铝制板翅式换热器芯体生产过程工艺改进

赵凯 姜红霞 芦柯京 周文俊

摘要：铝制板翅式换热器产品的质量要求与可靠性要求都很高。其核心部件是芯体，芯体生产过程中的影响因素众多，工装设计的先进性、工艺编制的合理性对其一次钎焊成功率有着非常重要的影响。本文通过对钎焊压装工装、钎焊底板的重新设计及制作、芯体钎焊工艺的改进及清洗设备的改造，显著提高了芯体钎焊一次成功率，大幅提高了芯体的生产效率。

关键词：板翅式换热器  芯体  工艺改进  工装制作  设备改造

铝制板翅式换热器广泛应用于各种车辆、工程机械、航空航天、化工石油等领域，通过热交换为动力系统、传动装置提供冷却，保证装置的正常运行。铝制板翅式换热器一般由芯体和集流室构成。芯体是影响其性能优劣的关键部件。

一、铝制板翅式换热器芯体生产过程

铝制板翅式换热器芯体由翅片、封条、隔板等零件层层堆叠后经真空钎焊而成，其生产过程如图1所示，翅片、封条、隔板侧板等零件加工完成后，经清洗去掉零件表面的油脂、杂质等，按照图纸的需求一层层堆叠为需要的形状，然后进入真空钎焊炉经钎焊而成。通常采用真空钎焊一次合格率来衡量芯体加工的成功与否。

图1  芯体生产过程

二、铝制板翅式换热器芯体生产过程工艺改进

（一）概述

真空钎焊工序的钎焊一次合格率，除了与真空钎焊工艺密切相关外，前道工序中零件加工以及清洗和装配工艺也对其有巨大的影响。因此不仅要对钎焊工艺进行改进和创新，也要对前道各工序进行改进和创新。

（二）具体方案和措施

按照板翅式换热器芯体的生产过程，对其生产过程工艺的改进和创新的具体方案和措施如下：

1.芯体压装工装

引进半自动装配机替代原有的手工装配台，能够达到对芯体施加预紧力的效果。但是对芯体压紧力的精确调整还需要重新设计适合的工装来实现。原有工装存在如下不足之处：

1）需要采用穿拉杆进行固定的压装方式，使得拉杆拆卸不便;

2）弹簧为分体结构，调整下压量时芯体受力不均，造成芯体尺寸不规范。

针对原有工装的不足之处，设计了新型组装型钎焊压装工装（组装型），在制作的过程中充分运用了钳工工艺，如划线、定位、打孔等。该压装工装具有如下优点：

1）能够自由组合，灵活度高（如图2所示）;

图2  钎焊压装工具（组装型）

2）设有一体式弹簧装置，能够在钎焊过程中持续保证下压压力;

3）采用不锈钢方钢管以及钢板等分散型零部件组合型压装工具，相比整体式铸造底座及压板，整体重量明显减轻，减少钎焊过程的热容量;

4）设计带有缺口的底板和顶部压装板，使拉杆能够方便拆卸，提高拆装效率（如图3所示）。

图3  钎焊压装工装（组装型）示意图

2.钎焊工装

因原工装过于厚重，影响炉内气氛、芯体均温性及升温速率，因此也设计了新型钎焊底板工装。在设计过程中对其受力进行分析，保证其结构的可靠性。

新工装采用不锈钢方管拼焊而成的框架结构，在制作的过程中对方管进行划线、切割，并根据计算结果对方管进行定位及拼焊。钎焊底板根据炉腔尺寸分为两半，方便芯体工件在其上的码放，并方便从两端炉门进炉，提高了灵活性。

3.充氮工艺

对真空钎焊工艺进行了创新性的改进，在钎焊过程中增加了充氮工序。

其原理是当真空炉内在一定的真空状态下持续稳定加热时，充入一定压力的氮气，可以使炉内的气体充分流动，提高热气体与工件的接触，使炉内的气体温度更加均匀，工件的受热也更加均匀，这样可以有效提高升温速率;同时充入一定压力的氮气后，可以带走炉内的脏污气体，使炉内的钎焊环境更加洁净，对钎焊十分有利。

增加充氮工序后，整个真空钎焊的时间可以大大缩短，常规工艺的钎焊时间基本上在8～9个小时甚至更长，在增加充氮工序后可以缩短到5～6个小时，大大提高钎焊效率。同时也使钎焊质量有了大幅提高，在所应用的某型散热器芯体中，真空钎焊一次合格率可以达到90%。

三、应用范围及改进效果

（一）应用范围

新的芯体生产工艺可以应用到各型号换热器的生产过程。当这些产品需要通过真空钎焊的工艺方法生产时，均可以采用新的芯体生产工艺，也可应用于冷板类产品的生产过程。

（二）改进效果

1.新型的芯体压装工装和压装工艺，有效减轻压装工具的重量和体积，减少了在真空钎焊炉内的热容量，有效减少钎焊时间;

2.新型的芯体压装工装，有效保证了在钎焊过程中对芯体的持续有效下压，保证芯体形状在受热状态下的稳定;

3.新型钎焊底板，解决了原有工装重量过大、搬运不便及钎焊过程中吸热量过大影响芯体均温性的问题。在真空钎焊工艺中，增加充氮工序，有效提高了真空钎焊炉内加热速率的提升，并同时提高工件的温度均匀性，对提高钎焊质量有了重大改善，并可以加快钎焊步骤，缩短钎焊时间，提高生产效率，但从真空钎焊工序，每钎焊一炉的生产用时就可以缩短3个小时;

综合以上芯体工艺的改进和创新，板翅式换热器芯体翅片零件加工的生产效率可以提高一倍，真空钎焊时间可以从原来的8～9个小时缩短为5～6個小时。

四、经济效益

目前该新型生产工艺已应用于多个产品的生产过程中。通过实际的生产过程比较，如某型芯体产品的生产效率从之前的271分钟/套提高到84分钟/套，芯体一次钎焊合格率也从旧炉状态的约78%提高到90%。在其它项目的换热器产品生产中加以推广，也能够大大提高生产效率，可以大大提高产能。

参考文献：

[1]洪松涛，林圣武.钎焊一本通 [M].上海：上海科学技术出版社，2014.

[2]季春锋.浅析铝合金板翅式散热器真空钎焊工艺[J].科技创新导报，2018 NO.04，112-113.