Colapso dos trocadores de calor de placas de alumínio (um problema crítico emdefeitos de brasagem de alumíniocomumente encontrados em intercoolers automotivos, resfriadores de óleo e trocadores de calor aeroespaciais) durantebrasagem a vácuoé um dos modos de falha mais intratáveisanálise de falha do trocador de calor. Geralmente significa que na temperatura de brasagem, a resistência estrutural é insuficiente para suportar o próprio peso do componente ou a pressão de fixação, levando ao bloqueio de passagens ou à perda de hermeticidade. Uma sistemáticaanálise de colapso de brasagemdo problema é apresentado a seguir.
1. Mecanismo de colapso e perigos
Durante o estágio de retenção da brasagem a vácuo (aproximadamente 595–620 °C), o metal base (principalmente liga de alumínio 3003) amolece, enquanto o metal de adição da brasagem (por exemplo, liga de alumínio 4004) derrete em um líquido. Se as aletas dobrarem ou a capacidade de suporte de carga do núcleo for inadequada, o colapso ocorre sob a gravidade ou pressão de fixação. Em casos menores, as nadadeiras ficam distorcidas; em casos graves, múltiplas camadas de folhas de separação ficam juntas e o produto é diretamente descartado – um resultado comum embrasagem de trocador de calor de alumíniofalhas.
2. Análise da causa do colapso
O colapso raramente é causado por um único fator; em vez disso, resulta do efeito combinado de quatro aspectos: temperatura, material, estrutura e ferramentas. Eficazotimização do processo de brasagemrequer abordar todos os quatro.
2.1 Parâmetros Inadequados do Processo de Brasagem
(1)Temperatura de brasagem excessivamente alta
Quando a temperatura excede muito aPonto eutético Al-Si, o crescimento de grãos ocorre no metal base, causando uma queda drástica naresistência a altas temperaturasque não consegue mais suportar a carga.
(2)Tempo de espera excessivamente longo
A presença prolongada do metal de adição líquido intensifica a erosão do metal base do núcleo, enfraquecendo a resistência da aleta – um fator chave naciclo térmico de brasagemcontrolar.
(3)Taxa de aquecimento excessivamente lenta
Permanecer muito tempo na zona de alta temperatura causa a volatilização prematura do agente de fusão (a brasagem a vácuo depende do vapor de magnésio) e simultaneamente resulta em amolecimento excessivo, comprometendointegridade da junta de brasagem.
2.2 Compatibilidade de Materiais e Resistência do Núcleo
(1)Amolecimento de recristalização do núcleo
Na temperatura de brasagem, a liga de alumínio 3003 sofre recristalização e sua resistência cai de >100 MPa (antes do recozimento) para aproximadamente 10–20 MPa. Se o material tiver uma estrutura de grão grosso, o amolecimento será ainda mais rápido – uma consideração crítica emfolha de brasagem de alumínioseleção.
(2)Seleção inadequada de barbatanas
A resistência ao colapso em alta temperatura do material da aleta é inadequada. Normalmente, ligas 3003 modificadas (classes com maior teor de Zr ou Mn) ou folhas compostas são especificadas para obter desempenho ideal.projeto de aleta de brasagem. Se uma série de alumínio puro (por exemplo, 1100) for usada erroneamente, o colapso torna-se altamente provável. Além disso, diferentes geometrias de aletas oferecem diferentes resistências ao colapso – aletas serrilhadas ou deslocadas exibem a menor resistência ao colapso, um fator importante naconjunto central do trocador de calor.
(3)Erosão da camada de metal de adição de brasagem
A camada de revestimento nas aletas ou placas compostas pode ser muito espessa ou a erosão severa pode penetrar no revestimento e atacar o núcleo, resultando emerosão do metal de enchimento de brasagemdefeitos.
2.3 Tolerâncias de Componentes e Qualidade de Montagem
(1)Conjunto central excessivamente apertado
Uma folga de montagem excessivamente pequena entre as aletas e as folhas divisórias faz com que as extremidades das aletas sejam comprimidas e deformem durante a expansão térmica.
(2)Conjunto central excessivamente solto
Uma folga excessivamente grande impede que as aletas sejam efetivamente restringidas no estado quente, fazendo com que tombem.
(3)Tolerância de altura da barra lateral
Quando a altura da barra lateral for inferior à altura da aleta, todo opressão de fixaçãoé sustentado pelas nadadeiras, esmagando-as diretamente.
2.4 Projeto Estrutural e Fixação
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Proporção excessivamente grande: Aletas muito altas ou muito finas (grande relação entre altura e espessura) levam à instabilidade, conforme calculado para escoras de compressão delgadas.
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Força de fixação excessiva: A pressão excessiva aplicada para corrigir a distorção não pode ser sustentada pelas aletas em temperaturas elevadas.
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Suporte insuficiente: A falta de suporte auxiliar no meio de um grande núcleo leva ao colapso central sob a gravidade – um problema comum emprojeto de fixação de brasagem.
3. Abordagens de solução de problemas e resolução
Recomenda-se realizarsolução de problemas de brasagemna seguinte sequência:
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Inspecione a curva do processo
Verifique se a temperatura real do forno se desvia da especificação e se as localizações dos termopares estão corretas. Se necessário, diminua moderadamente a temperatura de brasagem (por exemplo, de 605 °C para 600 °C) ou reduza o tempo de permanência – um passo fundamental nacontrole de processo de brasagem a vácuo.
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Confirme o lote de material
Verifique se o material da aleta é resistente ao colapso (por exemplo,3003 + 1% Znliga modificada). Podem ser colhidas amostras pararesistência à compressão em alta temperaturatestando.
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Avalie a lacuna de montagem
Meça a altura da aleta e a altura da barra lateral antes da montagem. A condição ideal é uma folga de montagem de aproximadamente 0,03 mm, garantindo que a pressão do acessório seja aplicada predominantemente nas barras laterais e não nas aletas – essencial para a qualidadebrasagem de alumínioresultados.
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Verifique o nível de vácuo
Um nível de vácuo insuficiente (ou seja, pressão superior a 10⁻² Pa) permite que filmes de óxido impeçam a transferência uniforme de calor, resultando em superaquecimento localizado, erosão e colapso - um parâmetro crítico embrasagem com atmosfera controlada.
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