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浙江大学硕士学位论文汽车散热器用多层复合铝合金薄壁高频焊管制造技术的研究 摘要 汽车散热器系统( 包括：水箱、空调蒸发器、空调冷凝器、中 冷器、暖风机、机油冷却器) 的轻量化是汽车轻量化的一个重点领 域，而在此项工作中，关键的技术一“高频焊多层复合铝合金薄壁 管材的成型及制造技术”，在散热器系统轻量化工作中有着重要作 用。 高频焊接技术以其高质、高效、低成本的技术特点在黑色金属 管材制造业中占有重要的地位，并逐渐在有色金属制管行业及热交 换器行业中普及。 本课题是在了解和掌握了高频焊接机理特别是高频感应焊接机 理的基础上，验证了：高频焊接v 形角对焊接性能的影响；主要焊 接工艺参数对焊接性能的影响；被焊材料的物理性能和化学性能对 焊接性能的影响；高频感应圈的形状及安装位置对焊接性能的影响。 同时结合黑色金属的带料滚压成型理论，开发了有色金属多层复合 薄壁带料的滚压成型技术，在此技术基础上开发了多层复合薄壁带 料的滚压成型模具，并成功的制造出汽车散热器用高频焊多层复合 铝合金薄壁管材，管材的各项指标均达到国外同类水平。 关键词：高频焊接：多层复合铝合金：成型轧辊；成型机组 浙 1 人学坝卜学似论文汽1 散热： j i j 多层复舟川台会冲l 妒“；| _ ；j 蚪符铂j 造j 盘求的“j f y f a b s t r a c t l i g h t i n gw e i g h to fa u t o m o b i l er a d i a t o rs y s l e l n ，w h i c hi sc o m p o s e do f w a t e rt a n k ， e v a p o r a t o ro fa i rc o n d i t i o n e r , c o n d e n s e ro fa i rc o n d i t i o n e r , i l l i d d l ec o o l e r w a n l lw i n df h n a n de n g i n eo i lc o o l e r ，i sf l u i m p o r t a n tf a c t o r f o rl i g h t i n g , , e i g h to fc o m p l e t ea s s c m b l y o t a u t o m o b i l ea n dt h ek e yt e c h n o l o g yl i e so nt h em o l d i n ga n dm a n u l a c t u r i n gt e c h n o l o g yo l m u l t i l a y e rc o m p l e xa l u m i n u mt h i n w a l l e dt u b e st h r o n g hh i g hf r e q u e n c yv , e l d i n g w 1 1 i c h i s i m p o r t a n tf o rl i g h t i n gw e i g h to fr a d i a t o r c o p p e ri s ak i n do ft r a d i t i o n a lm a t e r i a lf o rr a d i a t o r so fa u t o m o b i l e i o c o m o t i + ea n d e n g i n e e r i n gn l c c h a n i c s n o r m a l l y , s o l d e r i n gt e c h n o l o g yi sa p p l i e dd u r i n gt h ep r o d u c t i o no f t h ea s s e m b l i e so ft h er a d i a t o r s ，l n b e sp r o d n c e db yo v e r l a p p i n gs o l d e r i n gw i l lr e s t i l ti ni 1 i n t e n s i o n u n s t a b l ew e l d i n gq u a l i t ya n ds e r i o u sm a t e r i a lw a s t ei n t h i sp a p e r 、m u l t i p l a y c r c o m p l e xa n l n i n u l l qa n dc o p p e ra l l o y , t h i n w a l l e dt u b e st h r o u g hh i g hf r e q u e n c y 、e l d i n gw e r e s t u d i e d c o m p a r e dw , i t h t h et r a d i t i o n a l s o l d e r i n gt e c h n o l o g y h i g hf r e q u e n c yw e l d i n g t e c h n o l o g yi sw i d e s p r e a db e c a u s ei t sh i g he f f i c i e n c y ，h i g hq u a l i t ya n dl o wc o s t i nt h i sp a p e r , b a s e do r lt h em e c h a n i s mo fh i g hf r e q n e n c yu e l d i n gt e c h n o l o g y w c e m p h a s i z e do nd i s c u s s i n ge f f e c t so ft h ei k _ ，l l o w i n gf a c t o r s0 1 1t h ew e l d i n gq n a l i t y ：( 1 ) h i g h f r e q u e n c y w e l d i n g “v ”- t y p e da n g l e ；( 2 ) m a i nw e l d i l i gt e c h n i c sp a r a m e t e r s ；( 3 ) c h e n l i c a la n d p h y s i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f w e l d e dm a t e r i a l ；( 4 ) t h es h a p ea n dt h ef i x i n gp o s i t i o no f 。t h eh i g h i i e q u e n c yi n d u c t i o nc o i l i na d d i t i o n t h er o l l i n g p r e s s e dm o l d i n gl e c l m o l o g yo fm u l t i l a y e r t h i n w a l l e dn o n f e r r o u sm e t a l s v a ss t u d i e da c c o r d i n gt ot h et l l e o r ? o ft h en o n f e r r o n sm e t a l s b e l t s h a p e dr o l l i n g p r e s s e dm o l d i n gs n b s e q n e n t l y , t h er o l l i n g p r e s s e dm o l d i n gp a t t e r n so l m u l t i l a y e rt h i n w a l l e db e l t s h a p e dm a t e r i a lw e r ei n v e n t c d ，w h i c hw a ss n c c e s s l a l l ya p p l i e d t op r o d u c et h em u l t i l a y e ra h u n i n u n lc o m p l e xt h i n w a l l e dt u b e s 丁h cc h a r a c t e r i s t i c so ft h e a s p r o d u c e dt u b e sr e a c h e dt h er e q u i r e m e n t so f t h ew o r l d v i d es a n l ep r o d u c t s t h ep u r p o s eo f t h i sp r o j e c ti st os t u d y , t h ep r o d u c i n gt e c h n o l o g yo fn m l t i l a y e rc o m p l c x a l u m i n u ma n dc o p p e rt h i n w a l l e dt u b e st h r o u g hh i g hf r e q u e n c yw e l d i n g k e ) , w o r d s ：h i g hf r c q n c n c yw e l d i n g ；m u l t i - l a y e rc o m p l e xa l u l n i n u mt h i n - - w a l l e dt n b e s m o l d i n gm a c h i n eg r o u p 浙江人学硕f 学位论文汽下散热器川多层复合锅台金薄 # 高频崩! 竹制造技术的删究 第一章绪论 1 1 开发散热器用多层复合铝合金薄壁高频焊管的| 的和意义 一个媳型的汽j i 冷却系统( 如劁1 1 所示) 散热器、暖风机、巾冷器、，江州 蒸发器、空调冷凝器、机油冷却器、e g r 冷却器等部什中的数个或伞部绀成。j t t ， 中冷器、散热器、暖风机中管件制造的主流技术为高频焊接。总成采 j 舆_ ! 钎蚪( v 1 3 ) 或可控气氛钎焊( c a b ) 制造。 图1 1 发动机冷印系统 山于锃 合会散热器具有良好的热交换能力、强度较商、巫量轻、收性灯等特 点，住外已成为i ：述热交换器的士流产品。h1 2 所j i 为1 j = 美| _ i 幸f ：敝热器7 i - 过七 1 5 年的发展历程【1 。 传统【二，我田汽车、机车、移动发f t 三机组、【：程机械及m 型汽1 i 敞热器川锊均 为咬f i 钎焊管或挤_ ：拉制管，这科t 钳强度低、管型差，【h 其制成的散热器寿命及散 热性能低，解决这+ 问题的方法之就是使川t 高频焊管代杵咬l 1 竹或 列“尤缝 管，寿命i ，比原使用咬口管提高数倍。因此我们外发此种竹村，4 j 仪j 竹代进1i ， 浙江人学硕十。学位论文汽下散热器川多层复合锅合金薄肇高频烨符制造技术的铆究 还可促进这些行业的技术进步，提高jj 二业散热器生产的技术水卜。 国内目前没有机车、重型汽车、t 程机械及移动发r u 机组散热器用产l 岛频焊 薄壁管材产品( t = o 3 0 m m ) 供应，豳内用户用箭全部从荚幽进1i ( 进i 临0 ；1 价姆 吨8 0 0 0 荚元) ，有困内白 丌发的试制线一条，产6 乩5 精t f l 单、成。挣钲较低、产f 小。第一汽车散热器厂和东风汽车敞热器有限公r 可这两大散热器 i 流家j d 也还 没有自己的高频制管线，国内也没订能满足【f 】冷器用管的制管线。 图1 | 2 各崮铞合余热交换器市场份额 从全球能源危机的角度来看：汽车轻量化的一个甄耍内容，就是散热器总成的 轻_ 阜= 化，既由传统的铜材改为相对密度较小的钎；材，也就足散热器总成的嚣 化，以 达到减轻重量、1 ，省能源、改善排放的目的。掘资料介绍 2 ：自7 0 年代以术，瞅 洲巾档轿乍散热器系统的重量减少已超过5 0 ，接近5 7 k ，整车甄撮减少超过1 ， 燃油节省达0 1 升1 0 0 公里，可见节能效果足 ! j j 显的。 国际i ：散热器广品铝化已达到十完善的程度，从铝散热器堪础材料伞再利，敞 热器用管的制造技术，保证了散热器系统铝化的顺利进行。j f i i 我【q 则随精引进轿1 i 车型的国产化l 作，刊丌始铝散热器的生产。e b _ r 以【：j l 方而4 j q q n o 起步或尚未外 展大规模的研究1 ：作，妨碍了我蚓引进午型用，“化t 作以及f j 卜发展轿乍一l ：业。 根本原凶之一就是我们j 三今尚未完全掌握国外n ：2 0 年6 u 就已掌握的钎j 敞热器川多 层复合钒合金薄壁管材高频焊制造技术和大批量，卜产的丁段。 r 岛。阽能、价格低 的锚散热器用管，田外殴计及制造罐厚已达到o2 o 4 m m ，几何t 、u 绎j 芒* 址 ， 浙江大学硕士学位论文汽车散热器_ j 多层复合铝合金薄壁高频焊管制造技术的研究 挤压、拉制管当前水平难以做到的。受此制约国内上海大众、一汽集团、东风集团 公司引进车型用散热器，不得已采用超过设计壁厚3 0 的挤压铝管材来生产性能相 对较低的机械装配管片式散热器，从而未完全达到散热器铝化的目的。 鉴于我国轿车散热器用管材的品种单一、性能落后、价格偏高以及制造技术落 后的状况，摆在我们面前的一个重要任务就是通过努力，使轿车铝散热器用带材、 管材国产化，达到性能优异、质量可靠、价格低廉、规格品种齐全，并能大批量稳 定生产的能力。高频焊薄壁管材制造技术的国产化，将打破国外市场及价格的垄断， 达到国外2 0 世纪末水平，为形成独立自主的散热器用管材研究开发体系奠定基础。 湖北汽车工业学院在与大连富地机械制造有限公司及十堰市大华伟业科技有限 公司的共同努力下，经过两年多时问的开发研究，成功的完成了“汽车散热器用多 层复合铝合金薄壁高频焊管制造技术”课题的研究开发，该项技术生产的汽车散热 器用多层复合铝合金薄壁高频焊管的所有指标，均达到国外同等产品的技术性能要 求。 1 2 国外现状及发展趋势 有色金属管材( 这里主要是指铝及铝合金、铜及铜合金) 以其良好的机械、理 化及工艺性能一直是热交换器行业首选的热传输管材。根据产品的不同要求，尽管 不同的行业在管材的具体材料、结构的选择上有所不同，但在制造工艺的选择上最 有代表性的是高频焊接工艺 4 ，5 】。 1 2 1 汽车散热器用多层复合铝合金管材的制造技术 汽车散热器系统( 水箱、蒸发器、冷凝器、中冷器、暖风、机冷器) 轻量化是 汽车轻量化的一个重点领域，据资料介绍【1 】：自2 0 世纪7 0 年代以来，欧洲轿车散 热器系统的重量减少已超过5 0 ，接近5 7k ，整车重量减少超过1 ，燃油节省 达0 1 升l o o 公里，可见节能效果是明显的。 在此项工作中，关键的技术是一高频焊多层复合铝台金薄壁管材的制造技术， 其在散热器系统轻量化的进程中有着重要作用，国外自2 0 世纪9 0 年代以来，投入 了大量人力、物力进行开发研究，从散热器基础材料多层复合铝合会带、箔、板 浙江人学硕+ 学位论文汽车散热器州多层复合铝合金薄肇高频焊管制造技术的研究 到散热器管材的设计、制造、标准、规格、品种及应用，从单体基础设备到光机电 一体化、计算机控制成套生产线，均已获得重大突破，形成了完善的生产、设计丌 发能力，极大的满足了汽车行业对该类材料及技术的要求，取得了较人的社会经济 效益。 1 2 1 1 国外铝合会高频焊管的发展 2 0 世纪6 0 年代及以前，汽车散热器系统大多是用铜材制造的，7 0 年代以来随 着全球范围内的能源危机以及环保呼声的f 1 益高涨，力之铜价上涨，极大地刺激了 散热器系统的轻量化以及节能降耗的要求，散热器系统铝化倾向同益明显。 欧洲铝化是由于大众公司的车型进步以及法国索非卡公司的机械连接技术而 开始的，8 0 年代以来得到迅速发展。日本于8 0 年代引进加拿大阿尔肯公司 n o c o l o k 钎焊技术后，成功的生产了管带式散热器，并大批量进入汽车t 业。 由于高频焊管在散热器的制造中有着重要的作用，各工业化国家先后投入了人 量人力、物力进行了系统的研究，取得了许多成果 6 ，7 】。 在高频焊所焊材料方面，为满足汽车铝散热器产品及生产工艺需求不但能焊 接单金属管材，如3 0 0 3 ，还可焊接带有钎料覆层的双金属管材，4 3 4 3 3 0 0 3 、 4 0 4 5 3 0 0 3 、4 0 4 5 + z n 3 0 0 3 。为解决铝散热器管内穿孔腐蚀问题，也可焊接具有防腐 性能的7 0 7 2 3 0 0 3 4 0 0 4 三层复合金属管材。 为进步解决铝散热器朝轻量化方面发展而带来的管村强度下降问题，可焊接 聿吕锌镁材料，其中的m g 在随后的钎焊过程中，扩散至管子芯材而使管材强化，又 不扩散至外表面而影响钎焊过程。高频焊所焊管材，包括了汽车铝散热器所能用的 所有材料，为锚散热器的大规模生产应用提供了雄厚的材料基础。 在所焊管材几何尺寸方面，壁厚目前铜已达到o 0 8 8 9m m ，而铝材则达到o 2 0 m m ，在管予形状参数( 氏短轴之比) 方面己达到了2 0 倍以h 这样的形状参数是 挤压拉制管目前水平难以做到的，即使具有相同的长、短轴尺寸，高频管( 平管) 的冷却液自由流动面积比挤压拉制扁管也要大得多，冈此，散热效率干月对较高。 不仅存普通散热器用管的材料、几何形状及尺寸方面为铝散热器的人规模丌发 应用奠定了基础，而且为满足汽车行业控制废气排放( 特别是n o x 及微粒) 丽在发 汽1 散热器州多层复合州台会薄 # 高额焊管制造拙术的州究 动机上m i 装中冷器的婴求，扑发m 了类似十挤j 丘多扎管的倚材，如l 割1 3f 衍小，该 种管材具有壁薄、强度高、较小的短轴而他中冷器忖洎 大为提高。 ( 1 ) 挤压管 鼢勘铴砌场 罔i 3散热组合管 为了提高散热效率，利川高频焊技术，可焊接管壁带有坑的索流管，j 汕j 以 大大提高散热效率。 影 自铝散热器使用寿命- i t 很重要的刚素之一是敝热管内部的刚蚀4 忖，j 段 ! l j | t l t 漏，散热器 1 | j 失效，l f u 对十锚敞热器来说，修复十n 对困难。为解决这 问题， 田外做了小少j 作，主要有两种方法： 1 、采用维扩良好的封闭冷却系统，使t 【； j 含3 0 4 0 ( 体税百分数) 防_ | i ；5 乙二晰溶液， 此种方法l 证实列散热器散热效率影响较人。 2 、在散热管内侧包覆7 0 7 2 铝什余，由j 7 0 7 2 合仓具有比较岛的古z n 量( 10 z n ) ， 而具有比较好的防点蚀性能。而此种管材只肯高频焊i j 以制造，如劁14 所小。 ( 1 ) 焊缝1 0 0 | 鬻警。 jj h1 4层复合材料高煳焊管 综上所述可以看出：国外在铝散热器用材制力而做了许多工作，已形成了大规 模生产能力并成功地应用于汽车t 业，而这一切的前提2 一是制造技术的保证。就 散热管而占，它足铝散热器用基础材料与散热器之m 的关键用材，其产品及制造技 术应具有高质量、低价格、高生产效率、商可靠性、稳定性、多品种、多规格、适 用范围大等特点，而高频焊对此却独具优势。 1 2 1 2 围外高频焊管装各技术 一条大批量连续生产的高频焊管q t 产线由多套单体基础设备构成，其巾最关键 的设各是：高频焊接电源、管村成型机组、较直机组及成型扎辊、高速飞剪单元、 质量检测及控制系统【1 2 1 5 ，如图1 5 所示。 图15高频焊管生产线示意图 高频焊接电源的高可靠性、稳定性是决定高频焊铝管大批量牛产高质量产品的 重要因素之一。其输出功率、振荡频率的稳定性咀及输出波形质量卣接影响着焊管 的质量。英国t h e r m a t o o l 公司是国际上发明高频焊管技术的厂家，其牛产的电 源功率稳定性指标是专网压波动1 0 时，其输山电压波动币大于1 ，频率稳定 性为6 0 0k h z + 1 0 ，而导致焊管出现针孔缺陷的纹波系数在附加的滤波器r ， 达到o 2 咀下。而i i fr 本电兴株式会社与富上电机联合丌发的此类1 u 源，j e 纹波 系数更低j 00 4 ，如图1 6 所示，极大地满足了不锈钢及有色余属的l 、1 接。 r 1 浙江人4 7 颂十学化：= 仑文 汽1 馓热器州多层复台斜俞金薄轳高额蚪管制j 齿技术晌岍宄 筛一g 气 器翟 鼍詈。 嚣：翟亨：。 = 乳。器= 吲i 6 r | 本m o s f e t 固态电源输出特性 - 出n 州i 卡争 就所用组件而言，幽3 1 、已山真空电子振荡管发展到s i t 组件( 2 0 0 k h z 以r ) 而对于薄肇管焊接檄为有利的史高频电源( 可达8 0 0k i i z ) ，则采川m o s f e t 书- 装置趋于小型化，安装空间仅是振荡管的1 2 到1 3 ，功率幽数岛，叮达9 5 t ：1 比真空管节能约3 0 5 0 。此外，由丁采用单元式结构易丁维护，他川奇命l 叮 达振荡管的1 0 倍，达到l o 打小时以2 t ： 3 1 。 圆管成型及扁管成型机组的设计与制造精度和成型扎辊的上件方案也是决定 焊管质量的重要因素之 。它应当保证：成型稳定、n r 靠，成型时，边缘h ：，一 t - f s i 皱、搭接、乖皮等现象，而且应县有一定的成型速度，以免焊管产乍缺陷利j t - ：f l 定的生产效率。因此，国外在这力面做了大量l 作，柏许多成型方案，比较她，弘的 见h1 7 。 ( 1 ) 扁箭直接成型 ( 2 ) i 刊管成型后扁铝战，“ 图17 吲外焊管媳型成型力粜 浙江大学硕士学位论文汽车散热器用多层复合铝合金薄壁高频焊管制造技术的研究 成型扎辊的材料是决定管材加工质量及大批量生产高合格率的重要因素之一， 好的轧辊材料不仅能提高管材的产品质量，还能降低吨管材的轧辊的消耗量。国外 已成功的开发出了复合材料及陶瓷成型轧辊；在焊接挤压辊及导向辊、导向片方面 已全面陶瓷化。此类轧辊在生产线高速运转时可不加润滑或少量润滑，免去了产品 钎焊前的清洗工作，提高了产品质量，减少了轧辊的消耗，极大地满足了高频焊管 线高速工作的需要。 高频焊管的质量控制系统是高质量、稳定、高速连续自动地生产焊管的关键组 成部分之一，其响应速率应保证在各部分出现故障或波动而影响焊接质量时，尽可 能自适应的调节相应的各种参数，使系统在新的平衡状态下稳定运转减少不合格产 品。这方面国外已经做到：当系统出现不稳定情况时，各子系统主要是高频电源和 机组运行速度可在很短的时间内自适应恢复正常状态，其响应速率已达到o 0 1 秒的 水平。 同时，为保证设备运行稳定性，在生产线控制方面开发了图像诊断系统。这是 一个以微处理机为基础的整套图像系统，它可以为制管机操作人员提供连续显示的 焊接情况，还有便于使用的消除故障的显示屏幕，会对那些还未矫_ i _ f 的、可能引起 系统停机的情况作出早期的预警或警告，同时加入了多种资料贮存与比较系统。焊 接参数例如：日期、操作人员姓名、批量、产品等级和线图编号可被编入程序，调 出使用时能快速和简化生产准备，最大限度的维持同一产品生产过程的一致性。使 用者可选择多达2 4 个额外的输入输出功能来记录生产过程的具体参数。 为保持稳定、高质量的焊接，生产线装备有一个遥测式焊接温度测量及控制系 统，用来监视焊接温度的波动并能快速作出反应，以保持一个不变的预先设定的焊 接功率，利用一个双色辐射式光学高温计，能够在1 5 个周波内对正常的制管机变 化作出快速反应，其偏差不超过预先设置温度的正负2 0 0 c 。此系统还保持一个焊接 温度的持久图像记录，包括在整个运转时间内，输送到线圈或触点的功率百分比。 在上述单体成套设备及软件基础上，国外已成功地建成了许多高频焊管生产线， 如日本至9 3 年底已安装了2 1 条生产线，并已成功地应用于铝散热器的制造，焊接 速度方面日本已达到1 5 0m r a i n 以上，美国已达到1 9 8m m i n 。 浙江人学颂十学位沦文汽1 j 散热器川多层复合钒合会薄蛙高频焊管制造技术的研究 1 2 2 汽车、机车及t 程机械散热器用黄铜管 由于高频焊管技术具有大批量连续，卜产、节能、质量稳定且产，5 适用嘶广的特 点，田外已将该项技术大龟应用于高强度铜散热器的生产。 铜一直是汽车、机车及工程机械散热器行、i k 传统使川的材料，总成采川软钎焊 技术生产，其中的散热管采用咬口钎焊技术，强度低、钎焊质量不稳定上 十于料浪髓 f “重，蜘1 图1 8 ( 比高频焊多耗材料1 5 以上) 、而为困外发达困家所淘汰，1 7 | 2 0 世纪7 0 年代已改j 丰| 高频焊管技术。特别是近年来，为满足_ f 益严格的汽 i 废气排 放标准，汽车发动机行业提出的技术方案( 燃烧优化、冷却e g r 、排放后处州) 对 冷却系统有更高的要求。 图1 8 咬【钎焊管与高频焊管图1 9r ，冷器进气压力及温度的变化 山于人量采用涡轮增压直喷发动机技术，且增j i 度及 j 冷器进【】温度随排放篮 求闩益提岛，如见图1 9 所示。使得发动机进7i 温度捉商腼提高了发动机峰值燃烧 温度，从而导致n o x 排放增加。为降低进气温度，应采用一 l 冷技术，其l 0 t 】冷 器传统上采用钒合余钎焊结构，| 【j _ _ | _ 二钥合会存高温时强度卜- 降，如h1 1 0 所小，从 而导致l ，冷器失效，为解决这一问题，困外已丌发铜硬钎焊技术j 、 jh 冷器乍 产，散热管即为高频焊管，见图1 1 1 。 浙江人+ 学硕十学俯论文汽1 二散热器川多层复合并 合金薄j ： ：_ 高频蚪骨制造技术的纠f 究 图】1 l国外某公司高频焊管产品 l - 3 国内技术现状及发展 在钳散热器用高频焊薄壁管材的制造技术方面，i 。业发达家牛日比，我们的 筹距还很大。 存散热器铝化方面随着几个引进轿车车型的固，“：化工作e j - 刚刚起步，k ：使j f j 的是皎门管的锕敝热器，即便是轿车也有桐当数量的在使h j 铜散热器，如原广洲标 致、夏利、云雀、奥拓；上海人众、一汽集团、东风集团引进的也址性能、醺吊书 方面相对落后的机械装配管片式散热器，钎焊式铝敞热器也仪仪是处j 二起步阶段。 日前就轿乍敝热器产咕结构1 制造工艺而言，固内均为引进技术或肯f f f 外合资，且i 已拥自数条n o c o l o kt 艺连续生产线，但原材料 铝带、箔、板种种原i , q 多数 系进li ，而散热器用管! i i j 摹本 ：无火批量供货能力。如中外合资广州豪1 # 审渊器订 l 啦公【_ t ：j 设计能j6 0 j 套空涧蕉发器、冷凝器，系进r 1h 本天东公j 乍产线，产。l 设计来自心外，而散热器则是进口fj ，水昭和钒业。至j 二在舒；徽热器f i1 ：改i t 、制造 l f l 浙江人学硕i _ ：学化论文汽卞散热器_ l j 多层复台锅台金薄譬高频焊管制造技术的研究 工艺等多项要求下，国内几乎未进行大规模系统的研究，更势必影响我国汽4 1 t 业 特别是轿车工业的发展。 就基础原材料带、箔、管、板而言，我困在“8 5 ”期问由有色金属总公司主持 开始了铝散热器用基础材料的大规模研究丌发，“9 5 ”期间国内水平可行成批量生 产的能力，但其产品由于汽车行业的应用研究开发滞后，目前尚刁i 能为汽车行业大 规模采用，特别在散热器用管方面，无论足成型技术、所焊材料、规格、品种、耐 蚀性、钎焊性能，以至制造技术，均未进行过大规模系统有效的研究，许多力而仍 是空白，严重地影响我围铝散热器的产品丌发、应用研究。 上个世纪8 0 年代，东风汽车集团为配合装配式锡水箱的研制，先期丌展了高 频焊薄壁铝管( m 1 3 x 0 5m ml f 2 1 ) 的研究工作，在成型技术、焊接工艺、装备研 制等方面都获得町喜的成果，但由于种种原因研究t 作f i 得已而中断，失去了发展 的一次大好良机。此后，由于我国汽车工业的发展所限，国内此方而工作再无人丌 展。直到上个世纪9 0 年代，中外合资弘大汽车空调散热器有限公司才引进了一条 美国m a c n i c a 公司适宜于焊0 3 5r n l t l 壁厚的高频焊管生产线，年设计能力1 5 万 辆份，目前仅能生产0 ) 1 8 、0 ) 1 2 两种规格圆管及相应尺、j 扁管，材料为4 3 4 3 3 0 0 3 ， 远远不能满足汽车工业多品种、多规格的需求。如东风汽车公司a f 轿车的铝散热 器用管2 6 x 2 x 0 3 5m m ，暖风用管0 ) 8 2 x 0 3 5m n ，富康车用管0 ) 7 x 0 3 5m m 等。特别 需要指出的是，该生产线所用材料系进口，而我国国产相应材料因某些性能豚i t l ：】， 如月亮弯、厚度均匀性、强度、塑性以及国外厂商占领中困市场冈素等问题，段线 尚不能采用。而一汽集团公司为满足本公司奥迪、捷达车型需要与福特汽车公司合 资建立了一汽一福特散热器公司，由美方提供条高频焊管生产线，设计速度 9 0 1 5 2m r n i n ，用米生产高性能的钎焊式铝散热器，生产线仪能满足一汽集l ，垌公州 需求。 至j 二在铝散热器用材的钎焊性能、耐腐蚀性能等方面，国内虽已进行了人量研 究，但要为汽车厂所认可、采用，尚有许多工作要做。 综上所述可见：为配合我国轿车工业的发展，使我国轿车散热器铝化赶卜l 廿界 先进水平，在散热器用管的制造技术方面，建立自己独立的研究玎发体系，对于本 课题的研究是势在必行并且意义重大。 浙江人学硕 ：学化论文汽1r 散热器川多层复合钒合会溥罐高额焊管制造技术f n j j | _ 宄 1 3 i 带动其他相关行、i k 的进步 出j ：刈空调器类产晶省电、节能、轻最化、小型化以及蒙特利尔公约的要求， 需要减少氟罩昂及有害含氟物用量，丁：质的改变必将导致窄调器热交换效；簪卜降 9 ，1 0 】，为此，采取的对策之一就足使 j 更高热交换性能的新型空凋管内螺纹 管 8 ，1 6 ，如幽1 1 2 所示。 图1 1 2 高频焊内螺纹铜管吲1 1 3交叉| 大j 螺纹管与传统单旋内螺纹 管管内热传导系数( 图l j 红折线为交义 内螺纹管，兰折线为单旋拉制管) 这种内螺纹铜管，传热面积增大，能有效的促进紊流，提高热交换效二簪。据资 料介绍：此种内螺纹管子已实现3 倍于平滑管高的热交换效率 z 2 13 】，如劁1 13 所不。凶此，成为各困竟千门”发j 大力发展的新型材料。 一般来说，此类内螺纹管的生产方式有挤压和高频焊接两种，高频焊管于仃 如下优铸： ( 1 ) 热交换效率矗：千h h 条件卜比挤压管高2 。 ( 2 ) 无油加工，装配时尤需清洗，对环境污染小。 ( 3 ) jl f f g 形状灵活多样，易于加工，i ，j 满足多种要求，同时壁厚小。 ( 4 ) 生产效率高，可达1 8 0m m i n ，而挤l k t 制锊一般为1 2 0m m i n ，丽为人 们广泛接受f 1 1 1 3 。 浙江大学硕士学位论文汽车散热器删多层复合铝合金薄擘高频焊管制造技术的研究 1 4 课题的来源与研究思路 2 0 0 2 年上半年为了打破国外在高品质散热器系统领域内的垄断地位，解决我国 散热器生产的关键件多层复合铝合会薄壁高频焊管依赖进口的历史，促进我困民 族汽车工业及相关多项产业的发展，湖北汽车工、i k 学院与人连富地机械制造有限公 司合作，共同丌展“汽车散热器用多层复合铝合金薄壁高频焊管制造技术”的研究 于开发工作。 由于本课题在国内还没有产业化工作的经验，研究工作中的技术难度之大是可 想而知的，为此，我们分析、分解了本课题在制造技术方面存在的儿人难点，聚取 逐个攻关各个击破的技术方案。 首先分析本课题高频焊管制造技术的几人组成要素( 即工艺组成要素) ，他 们是由如下部分组成( 根据工艺布局) ： 双工位带料开卷机带料张紧装置超声波剪切对焊装置圆管成型机 组及成型轧辊高频感应电源及感应圈导向、挤压焊接装置及导向挤压轧辊 冷却装置刮疤、空气净化装置扁管成型机组及成型轧辊同步速度 采集系统涡流探伤检测系统管型矫直机组及矫直轧辊落料飞剪系统一 一成品输送辊道及废品剔除装置。 其中主要的技术难度如下： 1 高频感应电源：由于有色金属焊管所用高频电源不仅要保证焊管速度1 i 小丁6 0 m m i n 时所需的电功率、焊接特薄壁有色金属所需的合适的高频频率( 5 0 0 1 0 h z ) ，而且还要保证具有直流高压波动和纹波系数均不得超过1 的指标的稳定性和 可靠性。诚然，国内高频设备制造的水平距此尚有定的差距，达到i ：述指标要求 确有一定难度。 据有关资料介绍国内的固态高频电源目前所能达到的技术指标与国外水i f 的比 较如下1 3 1 ： a 困内固态焊机工作频率最高为5 5 0k h z ，这与罔外先进固态焊机工作频率已 达到6 0 0 8 0 0k h z 相比仍有较大差距，而在稳定性方面波动指标太大。冈此提高工 作频率及稳定性，扩大固态焊机应用领域是围内固态焊机需进一步探讨的方向之一。 b 大容量化，国外已具备生产1 7 0 0k w 固态高频电源的能力，因内目前制造水 l 浙 1 人学硕十学何沦文 汽下敞热器h j 多层复合销合金薄晕高频焊钎制造披术的自”究 平保持在4 0 0k w ， j - i “8 0 0k w 固态焊机估计仍需2 3 年时问，进一步解决设备1 艺结构问题和器件并联技术、逆变桥并联技术问题，是发展人容鼠吲态高频波符的 基础。 c 配套性与智能化控制，随着焊管生产线智能化程度和对电源岛町靠性婴求 的提高，必须加强固念焊机配套。陀的丌发，如设备水冷系统、负载匹配1j 感j 衄器制 作、密封机箱设计、速度功率闭环控制系统等，同时同态商频i 5 ： 备f m 纠能化 控制方向发展，具有计算机智能接【 、液晶显示屏人机界面、远程控制、故障f 动 诊断等控制性能的同态设备诈成为卜_ 一代发展目标。 由1 二国内高频电源存在着i ：述问题，为了保证焊接质量，减少小必要的小川控 环节，采刚进口美困t h e r m a t o o l 公司的高频电源。 2 导向挤压焊接装置、网管成型机组、扁管成型机组、管，理矫直机绀均为r 岛精度 配合结构设计。它们不但在加工精度( 特别是形状侮置精度) 上要求1 i 岂特殊，住 装配工艺方面也要求有独到的装配工艺和装配手段来保证。尤其是其【f 1 的恻竹成 型、导向挤压焊接、扁管成型及管型矫卣轧辊，更是要求j l 型舰划1 i 孔，弘设i ti l h 线 的各节点之间的连线圆滑或基本成直线( 如图1 1 4 所示) ，器架次成7 刚t 、j 的 过度也要平计 ，f i 可出现尺寸的疏密交替现象。轧辊材料要求其耐磨性、淬透性、 最终硬度及可加工性都要良好。另外其机械加工精度要求之高，形状要求之严，i _ q 内机械加 行业已走到了顶点。凼此，这部分工作将作为本课题的研究匝点之 。 曩 一渤 裁? 一- 一一一川 l 。f 7，l 【 黛髓黪； 图i 1 4辊形变形规划出i 线 塑! ! 叁= i 三堕：；! ! 生堕茎塑! 塑垫望些兰星堡垒塑鱼垒翌壁垒塑塑笪型堕丝查塑型塾 参考文献 1 r i c h a r dk n o l l d r a w nl i g h tw a l la l u m i m mt t b i n gf o ra u t o m o t i v eh e a te x c h a n g e r s c o m e so fa g ei nt h eu s a s a ep a p e rn o ：8 3 0 0 2 4 19 8 3 2 1j o s e fk e m j o c h e ne i t e s t a t eo ft h e a r ta n df l t u r ed e v e l o p m e n t so fa l u m i n u m r a d i a t o r sf o rc a r sa n dt r u c k s , s a ep 印e rn o ：9 3 1 0 9 1 ，1 9 9 3 【3 彭咏龙固态m o s f e t 电源在高频焊管行、t ，的应用【j ，电焊机t2 0 0 2 ，3 2 ( 1 0 ) ： 2 2 2 5 4 首钢电焊钢管厂等高频直缝焊管生产 m 北京，冶金上业川扳社，】9 8 2 1 5 吴风梧等编罔外高频直缝焊管牛产 m 北京，冶会l 业 5 版社，1 9 8 5 6 1 何伟儒，刘因溟著焊接手册：高频焊 m 1 北京，机械工业 版社，1 9 9 2 【7 清华大学焊接教研组译美蚓焊接学会编焊接手册【m 北京t 机械一i 业m 版社 1 9 8 6 【8 】杨世铭，陶文铨传热学【m 】北京，高等教育出版社，1 9 9 8 9 】李志强，郑双喜国内外高效内螺纹焊接铜管现状及发腱焊僻，2 0 0 2 ，2 5 ( 5 ) ： 4 - 7 ， 【1 0 l i a g y o ut a n g ，m i c h a e lm o h a d i ，a r t h u rt j o h n s o n f l o wc o n d e n s a t i o ni ns m o o t h a n dm i c r o - 一f i nt u b e sw i t hh c f c 一2 2 ，h f c 一1 3 4 aa n dh f c 一4 1 0r e f r i g e r a n t s 【j e n h a n c e dh e a tt r a n s f e r , 2 0 0 0 7 ：2 8 9 - 3 2 5 1 1 t e b i s u m e c h a n i c a le n g i n e e r i n gl a b o r a t o r y ，d a i k i ni n d u s t r i e s ，i 。t d e v a p o r a t i o n a n dc o n d e rs a t i o nh e a tt r a n s f e re n h a n c e m e n tf cra l t e m a t j v er e f r i g e r a n t su s e di n a i r - c o n d i t i o n i n gm a c h i n e s p 】h e a tt r a n s t e re n h a n c e m e n to fl t e a te x c h a n g e r s p 5 7 9 - 6 0 0 12 k ：m ，e ta 1 tk a tt r a n s f e rt tb ew i t hc r o s s g r oo v e di n n e rs u r f a c ea n dm a n u f a c l u r i n g m e t h o dt h e r e o ffp 】u n i t e ds t a t e sp a t e n t 6 ，0 2 6 ，8 9 2 ，f e b r u a r y2 2 ，2 0 0 0 13 】i s h i k a w a ，e ta 1 h e a tt r a n s f e rt u b ew i t hg r o o v e si ni n n e r s u r f a c eo ft u b e p u n i t e d s l a t e sp a t e r t ，5 , 9 1 5 a ，6 7 ，j u n e2 9 ，1 9 9 9 【1 4 】r r d l e t t ，e ta 1 m e t h o df c rt h em n u f a c t u r eo fa ni n w m a l l ye n h a n c e dw e l d e d t u b i n g 【p u n i t e ds t a t e sp a t e n t 5 ，4 9 4 ，2 0 9 ，f e b r u a r y2 7 ，1 9 9 6 ls 浙江人学颂十学何论文汽车散热器_ l j 多层复合钒合金薄鼙高频焊管制造技术的 i j f 究 【15 m e t h o do fm a n u f a c t u r i n g m e t a lt u b e s p u n i t e ds t a t e sp a t e n t p a t e n tn u m b e r 6 ，0 5 4 ，6 6 7 ；b o n n e t ，e ta 1 a p r i l2 5 ，2 0 0 0 【1 6 马同泽，候增祺，吴文光。热管【m 。北京：科学 f 版社，1 9 8 3 年5 月第一版 浙江人学硕十学位论文汽车散热器_ l j 多层复合钒合金薄罐高频焊管制造技术的研究 第二章研究内容、方法与方案设计 2 1 课题研究的主要内容 散热器用多层复合铝合金薄壁高频焊管的冷滚压成形技术。 2 1 1 滚压成形技术 带料