專利名稱：制造熱交換器管子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用由折疊帶制成的扁平銅合金管制造熱交換裝置、例如汽車散熱器的方法。所述管被密封以便防止在用釬焊軟膏或釬焊箔插入到管子連接面之間而進(jìn)行釬焊操作過(guò)程中發(fā)生泄漏。
在現(xiàn)有技術(shù)中存在許多制造熱交換管的方法。大多數(shù)方法設(shè)計(jì)對(duì)金屬片材進(jìn)行折疊以形成通道，向折疊的金屬施加助熔劑材料，以及隨后對(duì)折疊金屬和助熔劑材料加熱，同時(shí)施加釬焊材料。在加熱過(guò)程中，助熔劑材料對(duì)金屬表面進(jìn)行清潔，以便釬焊材料可以容易地流入到折痕之間的任何間隙中，對(duì)間隙進(jìn)行密封并形成結(jié)點(diǎn)。通常，用助熔劑材料涂覆整個(gè)金屬片，并且隨后施加釬焊材料，或者同時(shí)用釬焊材料和助熔劑材料涂覆整個(gè)片材。一些金屬或金屬合金、例如難以進(jìn)行釬焊的，在使用之前必須用更易于釬焊的金屬或合金進(jìn)行鍍覆，以便有利于這種類型的制造工藝。
在專利文獻(xiàn)中可以找到這種技術(shù)的一些例子。歐洲專利申請(qǐng)No.0302232公開了一種熱交換管，其中，對(duì)片材的末端邊緣向著垂直通過(guò)的材料的中心進(jìn)行輥軋，以便當(dāng)釬焊在一起時(shí)所述邊緣與片材平行。美國(guó)專利No.4,633,056公開了一種用于制造具有橢圓形截面的熱交換管和用于這種管子的交叉網(wǎng)(cross web)的方法。利用電子束焊接并將管子連接起來(lái)。美國(guó)專利No.5,186,251公開了一種具有雙列流道的熱交換管。美國(guó)專利No.5,441,106公開了一種熱交換管，該熱交換管包括多個(gè)沿著管子的長(zhǎng)度延伸的內(nèi)部翅片。由經(jīng)過(guò)鍍覆的鋁坯形成管子并將其釬焊在一起。美國(guó)專利No.5,579,837公開了一種具有由兩個(gè)相互成大約7°至15°角的支腳形成隔斷的熱交換管。在釬焊之前，用釬焊助熔劑對(duì)整個(gè)管子進(jìn)行涂覆。美國(guó)專利No.5,704,423公開了一種通過(guò)將作為兩個(gè)不同金屬件的一個(gè)主要部分和一個(gè)次要部分組裝起來(lái)制成的熱交換管，所述兩個(gè)金屬件均基本上為鋁或鋁合金。美國(guó)專利No.5,765,634公開了一種由加強(qiáng)隔板分成兩部分的熱交換管。所述隔板由一個(gè)延伸到管子內(nèi)部且形成用制成管子的金屬片材中的皺褶構(gòu)成。在將金屬帶材的端部連接起來(lái)之前，用釬焊金屬對(duì)帶材的一個(gè)面進(jìn)行涂覆。如從前面所述可以看出的那樣，對(duì)于散熱器管的制造而言，沒(méi)有一種形狀被普遍接受。這些參考文獻(xiàn)，特別是當(dāng)采用鋁時(shí)通常采用助熔劑或含有與金屬釬焊在一起的助熔劑的軟膏。
助熔劑材料對(duì)于管子的材料通常具有很高的腐蝕性，并且在釬焊工藝完成之后必須去除。這增加了額外的步驟，并且需要工藝步驟確保在釬焊之后將助熔劑去除掉。通常希望不用鍍覆或施加助熔劑即可制造熱交換管。在美國(guó)專利No.5,378,294中描述了一種用作釬焊填料的無(wú)助熔劑銅合金。在熱交換管的制造中采用這種合金作為釬焊填料是有用的。
即使已知這些技術(shù)，仍需要改善熱交換管成形工藝，并且本發(fā)明公開了一種優(yōu)選的工藝，該工藝避免了已知技術(shù)的缺點(diǎn)。
本發(fā)明涉及一種成形用于熱交換器的管子的方法，包括提供具有一個(gè)基體和兩個(gè)端部的金屬或金屬合金片；將片材的兩端折疊以形成具有相互對(duì)向的側(cè)部和與片材基體對(duì)向的側(cè)部的支腳；進(jìn)一步相互對(duì)向地折疊片材的端部以形成一對(duì)流體通道；在支腳的對(duì)向側(cè)部之間以及基體和與片材基體相對(duì)的支腳側(cè)部之間施加可以粘附到片材上的沒(méi)有助熔劑的釬焊材料；并且將片材和釬焊材料加熱至足以使釬焊材料熔融，并且將其粘附到支腳和基體上，以便將支腳相互連接起來(lái)并將支腳連接到片材的基體上，從而形成管子。
在這種方法中，片材優(yōu)選由銅或銅合金制成，并且釬焊材料包含熔融溫度低于片材熔融溫度的銅合金。該片材優(yōu)選被加熱至通常呈軟膏或金屬箔形式的釬焊材料的熔融溫度之上大約20％。當(dāng)采用金屬箔時(shí)，釬焊材料具有在大約0.01至0.05mm之間的厚度，并且放置于支腳的對(duì)向側(cè)之間和基體與同片材基體對(duì)向的支腳側(cè)部之間。
當(dāng)采用軟膏時(shí)，包含金屬或合金粉末填料、粘合劑和載體。粉末填料優(yōu)選具有在15和30微米之間的顆粒尺寸，并且優(yōu)選為一種銅、鎳、錫和磷合金。最優(yōu)選的合金是具有大約1％至5％的鎳、大約15％至20％的錫、大約4％至7％的磷和銅。當(dāng)然，由于這些合金不需要助熔劑就可以粘結(jié)到銅上，所以這些材料也可以被用于金屬箔的成分。
當(dāng)載體包含液體、例如水或酒精時(shí)，可以通過(guò)刷涂、噴涂或分配施加軟膏釬焊材料。優(yōu)選地，在向片材上噴涂或刷涂軟膏釬焊材之后對(duì)管子進(jìn)行干燥，以便使載體揮發(fā)?；蛘?，載體可以是蠟而粘合劑可以是具有在施加到片材上的過(guò)程中被加熱的軟膏釬焊材料的熱塑性材料。對(duì)于這一實(shí)施例，該方法進(jìn)一步包括在將釬焊材料施加到支腳和片材基體上之前使蠟載體和熱塑性材料粘合劑熔融的步驟，隨后對(duì)片材進(jìn)行冷卻以便使釬焊材料固定定位。
該方法的一個(gè)優(yōu)選應(yīng)用是用于通過(guò)制備多個(gè)在此公開的本發(fā)明的熱交換管、然后將管子成形成汽車散熱器，制造汽車散熱器。所述散熱器是利用作為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的方法制成的。
由結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明，可以更好地理解本發(fā)明，其中

圖1表示根據(jù)在此公開的釬焊工藝制造的汽車散熱器的局部透視圖；并且圖2表示根據(jù)本發(fā)明制造的熱交換器的剖視圖。
參照附圖，圖1表示設(shè)計(jì)用于汽車應(yīng)用、例如車輛散熱器的熱交換器10。該熱交換器10包括延伸于集管板14之間的一組基本平行的管子12。冷卻流體流過(guò)集管板14之間的管子12。翅片18連接于管子12的表面上，并且延伸于管子12之間，以利于將熱量傳導(dǎo)離開管子12，并且提供用于通過(guò)流過(guò)熱交換器10的空氣進(jìn)行對(duì)流傳熱的額外的表面面積。
該管子可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何適當(dāng)?shù)目赦F焊材料構(gòu)成。優(yōu)選地，管子由銅或銅合金制成。在一個(gè)實(shí)施例中，管子的材料包括黃銅CuZn 15，其含有大約1％的添加合金元素，以便防止在釬焊操作過(guò)程中材料軟化。典型的合金元素包含錫或鎳。在另一個(gè)實(shí)施例中，管子金屬可以由SM2385構(gòu)成，其是一種在商業(yè)上可以從Outokumpu Copper Strip AB of Vasteras，Sweden獲得的銅含量85％的黃銅。
本發(fā)明的管子12是通過(guò)彎曲銅或銅合金片材制成的。該片材具有一個(gè)基體22和兩個(gè)端部23、25。將端部23、25相互相向地折疊，直到它們?cè)谄牡闹行南嘤鰹橹?。在折疊過(guò)程中，形成對(duì)向的側(cè)部26、28和頂側(cè)24。然后，彎曲端部23、25，以形成支腳40、42。這樣便形成了所需管狀結(jié)構(gòu)的輪廓，但是金屬片材的端部仍處于游離狀態(tài)未連接上。
圖2表示熱交換器10的一個(gè)管子12。該管子12包括一個(gè)基體22、一個(gè)頂側(cè)24和兩個(gè)大致弓形的對(duì)向側(cè)部26、28。管子12總體成矩形形狀，并且可以具有圓形端部，且進(jìn)一步包括一個(gè)從基體22向頂側(cè)24延伸的隔壁30，以便確定出一對(duì)流體通路34、36。隔壁30包括一對(duì)由頂側(cè)24彎曲而成的支腳40、42。
為了將金屬端部連接起來(lái)并形成密封的通道，采用了一種新型的釬焊技術(shù)25。在這一工藝中，可以采用軟膏或金屬箔。軟膏包括金屬或金屬合金粉末、粘合劑、和載體。通常，粉末以主成分存在，粘合劑的重量百分比大約為3％至20％，而載體的重量百分比大約為1％到10％。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，100克的粉末與10克載體和2克粘合劑混合。釬焊材料的軟膏形式有利于允許材料在凝固之前流動(dòng)到所需的位置上。
載體優(yōu)選為液體、例如水或酒精，以便軟膏的濃度不會(huì)太粘以利于通過(guò)涂抹或刷涂進(jìn)行施加。也可以采用低分子重量的蠟。最優(yōu)選的載體是礦物醇。該載體為液體且向待釬焊的部件施加軟膏時(shí)，需要采用一個(gè)干燥步驟。這是一個(gè)簡(jiǎn)單的加熱工藝，用以將絕大部分載體蒸發(fā)掉，僅在待釬焊的部件上留下少量、通常少于大約2％，并且優(yōu)選將全部載體蒸發(fā)掉。
當(dāng)載體以蠟為主體時(shí)，粘合劑可以為熱塑性的。然后，在施加之前將粉末與蠟混合。在施加軟膏過(guò)程中，將熱塑性粘合劑加熱至90℃，以便使其熔融。由于熱量傳遞給管子的金屬，所以軟膏隨著施加到管子上而凝固。由于蠟可以不需要干燥工序就可以再凝固，所以當(dāng)采用蠟基載體時(shí)不需要干燥工藝。
粉末是作為填充到管子要連接的部分之間的接點(diǎn)中、且與管子的金屬形成合金的填料。該填料可以包括任何本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的填料、例如銅-磷合金。優(yōu)選地，填料為銅-鎳-錫-磷合金，例如商業(yè)上可獲得的OKC600。OKC600包括大約1％至5％的鎳、大約15％至20％的錫、大約4％至7％的磷、其余為銅。粘合劑作為將填料粘結(jié)到所需表面上的粘結(jié)劑。由于磷可以作為助熔劑，是銅-鎳-錫-磷成為熔蝕性能良好的自助熔合金，所以不需要添加助熔劑。
通過(guò)氣體噴霧使填料形成球形微細(xì)顆粒狀粉末。最大顆粒尺寸通常大約為90μm，平均顆粒尺寸為大約5μm至60μm，并且優(yōu)選為大約15μm至30μm。
通常通過(guò)用一個(gè)噴槍將釬焊軟膏施加到管子上。對(duì)于帶有波紋翅片散熱器通常采用水基軟膏，并且對(duì)于扁平推管(push-tube)散熱器采用以較硬的熔劑為基礎(chǔ)的軟膏。釬焊材料的厚度通常由重量來(lái)估量。優(yōu)選地，可以施加大約100至300g/m2的釬焊材料，并且優(yōu)選大約為150g/m2至200g/m2。
當(dāng)采用釬焊箔代替軟膏時(shí)，將箔插入到要連接的管件之間。所述箔非常易于置于管子的所需位置上。所述箔的成分基本上與軟膏填料的成分相同，即可以采用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何銅釬焊合金。優(yōu)選采用銅-鎳-錫-磷合金、例如OKC600。該軟膏具有至少大約0.025mm的厚度，并且優(yōu)選在大約0.01和0.05mm之間。通常，對(duì)于本實(shí)施例不需要軟膏、粘合機(jī)或載體。有利地，軟膏不需要使任何液體成分揮發(fā)的干燥步驟。僅需要將箔置于所需位置上的步驟。然而，為了確保對(duì)箔定位，可能需要粘合劑。
一旦施加了釬焊材料，則將管子加熱至恰好超過(guò)釬焊材料填料的熔點(diǎn)。加熱使管子被釬焊材料充分涂覆或浸潤(rùn)。優(yōu)選地，將管子加熱至填料熔點(diǎn)之上大約20％，更優(yōu)選地在熔點(diǎn)的大約5％之上。這與釬焊鋁的工藝相反。用于鋁的釬焊合金熔點(diǎn)非常接近鋁管的熔點(diǎn)。釬焊合金通常是一層在鋁之上的鍍層，其厚度大約為管壁厚度的10％。因此，當(dāng)試圖熔化鋁釬焊合金時(shí)，存在管材也被熔化的危險(xiǎn)。OKC600的熔點(diǎn)大約為600℃。在一個(gè)實(shí)施例中，將管子加熱至大約630℃。在另一個(gè)實(shí)施例中，將管子加熱至大約610℃。這些溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大約1000℃至1100℃的銅合金管的熔點(diǎn)。因此，把管子加熱至略微超過(guò)600℃將僅使釬焊合金熔化而不會(huì)使管子熔化。
首先用軟膏涂覆支腳40、42，或者將一個(gè)箔置于它們之間。支腳40、42的末端也涂覆有軟膏，或者被置于一個(gè)放置在基體上的箔的頂部上。大體上沿著釬焊縫44以珠狀軟膏的形式施加軟膏，而所述箔是以箔帶的形式沿著支腳的末端和基體之間的相同釬焊縫施加的。然后，將管子加熱至釬焊材料熔點(diǎn)之上的一個(gè)溫度，以便將材料連接起來(lái)以形成管子。兩個(gè)支腳40、42被釬焊在一起，并且還將支腳40、42釬焊到基體22上。管子的橫截面積類似于B形。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種形狀對(duì)于接受釬焊材料、尤其是無(wú)助熔劑釬焊材料特別有利。
采用軟膏或箔密封管子，并且防止流過(guò)管子的冷卻流體發(fā)生泄漏。軟膏或箔可以在管材成形之前、過(guò)程中或之后熔敷在片材表面上。優(yōu)選地，管子的釬焊不需要向其施加助熔劑。
釬焊的施加通常在一個(gè)爐子中進(jìn)行。在工藝過(guò)程中一個(gè)涉及到防止管子或釬焊材料氧化。爐子應(yīng)當(dāng)具有小于大約-40℃的露點(diǎn)和小于大約100ppm的氧含量。通常，采用露點(diǎn)大約為-65℃且氧含量大約為10ppm的惰性氣體、例如氮。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于在此所示和描述的精確結(jié)構(gòu)。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)所公開的內(nèi)容、或者通過(guò)通常的實(shí)驗(yàn)可以容易地實(shí)現(xiàn)的所有有利修改，均被認(rèn)為落在由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的主旨和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種成形用于熱交換器的管子的方法，包括提供具有一個(gè)基體和兩個(gè)端部的金屬或金屬合金片；將片材的兩端折疊以形成具有相對(duì)的側(cè)部和與片材基體相對(duì)的側(cè)部的支腳；進(jìn)一步相互對(duì)向地折疊片材的端部以形成一對(duì)流體通道；在支腳的相對(duì)側(cè)部之間以及基體和與片材基體相對(duì)的支腳側(cè)部之間施加可以粘附到片材上的沒(méi)有助熔劑的釬焊材料；并且將片材和釬焊材料加熱至足以使釬焊材料熔融，并且將其粘附到支腳和基體上，以便將支腳相互連接起來(lái)并將支腳連接到片材的基體上，從而形成管子。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，片材包含銅或銅合金，并且釬焊材料包含熔融溫度低于片材熔融溫度的銅合金。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，片材被加熱至釬焊材料的熔融溫度之上不超過(guò)大約20％。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，釬焊材料為軟膏或箔的形式。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，釬焊材料為包含金屬或合金粉末填料、粘合劑和載體的軟膏形式。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，粉末填料具有15至30微米之間的顆粒尺寸。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中填料為包含銅、鎳、錫和磷的一種合金。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，填料包括大約1％至5％的鎳、大約15％至20％的錫、大約4％至7％的磷、和銅。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，載體包含液體，并且通過(guò)刷涂、噴涂或分配施加軟膏釬焊材料。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，載體包括水或酒精。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括在向片材上噴涂或刷涂軟膏釬焊材之后對(duì)管子進(jìn)行干燥，以便使載體揮發(fā)。
12.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，載體包括蠟，并且在將軟膏釬焊材料施加到片材上的過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行加熱。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，粘合劑是熱塑性材料。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括在將釬焊材料施加到支腳和片材基體上之前使蠟載體和熱塑性材料粘合劑熔融的步驟，隨后對(duì)片材進(jìn)行冷卻以便使釬焊材料固定定位。
15.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，采用箔的形式的釬焊材料具有大約0.01至0.05mm的厚度，并且通過(guò)將箔置于支腳的對(duì)向側(cè)之間以及基體和與片材基體相對(duì)的支腳側(cè)之間，來(lái)施加釬焊材料。
16.一種制造汽車散熱器的方法，制備多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換器管子，然后將管子成形為汽車散熱器。
17.一種按照權(quán)利要求16所述的方法制造的汽車散熱器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造用于熱交換器、例如汽車散熱器的熱傳導(dǎo)管的方法。該管子優(yōu)選由銅或銅合金形成。將材料片折疊成類似B形的形狀，并且用不需要助熔劑的釬焊材料將其釬焊在一起。釬焊材料為箔或軟膏的形式。該軟膏通常包含粉末填料、粘合劑的載體，所述載體可以是液體或蠟。
文檔編號(hào)F28F1/02GK1520343SQ02812970
公開日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2002年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月28日
發(fā)明者約拉姆·L·沙卜泰, 約拉姆 L 沙卜泰 申請(qǐng)人:奧托庫(kù)姆普聯(lián)合股份公司