Introduction

Pour les échangeurs de chaleur à plaques et ailettes en aluminium, en particulier les structures brasées sous vide, des problèmes de fuite se produisent souvent autour des zones de croisement des joints de brasage.

Bien que ces zones n'occupent qu'une petite partie du cœur de l'échangeur thermique, les multiples soudures, les changements de matériaux et la concentration des contraintes en font des points critiques affectant la fiabilité du produit.

Comprendre les causes des fuites à ces endroits aide les fabricants à améliorer la conception des échangeurs de chaleur, les processus de brasage et le contrôle qualité.

1. Zones de fuite de croisement de brasage courantes

Dans un noyau d'échangeur de chaleur à plaques et ailettes, les joints de brasure sont principalement formés entre :

• Plaques séparatrices
• Barres latérales
• Ailettes de transfert de chaleur

Les domaines les plus sensibles comprennent :

Zone de coin de la barre latérale, de la plaque et des ailerons

Au coin de chaque canal, des barres latérales se connectent à des plaques et des ailettes.

Étant donné que plusieurs joints de brasage se rencontrent dans une zone limitée, cette région peut connaître :

• Répartition inégale du métal d’apport
• Brasage incomplet
• Concentration de stress locale

C’est donc l’un des endroits où les fuites sont les plus courantes.

Zone de connexion des ailettes du distributeur et de la barre latérale

Les ailettes du distributeur ont souvent des structures et des directions différentes par rapport aux ailettes normales.

Au niveau de la zone de connexion :

• Les chemins de brasage deviennent plus compliqués
• La géométrie change soudainement
• Le stress interne augmente

Ces conditions peuvent augmenter le risque de défauts de brasage.

Barres latérales superposées dans les noyaux multicouches

Dans les échangeurs de chaleur à plaques et ailettes multicouches, les barres latérales sont généralement alignées verticalement.

Pendant le brasage sous vide et le refroidissement :

• Différents composants se dilatent et se rétrécissent différemment
• Les contraintes internes s'accumulent entre les couches

Cela peut créer des zones faibles où des fissures de fatigue peuvent apparaître pendant le fonctionnement.

2. Principales causes de fuite de brasage

Défauts de brasage

Dans les zones de croisement, le flux de métal d’apport de brasage est plus difficile à contrôler.

Les problèmes courants incluent :

• Excès de métal d’apport provoquant l’érosion de l’aluminium
• Métal d’apport insuffisant entraînant une liaison incomplète
• Gaz emprisonné à l’intérieur formant des pores ou des vides

Ces défauts peuvent devenir des premiers canaux de fuite.

Stress résiduel et fatigue

Pendant le refroidissement par brasage, différents matériaux et structures rétrécissent à des rythmes différents.

La zone de croisement présente souvent des contraintes résiduelles plus élevées.

En fonctionnement continu, des facteurs tels que :

• Fluctuation de pression
• Cycle de température

peut progressivement provoquer des fissures de fatigue et des fuites.

Risque de corrosion

De petits espaces ou des zones brasées incomplètes peuvent recueillir des fluides corrosifs.

Au fil du temps, cela peut conduire à :

• Corrosion caverneuse
• Fissuration par corrosion sous contrainte

provoquant l'expansion des défauts existants.

3. Facteurs affectant les performances de fuite

Conception structurelle

Une bonne conception d’échangeur de chaleur à plaques et ailettes doit :

• Évitez les joints de brasage excessifs qui se rencontrent en un seul point
• Réduire les angles vifs
• Améliorer la répartition du stress

L’utilisation de structures articulaires décalées peut réduire efficacement la concentration du stress.

Processus de brasage sous vide

La qualité du brasage affecte directement la résistance aux fuites.

Les facteurs importants comprennent :

• Quantité précise de métal d’apport
• Température de chauffage uniforme
• Contrôle adéquat des luminaires

Pour les échangeurs de chaleur en aluminium utilisant un revêtement en alliage d'aluminium 3003 et en alliage de brasage 4004, la compatibilité des matériaux et les différences de dilatation thermique doivent également être prises en compte.

Conditions de fonctionnement

L'environnement de travail réel affecte également la durée de vie.

Les facteurs importants comprennent :

• Changements de pression
• Chocs de température
• Conditions du milieu de travail

Ceux-ci déterminent si de petits défauts se transformeront en problèmes de fuite.

4. Méthodes de détection des fuites

Étant donné que les chemins de fuite des croisements de brasage sont généralement très petits, des méthodes d'inspection professionnelles sont nécessaires.

Les méthodes courantes incluent :

Test de fuite d'hélium

Fournit une sensibilité élevée et peut localiser les zones de micro-fuites.

Test de bulles

Convient pour détecter les fuites externes évidentes.

CT industrielle et analyse métallographique

Utilisé pour analyser :

• Vides internes
• Défauts de brasage
• Développement de fissures

Ces méthodes aident à identifier les véritables causes de défaillance.

5. Comment prévenir les fuites de brasage

Pour améliorer la fiabilité des échangeurs de chaleur à plaques et ailettes en aluminium, les fabricants doivent se concentrer sur :

Conception de base optimisée

• Réduisez les intersections de brasage inutiles
• Améliorer la structure articulaire
• Évitez la chaleur de soudage affectant les zones brasées

Meilleur contrôle du brasage

• Contrôler la distribution du métal d’apport
• Maintenir une température uniforme
• Réduire le stress thermique excessif

Contrôle de qualité strict

Avant la livraison, les produits critiques doivent passer :

• Test de fuite
• Tests de pression
• Test de cycle de température

Conclusion

Les zones de croisement des joints de brasage sont l'un des facteurs les plus importants affectant les performances de fuite des échangeurs de chaleur à plaques et ailettes en aluminium.

En raison de la combinaison des changements de géométrie, des défauts de brasage, des contraintes résiduelles et des charges de fonctionnement, ces zones nécessitent un contrôle minutieux lors de la conception et de la fabrication.

Forte d'une expérience professionnelle dans la production d'échangeurs de chaleur, SUNHOPE fournit des solutions d'échangeurs de chaleur à plaques et à ailettes et des équipements de fabrication associés, aidant ainsi les clients à améliorer la qualité des produits, la stabilité de la production et la fiabilité à long terme.