Resumo:
Este artigo apresenta o processo de brasagem a vácuo para trocadores de calor de chapas de alumínio.conjunto de trocadores de calorA temperatura e o tempo de retenção da brasagem a vácuo, o nível de vácuo e os factores ambientais sobre a qualidade da brasagem do trocador de calor.e resultados positivos foram alcançados na prática.
Palavras chave:
Trocador de calor de chapa; solda a vácuo; processo
1Introdução
A brasagem a vácuo é um método de brasagem realizado numa atmosfera de vácuo sem o uso de fluxo.Um dos princípios fundamentais da brasagem a vácuo envolve a utilização de ação capilar para atrair o metal de preenchimento para as superfícies de contato entre as partes a serem unidasEm comparação com outros métodos de soldadura, a soldadura oferece vantagens como a deformação mínima,Capacidade de ligar vários componentes simultaneamenteOs trocadores de calor de alumínio são classificados como recipientes sob pressão e devem satisfazer os requisitos de pressão correspondentes durante a aplicação.Devido às suas características estruturais, o processo de junção só pode ser alcançado através da solda.
2Estrutura do trocador de calor e fluxo do processo de fabrico
2.1 Estrutura do trocador de calor
A estrutura do núcleo de um trocador de calor de chapa de alumínio é constituída apenas por barras de vedação longas, barras de vedação curtas, folhas de separação, barras externas, barras internas e placas laterais.
2.2 Fluxo do processo de fabrico
1- Material de corte:Formação e dimensionamento de folhas de separação, barras de vedação, barras de vedação e placas laterais.
2Tratamento de superfície:Limpeza por ultra-som.
3.Assembleia:Instalação mecânica e formação de folhas de separação, barras de vedação, barras de vedação, placas laterais, etc.
4. Brazagem a forno a vácuo:A brasagem a vácuo utiliza geralmente um processo de aquecimento e imersão em três etapas:
Evacuação preliminar.
Fase 1 Pré-aquecimento: mantido a 380°C.
Fase 2 Armazenamento de energia: Mantido a 560°C.
Fase 3 de brasagem: mantida a 598°603°C durante 15-25 minutos.
O aquecimento é interrompido; a peça é retirada do forno após arrefecimento até à temperatura especificada.
5- Direcção do núcleo:Correção mecânica da deformação no núcleo do trocador de calor após solda a vácuo.
6. Soldadura da tampa final:As coberturas terminais são soldadas em ambas as extremidades do núcleo do trocador de calor usando solda TIG (Gás Tungsténio Inerte).
7.Teste de pressão:Para verificar se há fugas no trocador de calor e identificar os pontos de fugas, introduz-se ar comprimido a 1,6 MPa.0 MPa é introduzido para um ensaio de resistência à pressãoO produto não deve apresentar deformações significativas.
8- Reparação:Os trocadores de calor com vazamento são cortados, reparados por solda e, em seguida, submetidos a outro teste de pressão.
9- Revestimento:O trocador de calor é organizado, revestido e seco para melhorar a aparência da superfície.
10Embalagem e entrega
3Análise das causas das fugas
3.1 Matérias-primas dos trocadores de calor
3.1.1 Composição da chapa de separação e espessura da camada de revestimento
O desempenho de solda da chapa de separação reflete-se na sua fluidez, humidade, capacidade de preenchimento de lacunas, características de erosão e resistência das juntas.O teor de silício (Si) na camada de revestimento não só determina o ponto de fusão da liga, mas também afeta sua fluidezA maior concentração de Si leva a uma melhor fluidez e capacidade de preenchimento de lacunas.Se o Si se difunde para a interface do metal básico e faz com que a composição de fase sólida atinja a composição de soldaduraO magnésio (Mg) na liga de revestimento é um ativador e getter de metal essencial para garantir a qualidade da brasagem a vácuo.O magnésio no metal de preenchimento começa a evaporar significativamente acima de 550 °CEste vapor de magnésio combina-se com o oxigénio residual ou oxigénio do vapor de água na atmosfera de brasagem,Proteção das superfícies das peças aquecidas da re-oxidação, e podem também penetrar e consumir qualquer película de óxido remanescente não completamente removida das superfícies das peças.A espessura não uniforme da camada de revestimento da folha de separação pode levar a defeitos como solda insuficientePor conseguinte, o teor de magnésio no metal de enchimento é geralmente controlado entre 1,0% e 2,0%.A garantia da espessura efetiva do metal de enchimento é necessária para os filetes totalmente soldado e para aumentar a capacidade de pressão do produto.Normalmente, a espessura da camada de revestimento de cada lado da folha de separação é de 0,1 mm, o que se mostrou altamente eficaz na prática.
3.1.2 Pré-tratamento da superfície das matérias-primas
Antes da montagem do trocador de calor, as barras de vedação e as barras de separação precisam ser limpas para remover as camadas de sujeira, óleo e óxido da superfície.reduzindo o nível de vácuo no interior do forno e causando oxidação das barbatanasA camada de óxido das ligas de alumínio é muito densa e tem um ponto de fusão superior ao do metal comum; não derrete facilmente durante a brasagem,afetando assim a qualidade da brasagemPara assegurar a qualidade dos componentes soldados, é necessário um controlo rigoroso do tratamento da superfície das peças de trabalho e do metal de enchimento antes da solda.juntamente com a minimização do tempo de montagem antes da solda.
3.1.3 Perfil e rugosidade da superfície da barra de vedação
A rugosidade da superfície dos componentes estruturais afeta a força capilar. Geralmente, uma superfície excessivamente lisa dificulta a distribuição uniforme do metal de preenchimento em toda a área de contato,Para assegurar uma distribuição uniforme do metal de enchimento ao longo da articulação de contacto, o metal de enchimento deve ser distribuído de forma uniforme entre as barras de vedação.As superfícies de soldadura das barras de vedação devem ter uma rugosidade adequada..
3.2 Montagem do trocador de calor
A qualidade da montagem dos componentes está estreitamente relacionada com a qualidade final da solda do produto e merece uma atenção considerável.De acordo com as normas nacionais, a tolerância de altura para as barras de vedação é de -0,03 mm a +0,03 mm.devem ser evitados conjuntos com barras de vedação de tolerância negativa combinadas com barras de vedação de tolerância positivaO trocador de calor é apertado com fixadores após a montagem.Devido à diferença nos coeficientes de expansão térmica entre os acessórios de alumínio e de aço inoxidável, a força de fixação excessiva pode facilmente causar dobragem ou colapso das barbatanas após a solda, enquanto a força de fixação insuficiente pode levar a uma solda insuficiente ou ao afrouxamento das barbatanas.
3.3 Processo de brasagem a vácuo
3.3.1 Temperatura de brasagem a vácuo
A folha de separação é revestida com metal de preenchimento, que requer uma temperatura específica para derreter.A temperatura de soldadura afeta não só a humidade do metal de preenchimento, mas também a resistência da junção soldadaSe a temperatura for muito baixa, a temperatura de soldadura necessária não é atingida e as temperaturas em diferentes áreas são desiguais.potencialmente causando soldagem insuficiente, soldagem descontínua, porosidade interna e inclusões de escória, levando a uma redução da resistência da articulação e aumento do risco de vazamento, potencialmente até mesmo bolhas ou rasgões graves.Este fenômeno ocasionalmente é observado na produção e está frequentemente relacionado com o espaço entre as barras internas e a barra de vedação.A prática demonstrou que, se uma secção de barbatanas ou passagens internas de 100 mm de comprimento não for soldada, pode rasgar-se sob pressão inferior a 2,0 MPa.o metal de preenchimento derrete completamenteAlém disso, pode ocorrer oxidação severa do metal de preenchimento, causando defeitos como esgotamento do metal de preenchimento, erosão e dobra.Existe um gradiente de temperatura entre a superfície do componente e o seu núcleo.Se as temperaturas internas e externas do núcleo de chapa-finas puderem ser mantidas de forma constante durante toda a brasagem a vácuo, a qualidade da brasagem pode ser bem assegurada.Se o gradiente de temperatura for muito pequeno, o tempo necessário de aquecimento e de imersão torna-se mais longo e a imersão excessiva pode facilmente causar erosão.O processo de colagem é um processo que leva inevitavelmente a desequilíbrios nas articulações soldadas (iO sistema de aquecimento de água (ou seja, algumas zonas são devidamente soldadas, outras não) entre o interior e o exterior do conjunto.A análise pós-mortem revelou que as manchas de erosão estavam localizadas principalmente nas duas camadas mais externas (superior e inferior) do produtoAs medidas preventivas incluem o controlo da temperatura do forno de brasagem,especialmente garantir que a temperatura máxima externa do produto não seja demasiado elevadaApós a transformação de fase do metal de enchimento, a temperatura externa pode ser aumentada adequadamente.O objectivo principal é prevenir a erosão causada por temperaturas excessivas externas ou exposição prolongada a altas temperaturas. Utilizando o controlo de zonas durante a solda, em que as zonas de aquecimento são desligadas sequencialmente quando o produto nessa zona atinge a temperatura de solda (zonas de parada à medida que atingem a temperatura),É também um método eficaz para prevenir a erosão.
3.3.2 Nível de vácuo no forno de brasagem a vácuo
Na brasagem a vácuo, as interações entre o metal de preenchimento e certos componentes de vapor podem afetar significativamente as características da brasagem.gases oxidantes, como o oxigénio e o vapor de água, reagem quimicamente com o alumínioEstes filmes são difíceis de decompor a temperaturas de solda típicas, dificultando a ligação entre o metal de preenchimento e o metal base.Quando a temperatura de solda for inferior a 400°C, a natureza protetora da película de óxido torna-a menos suscetível aos factores ambientais no interior do forno.e o processo dentro deste intervalo de temperatura é realizado enquanto o bombeamento a vácuo está em cursoQuando a temperatura excede 400°C, certos elementos começam a evaporar significativamente.Características de soldadura que formam camadas de óxido e que degradam simultaneamenteConsequentemente, é necessário um nível de vácuo mais elevado, que impõe uma limitação eficaz das pressões parciais de oxigénio e água.Os processos de bombeamento a vácuo e aquecimento estão inter-relacionadosA duração de cada uma varia em função do tamanho e do peso da peça de trabalho.Durante a fase de soldaO nível de vácuo deve ser inferior a 0,005 Pa. Um bom nível de vácuo tem um impacto significativo na qualidade da junção soldado.
3.3.3 Condições ambientais durante a brasagem a vácuo
Durante a brasagem a vácuo, a temperatura e a umidade atmosféricas ambientes podem afetar significativamente a qualidade de brasagem dos trocadores de calor de chapa.A montagem em condições de alta umidade resulta em mais umidade aderindo às barbatanasQuando colocado no forno a vácuo para solda, esta umidade libera mais gás, diminuindo o nível de vácuo de solda.a evaporação do vapor de água requer uma quantidade substancial de calorA temperatura ambiente influencia directamente o grau de oxidação da superfície das placas de liga de alumínio fina,o que afecta a qualidade da solda a vácuo.
4Conclusão
Com base na análise anterior, devem ser implementadas as seguintes medidas para reduzir ou diminuir a taxa de fuga de trocadores de calor após a brasagem a vácuo:
1- Ao encomendar matérias-primas, devem ser adquiridas de fabricantes especializados de boa reputação para garantir a qualidade e o desempenho dos materiais.
2.Devem ser evitados conjuntos com barras de vedação de tolerância negativa emparelhadas com barras de vedação de tolerância positiva; é geralmente ideal um ajuste sem espaçamento entre as barras de vedação e as barras de vedação.
3.Seguir estritamente os procedimentos de processo para preparação de material, limpeza e montagem.
4.Na prática, otimizar e controlar rigorosamente os parâmetros do processo, tais como a temperatura de soldadura a vácuo, o tempo de retenção e o nível de vácuo;Ajustar o processo de solda com base em condições internas e externas variáveis.
5Controle a umidade ambiente.
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