Introdução

Para os trocadores de calor de barras de chapa de alumínio, especialmente estruturas de soldadura a vácuo, os problemas de vazamento são frequentemente encontrados em torno de áreas de cruzamento de juntas de soldadura.

Embora estas áreas ocupem apenas uma pequena parte do núcleo do trocador de calor, as múltiplas juntas de soldadura, as alterações de material e a concentração de tensão tornam-nas pontos críticos que afetam a confiabilidade do produto.

Compreender as causas das fugas nesses locais ajuda os fabricantes a melhorar o projeto do trocador de calor, os processos de brasagem e o controle de qualidade.

1. Áreas de vazamento cruzado de brasagem comum

Em um núcleo de trocador de calor de barras de chapa, as juntas de soldadura são formadas principalmente entre:

• Placas de separação
• Barra lateral
• Barbatanas de transferência de calor

As áreas mais sensíveis incluem:

Área da barra lateral, da placa e do canto da barbatana

No canto de cada canal, barras laterais se conectam com placas e barras.

Uma vez que várias juntas de soldadura se encontram numa área limitada, esta região pode apresentar:

• Distribuição desigual dos metais de enchimento
• Fabricação a partir de matérias têxteis
• Concentração local de tensão

Por conseguinte, torna-se um dos locais de fuga mais comuns.

Área de ligação da barragem e da barra lateral do distribuidor

As barbatanas distribuidoras muitas vezes têm estruturas e direções diferentes em comparação com as barbatanas normais.

Na zona de ligação:

• Os caminhos de fundição tornam-se mais complicados
• A geometria muda de repente.
• Aumento do stress interno

Estas condições podem aumentar o risco de defeitos de solda.

Barras laterais sobrepostas em núcleos de múltiplas camadas

Em trocadores de calor de barras de chapa de várias camadas, as barras laterais são geralmente alinhadas verticalmente.

Durante a brasagem a vácuo e o arrefecimento:

• Diferentes componentes expandem e encolhem de forma diferente
• A tensão interna acumula-se entre as camadas

Isto pode criar áreas fracas onde podem surgir rachaduras por fadiga durante a operação.

2Causas principais de fugas de brasagem

Defeitos de brasagem

Nas áreas de cruzamento, o fluxo de metal de preenchimento de soldadura é mais difícil de controlar.

Os problemas comuns incluem:

• Excesso de metal de preenchimento que causa erosão do alumínio
• Metal de enchimento insuficiente que causa ligação incompleta
• Gás preso no interior formando poros ou vazios

Estes defeitos podem tornar-se canais de fuga iniciais.

Estresse e fadiga residuais

Durante o resfriamento da solda, diferentes materiais e estruturas encolhem em diferentes taxas.

A área de cruzamento tem frequentemente uma tensão residual mais elevada.

Em funcionamento contínuo, factores como:

• Flutuação de pressão
• Ciclos de temperatura

pode gradualmente causar rachaduras e fugas de fadiga.

Risco de corrosão

Pequenas lacunas ou áreas com solda incompleta podem acumular meios corrosivos.

Com o tempo, isto pode levar a:

• Corrosão de fissuras
• Craqueamento por corrosão por esforço

causando a expansão de defeitos existentes.

3. Fatores que afectam o desempenho de vazamento

Projeto estrutural

Um bom projeto de trocador de calor de barbatanas de placa deve:

• Evitar juntas de solda excessiva encontram-se em um ponto
• Reduzir os cantos afiados
• Melhorar a distribuição do stress

Usar estruturas articulares escalonadas pode reduzir eficazmente a concentração de estresse.

Processo de brasagem a vácuo

A qualidade da brasagem afeta directamente a resistência à fuga.

Os factores importantes incluem:

• Quantidade exacta de metal de enchimento
• Temperatura de aquecimento uniforme
• Controle adequado dos dispositivos

Para os trocadores de calor de alumínio que utilizem revestimentos de liga de alumínio 3003 e liga de soldadura 4004, devem igualmente ser tidas em conta as diferenças de compatibilidade dos materiais e de expansão térmica.

Condições de funcionamento

O ambiente de trabalho real também afeta a vida útil.

Os factores importantes incluem:

• Alterações de pressão
• Choques de temperatura
• Condições do ambiente de trabalho

Estes determinam se pequenos defeitos se transformarão em problemas de vazamento.

4Métodos de detecção de fugas

Uma vez que as vias de vazamento do cruzamento de solda são geralmente muito pequenas, são necessários métodos de inspeção profissionais.

Os métodos comuns incluem:

Ensaios de vazamento de hélio

Fornece alta sensibilidade e pode localizar áreas de micro-fuga.

Teste de bolhas

Adequado para detectar fugas externas óbvias.

TC e Análise Metallográfica Industriais

Utilizado para analisar:

• Espaços vazios internos
• Defeitos de solda
• Desenvolvimento do crack

Estes métodos ajudam a identificar as verdadeiras causas do fracasso.

5- Como evitar uma fuga de solda

Para melhorar a fiabilidade dos trocadores de calor de barras de alumínio, os fabricantes devem concentrar-se em:

Design do núcleo otimizado

• Reduzir as interseções de soldadura desnecessárias
• Melhorar a estrutura articular
• Evitar que o calor da soldagem afete as áreas soldadas

Melhor Controle da Brazagem

• Controle da distribuição dos metais de enchimento
• Manter a temperatura uniforme
• Reduzir o esforço térmico excessivo

Inspecção rigorosa da qualidade

Antes da entrega, os produtos críticos devem passar:

• Ensaios de vazamento
• Ensaios de pressão
• Ensaios de ciclo de temperatura

Conclusão

As áreas de cruzamento das juntas de brasagem são um dos fatores mais importantes que afetam o desempenho de vazamento dos trocadores de calor de barras de chapa de alumínio.

Devido à combinação de alterações geométricas, defeitos de solda, tensão residual e cargas operacionais, essas áreas exigem um controle cuidadoso durante o projeto e a fabricação.

Com experiência profissional na produção de trocadores de calor, a SUNHOPE fornece soluções de trocadores de calor de placas e equipamentos de fabricação relacionados, ajudando os clientes a melhorar a qualidade do produto,estabilidade da produção, e fiabilidade a longo prazo.