜下鋪展，滲入的作用力將使氧化膜進一步破碎、彌散而被熔融的釬料所吞沒。釬料在毛細作用力及重力的作用下順著縫隙流動，縫隙被釬料所填充和潤濕，同時,釬料中的硅也開始向基體金屬擴散,使釬料與基體金屬熔為一體,最終形成牢固的釬縫。

2板束下凹原因分析

板束釬焊過程包括升溫、均溫、釬焊3個階段。釬料熔化溫度為559～591℃，釬焊溫度590～605℃，板束升溫是在真空狀態(tài)下通過電加熱方式進行，熱量傳遞主要是通過熱輻射，升溫過程中板束的表面和中心產(chǎn)生溫差。業(yè)內(nèi)普遍認為，在真空釬焊中，板束內(nèi)、外溫差不宜過大，包括國內(nèi)外的一些真空釬焊資料也認為，溫差過大會導致母材熔化、釬料流失等缺陷。因此，傳統(tǒng)的釬焊工藝都是在保證板束表面和中心的小溫差下進行的。而大截面板束縮小溫差需要很長的時間，強度較弱的翅片長時間處于高溫下產(chǎn)生塌陷，導致下凹。因此，釬焊時間過長是板束下凹的主要原因。

3改進措施

如圖2~圖3，根據(jù)釬料的性質(zhì)，0～559℃升溫、均溫階段，溫度均勻有利于釬料中鎂的均勻釋放。釬焊工藝改進主要集中在釬焊階段。當板束溫度達到釬焊階段（＞559℃）時，提高升溫速度，加大板束表面與中心溫差，增大溫度梯度，加速熱量傳遞，縮短釬焊時間。另外，大型板束升溫，在停止加熱后，會出現(xiàn)一個溫度沖高，在傳統(tǒng)工藝中，認為溫度沖高是有害因素，往往會控制沖高的影響。改進后的真空釬焊工藝合理利用溫度沖高，變害為利，大大縮短釬焊時間。具體措施如下：1）當板束表面溫度接近釬料熔化溫度時，嚴格控制表面溫度，同時延長保溫時間，縮短表面與中心的溫差，防止次中心部位過早進入釬焊溫度，造成底部過度釬焊。2）在控制板束表面溫度不超過釬焊最高溫度（605℃）的前提下，提高加熱溫度和加熱速率，增大溫度梯度，加快表面熱量向板束心部的傳遞。3）控制加熱溫度，使板束表面溫度維持在較高的范圍內(nèi)，為最后的釬焊貯存能量。4）利用溫度過沖，提高中心溫度。加熱系統(tǒng)停止加熱后，表面溫度降低，由于板束表面與心部存在較大溫差，熱量會繼續(xù)往心部傳遞，板束心部的溫度會繼續(xù)升高，因此停止加熱時板束心部溫度遠低于釬焊溫度，之間的差值由板束本身集聚的熱量引起的溫度沖高彌補。

4產(chǎn)品試驗

試驗板束外觀尺寸為1900mm×1200mm×1250mm，翅片型式為65DK1402，導流片采用65DK4205，通道總層數(shù)為163層，結(jié)構為雙通道單疊布置。本試驗板束有以下特點：1)翅片薄，翅片厚度為0.2mm，為目前板翅換熱器所用的最薄材料；2)通道層數(shù)多，截面尺寸大。5結(jié)論本文解決了板翅式換熱器板束下凹問題，改進了真空釬焊工藝，縮短了真空釬焊時間，并合理利用溫度過沖，改變了不利因素對產(chǎn)品的影響。板束下凹的缺陷是可以通過改進釬焊工藝的方法解決的，操作的關鍵是在釬焊階段增大板束內(nèi)外溫差，形成大的溫度梯度，加快熱量傳遞，并正確利用中心溫度的過沖，縮短釬焊時間，控制翅片變形。

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作者:郝娟紅 張洪昌 鄭康 孫志云 單位:開封空分集團有限公司