Brasage sous vide d'échangeurs de chaleur à plaques et ailettes de grande taille : défauts et amélioration de la qualité

Le brasage sous vide d'échangeurs de chaleur à plaques et ailettes de grande taille et épaisses est un défi car les plaques de séparation épaisses et les ailettes fines chauffent à des vitesses différentes. Ce déséquilibre de température peut provoquer un brasage incomplet, une érosion des ailettes, une déformation et des fuites.

La clé pour améliorer la qualité du brasage est de maintenir un champ de température équilibré et de contrôler les conditions de chauffage, de brasage, de refroidissement et d’assemblage tout au long du processus.

Points clés à retenir

• Des plaques épaisses ≥1 mm et des ailettes minces de 0,2 à 0,3 mm créent des différences thermiques significatives.
• Les défauts courants incluent le brasage incomplet, l’érosion des ailettes, la déformation et l’oxydation.
• Un chauffage échelonné et une surveillance précise de la température contribuent à améliorer l’équilibre thermique.
• Dans l’étude de cas, le taux de qualification est passé de78% à 96%.

1. Défauts courants de brasage sous vide

Les grands échangeurs de chaleur à plaques et ailettes ont souvent une structure « épaisse-mince-épaisseur ». Les ailettes fines chauffent rapidement, tandis que les plaques épaisses chauffent plus lentement.

Si la température du four ou le temps de maintien est augmenté pour compenser, les ailettes peuvent surchauffer avant que les plaques épaisses n'atteignent la température de brasage requise.

Les défauts typiques comprennent :

• Brasage incomplet :Le métal d'apport ne s'étend pas complètement entre les plaques, les ailettes ou les barres de fermeture, ce qui peut provoquer des fuites.
• Érosion des nageoires :Un brasage excessif peut dissoudre ou amincir les ailettes.
• Déformation des ailerons :Des températures élevées peuvent réduire la résistance des ailerons et provoquer une flexion ou un effondrement.
• Déformation du noyau :Des contraintes thermiques inégales peuvent provoquer des déformations et des écarts dimensionnels.
• Oxydation:Un vide insuffisant ou une fuite d’air peuvent affecter la qualité du brasage et l’état de la surface.

2. Contrôles clés du processus pour une meilleure qualité de brasage

Chauffage étagé

Un processus de chauffage par étapes peut réduire la différence de température entre les plaques épaisses et les ailettes minces.

Pour le processus décrit dans cet article :

• 450-480°C :30 à 90 minutes
• 540-560°C :20 à 40 minutes, facultatif
• Taux de chauffage à basse température :≤10°C/min
• Vitesse de chauffe après les étapes de maintien :3 à 5 °C/min

Pour le métal d'apport de brasage Al-Si, la température de brasage peut être d'environ595-605°C.

Le temps de maintien est généralement20 à 60 minutes, en fonction de l'épaisseur du produit. Il est important de noter que le temps de maintien du brasage doit commencer une fois que le centre du noyau a atteint la température cible.

Plusieurs thermocouples doivent être placés sur la plaque épaisse, la zone des ailettes, les barres de fermeture et d'autres emplacements critiques. Le point de mesure le plus froid doit être utilisé comme référence.

Refroidissement contrôlé

Après le brasage, de l'azote ou de l'argon de haute pureté peuvent être utilisés pour le refroidissement. Pour les zones de plaques épaisses, la vitesse de refroidissement doit être contrôlée à≤10°C/minpour réduire le stress thermique.

3. Fixation, métal d'apport et contrôle des écarts

Une conception appropriée des luminaires est importante à la fois pour le positionnement et le contrôle thermique.

Les luminaires en graphite ou en acier inoxydable peuvent être sélectionnés en fonction des exigences de haute température et de conductivité thermique. Les blocs de stockage de chaleur en graphite peuvent aider à compenser les zones où les plaques épaisses chauffent plus lentement.

Le serrage élastique peut maintenir environ0,05 à 0,2 MPapression. Une pression excessive peut restreindre l'écoulement du métal d'apport, tandis qu'une pression insuffisante peut créer des espaces excessifs.

Pour le métal d'apport, les tôles plaquées double face telles que4004/3003/4004peut être utilisé avec un rapport de revêtement de8 à 15 %. Les zones locales peuvent être complétées par0,1 à 0,2 mmfeuille de brasage.

L'écart d'assemblage doit généralement être contrôlé à0,05 à 0,15 mm. La planéité des plaques doit également être vérifiée, avec pour exemple l'exigence de≤0,03 mm/100 mm.

Un bon nettoyage est tout aussi important. Les composants en aluminium peuvent être traités avec NaOH suivi de HNO₃, puis lavés et séchés avant l'assemblage.

4. Uniformité de la température du four

Une écuriefour de brasage sous videest essentiel pour les grands échangeurs de chaleur à plaques et ailettes.

Les enquêtes d'uniformité de la température (TUS), le cas échéant selon les normes des fours et les spécifications du client, peuvent être utilisées pour vérifier les performances du four. Pour le processus discuté ici, la zone de chauffage efficace doit être contrôlée dans±3°C.

Au moins3 à 5 thermocouples de piècepeuvent être placés à des endroits critiques, y compris le centre de la plaque épaisse, la zone des ailettes et les surfaces supérieure et inférieure.

Les gros produits doivent être positionnés dans la zone de chauffage la plus uniforme, avec un espacement suffisant entre les pièces pour réduire le rayonnement thermique inégal.

Fournitures SUNHOPEfours de brasage sous vide et équipements de brasage de l'aluminiumpour la fabrication de radiateurs et d'échangeurs de chaleur, avec des options de contrôle du chauffage, de protection contre le vide, de refroidissement et d'intégration de la ligne de production.

5. Simulation thermique et inspection de la qualité

La simulation thermique peut aider à identifier les différences de température avant la production. Par exemple, lorsque le centre de la plaque épaisse est35°Cderrière la température des ailettes, prolongeant l'étape de maintien à 450°C jusqu'à60 minutespeut réduire la différence de température à l'intérieur15°C.

Après brasage, la qualité peut être évaluée à travers :

• Tests de fuite et de pression :Inspection à 100 % pour les fuites.
• Analyse métallographique :Objectif de taux de brasage de≥95 %et profondeur d'érosion≤25 % de l'épaisseur des ailettes.
• TC industriel :Contrôle non destructif du collage interne et de la déformation des ailettes pour les produits de grande valeur.

Ces résultats peuvent être utilisés pour optimiser les profils de four, les fixations, le placement du métal d'apport et les tolérances d'assemblage.

6. Étude de cas : Amélioration du taux de qualification de 78 % à 96 %

Un refroidisseur d'huile à plaques épaisses avecPlaques de séparation de 1,5 mmavait à l'origine un taux qualifié de seulement78%. Les fuites se sont principalement produites aux quatre coins et aux joints centraux des plaques épaisses, avec une érosion des bords des ailettes également observée.

Le procédé original utilisait un chauffage rapide pour590°C, tandis que la température de la plaque épaisse était en retard d'environ28°C.

Le processus a été amélioré par :

1. Ajout450°C × 40 minuteset540°C × 25 minutestenir des étapes.
2. Réduire la vitesse de chauffage à4°C/min.
3. Ajustement de la température de brasage à598°Cet tenant pendant30 minutes.
4. Ajout de blocs de stockage de chaleur en graphite et de points de pression élastiques.
5. Augmentation du rapport métal d'apport plaqué de10% à 13%.
6. Ajout0,1 mmfeuille de brasage sous les barres de fermeture.

Après optimisation, la différence de température de la pièce a été contrôlée dans±5°C, le taux de brasage moyen atteint97%, et le taux de qualification a augmenté à96%.

7. Construire un processus de brasage sous vide stable

Une qualité de brasage constante nécessite un contrôle coordonné des profils de chauffage, une surveillance de la température, la conception des fixations, le métal d'apport, les écarts d'assemblage, l'uniformité du four, le refroidissement et l'inspection post-brasage.

Grâce à un contrôle systématique du processus, le taux de brasage sous vide qualifié des échangeurs de chaleur à plaques et ailettes de grande taille et épais peut être amélioré par le bas80 % à constamment au-dessus de 95 %, tout en prenant en charge une production reproductible et traçable.

FAQ

Quel est le principal défi du brasage sous vide des grands échangeurs de chaleur à plaques et ailettes ?

Le principal défi réside dans les différentes vitesses de chauffage des plaques épaisses et des ailettes fines, qui peuvent créer un déséquilibre de température pendant le brasage.

Quelle température est utilisée pour le brasage sous vide de l’aluminium ?

Pour l'exemple de métal d'apport de brasage Al-Si discuté ici, la température de brasage peut être d'environ595–605 °C.

Comment améliorer la qualité du brasage sous vide ?

Les facteurs clés comprennent le chauffage par étapes, la surveillance précise de la température, l'optimisation des fixations, le contrôle du métal d'apport, le contrôle des écarts d'assemblage, l'uniformité du four, le refroidissement contrôlé et les tests de fuite.

Solutions de fabrication d'échangeurs de chaleur de SUNHOPE

Avec plus de 15 ans d'expérience dans l'industrie, SUNHOPE fournit des équipements, des composants et une assistance technique pour la fabrication de radiateurs et d'échangeurs de chaleur.

Nos solutions incluentfours de brasage sous vide, équipements de brasage de l'aluminium, machines d'assemblage de noyaux, machines de formage d'ailettes et équipements de test d'étanchéitépour les fabricants développant ou modernisant la production d’échangeurs de chaleur.