制造热交换器管子的方法 本发明涉及一种用由折叠带制成的扁平铜合金管制造热交换装置、例如汽车散热器的方法。所述管被密封以便防止在用钎焊软膏或钎焊箔插入到管子连接面之间而进行钎焊操作过程中发生泄漏。
在现有技术中存在许多制造热交换管的方法。大多数方法设计对金属片材进行折叠以形成通道，向折叠的金属施加助熔剂材料，以及随后对折叠金属和助熔剂材料加热，同时施加钎焊材料。在加热过程中，助熔剂材料对金属表面进行清洁，以便钎焊材料可以容易地流入到折痕之间的任何间隙中，对间隙进行密封并形成结点。通常，用助熔剂材料涂覆整个金属片，并且随后施加钎焊材料，或者同时用钎焊材料和助熔剂材料涂覆整个片材。一些金属或金属合金、例如难以进行钎焊的，在使用之前必须用更易于钎焊的金属或合金进行镀覆，以便有利于这种类型的制造工艺。
在专利文献中可以找到这种技术的一些例子。欧洲专利申请No.0302232公开了一种热交换管，其中，对片材的末端边缘向着垂直通过的材料的中心进行辊轧，以便当钎焊在一起时所述边缘与片材平行。美国专利No.4,633,056公开了一种用于制造具有椭圆形截面的热交换管和用于这种管子的交叉网(cross web)的方法。利用电子束焊接并将管子连接起来。美国专利No.5,186,251公开了一种具有双列流道的热交换管。美国专利No.5,441,106公开了一种热交换管，该热交换管包括多个沿着管子的长度延伸的内部翅片。由经过镀覆的铝坯形成管子并将其钎焊在一起。美国专利No.5,579,837公开了一种具有由两个相互成大约7°至15°角的支脚形成隔断的热交换管。在钎焊之前，用钎焊助熔剂对整个管子进行涂覆。美国专利No.5,704,423公开了一种通过将作为两个不同金属件的一个主要部分和一个次要部分组装起来制成的热交换管，所述两个金属件均基本上为铝或铝合金。美国专利No.5,765,634公开了一种由加强隔板分成两部分地热交换管。所述隔板由一个延伸到管子内部且形成用制成管子的金属片材中的皱褶构成。在将金属带材的端部连接起来之前，用钎焊金属对带材的一个面进行涂覆。如从前面所述可以看出的那样，对于散热器管的制造而言，没有一种形状被普遍接受。这些参考文献，特别是当采用铝时通常采用助熔剂或含有与金属钎焊在一起的助熔剂的软膏。
助熔剂材料对于管子的材料通常具有很高的腐蚀性，并且在钎焊工艺完成之后必须去除。这增加了额外的步骤，并且需要工艺步骤确保在钎焊之后将助熔剂去除掉。通常希望不用镀覆或施加助熔剂即可制造热交换管。在美国专利No.5,378,294中描述了一种用作钎焊填料的无助熔剂铜合金。在热交换管的制造中采用这种合金作为钎焊填料是有用的。
即使已知这些技术，仍需要改善热交换管成形工艺，并且本发明公开了一种优选的工艺，该工艺避免了已知技术的缺点。
本发明涉及一种成形用于热交换器的管子的方法，包括：提供具有一个基体和两个端部的金属或金属合金片；将片材的两端折叠以形成具有相互对向的侧部和与片材基体对向的侧部的支脚；进一步相互对向地折叠片材的端部以形成一对流体通道；在支脚的对向侧部之间以及基体和与片材基体相对的支脚侧部之间施加可以粘附到片材上的没有助熔剂的钎焊材料；并且将片材和钎焊材料加热至足以使钎焊材料熔融，并且将其粘附到支脚和基体上，以便将支脚相互连接起来并将支脚连接到片材的基体上，从而形成管子。
在这种方法中，片材优选由铜或铜合金制成，并且钎焊材料包含熔融温度低于片材熔融温度的铜合金。该片材优选被加热至通常呈软膏或金属箔形式的钎焊材料的熔融温度之上大约20％。当采用金属箔时，钎焊材料具有在大约0.01至0.05mm之间的厚度，并且放置于支脚的对向侧之间和基体与同片材基体对向的支脚侧部之间。
当采用软膏时，包含金属或合金粉末填料、粘合剂和载体。粉末填料优选具有在15和30微米之间的颗粒尺寸，并且优选为一种铜、镍、锡和磷合金。最优选的合金是具有大约1％至5％的镍、大约15％至20％的锡、大约4％至7％的磷和铜。当然，由于这些合金不需要助熔剂就可以粘结到铜上，所以这些材料也可以被用于金属箔的成分。
当载体包含液体、例如水或酒精时，可以通过刷涂、喷涂或分配施加软膏钎焊材料。优选地，在向片材上喷涂或刷涂软膏钎焊材之后对管子进行干燥，以便使载体挥发。或者，载体可以是蜡而粘合剂可以是具有在施加到片材上的过程中被加热的软膏钎焊材料的热塑性材料。对于这一实施例，该方法进一步包括在将钎焊材料施加到支脚和片材基体上之前使蜡载体和热塑性材料粘合剂熔融的步骤，随后对片材进行冷却以便使钎焊材料固定定位。
该方法的一个优选应用是用于通过制备多个在此公开的本发明的热交换管、然后将管子成形成汽车散热器，制造汽车散热器。所述散热器是利用作为本发明的另一个实施例的方法制成的。
由结合附图对优选实施例的说明，可以更好地理解本发明，其中：
图1表示根据在此公开的钎焊工艺制造的汽车散热器的局部透视图；并且
图2表示根据本发明制造的热交换器的剖视图。
参照附图，图1表示设计用于汽车应用、例如车辆散热器的热交换器10。该热交换器10包括延伸于集管板14之间的一组基本平行的管子12。冷却流体流过集管板14之间的管子12。翅片18连接于管子12的表面上，并且延伸于管子12之间，以利于将热量传导离开管子12，并且提供用于通过流过热交换器10的空气进行对流传热的额外的表面面积。
该管子可以由本领域普通技术人员已知的任何适当的可钎焊材料构成。优选地，管子由铜或铜合金制成。在一个实施例中，管子的材料包括黄铜CuZn 15，其含有大约1％的添加合金元素，以便防止在钎焊操作过程中材料软化。典型的合金元素包含锡或镍。在另一个实施例中，管子金属可以由SM2385构成，其是一种在商业上可以从Outokumpu Copper Strip AB of Vasteras，Sweden获得的铜含量85％的黄铜。
本发明的管子12是通过弯曲铜或铜合金片材制成的。该片材具有一个基体22和两个端部23、25。将端部23、25相互相向地折叠，直到它们在片材的中心相遇为止。在折叠过程中，形成对向的侧部26、28和顶侧24。然后，弯曲端部23、25，以形成支脚40、42。这样便形成了所需管状结构的轮廓，但是金属片材的端部仍处于游离状态未连接上。
图2表示热交换器10的一个管子12。该管子12包括一个基体22、一个顶侧24和两个大致弓形的对向侧部26、28。管子12总体成矩形形状，并且可以具有圆形端部，且进一步包括一个从基体22向顶侧24延伸的隔壁30，以便确定出一对流体通路34、36。隔壁30包括一对由顶侧24弯曲而成的支脚40、42。
为了将金属端部连接起来并形成密封的通道，采用了一种新型的钎焊技术25。在这一工艺中，可以采用软膏或金属箔。软膏包括金属或金属合金粉末、粘合剂、和载体。通常，粉末以主成分存在，粘合剂的重量百分比大约为3％至20％，而载体的重量百分比大约为1％到10％。例如，在一个实施例中，100克的粉末与10克载体和2克粘合剂混合。钎焊材料的软膏形式有利于允许材料在凝固之前流动到所需的位置上。
载体优选为液体、例如水或酒精，以便软膏的浓度不会太粘以利于通过涂抹或刷涂进行施加。也可以采用低分子重量的蜡。最优选的载体是矿物醇。该载体为液体且向待钎焊的部件施加软膏时，需要采用一个干燥步骤。这是一个简单的加热工艺，用以将绝大部分载体蒸发掉，仅在待钎焊的部件上留下少量、通常少于大约2％，并且优选将全部载体蒸发掉。
当载体以蜡为主体时，粘合剂可以为热塑性的。然后，在施加之前将粉末与蜡混合。在施加软膏过程中，将热塑性粘合剂加热至90℃，以便使其熔融。由于热量传递给管子的金属，所以软膏随着施加到管子上而凝固。由于蜡可以不需要干燥工序就可以再凝固，所以当采用蜡基载体时不需要干燥工艺。
粉末是作为填充到管子要连接的部分之间的接点中、且与管子的金属形成合金的填料。该填料可以包括任何本领域普通技术人员已知的填料、例如铜-磷合金。优选地，填料为铜-镍-锡-磷合金，例如商业上可获得的OKC600。OKC600包括大约1％至5％的镍、大约15％至20％的锡、大约4％至7％的磷、其余为铜。粘合剂作为将填料粘结到所需表面上的粘结剂。由于磷可以作为助熔剂，是铜-镍-锡-磷成为熔蚀性能良好的自助熔合金，所以不需要添加助熔剂。
通过气体喷雾使填料形成球形微细颗粒状粉末。最大颗粒尺寸通常大约为90μm，平均颗粒尺寸为大约5μm至60μm，并且优选为大约15μm至30μm。
通常通过用一个喷枪将钎焊软膏施加到管子上。对于带有波纹翅片散热器通常采用水基软膏，并且对于扁平推管(push-tube)散热器采用以较硬的熔剂为基础的软膏。钎焊材料的厚度通常由重量来估量。优选地，可以施加大约100至300g/m2的钎焊材料，并且优选大约为150g/m2至200g/m2。
当采用钎焊箔代替软膏时，将箔插入到要连接的管件之间。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与软膏填料的成分相同，即可以采用本领域普通技术人员已知的任何铜钎焊合金。优选采用铜-镍-锡-磷合金、例如OKC600。该软膏具有至少大约0.025mm的厚度，并且优选在大约0.01和0.05mm之间。通常，对于本实施例不需要软膏、粘合机或载体。有利地，软膏不需要使任何液体成分挥发的干燥步骤。仅需要将箔置于所需位置上的步骤。然而，为了确保对箔定位，可能需要粘合剂。
一旦施加了钎焊材料，则将管子加热至恰好超过钎焊材料填料的熔点。加热使管子被钎焊材料充分涂覆或浸润。优选地，将管子加热至填料熔点之上大约20％，更优选地在熔点的大约5％之上。这与钎焊铝的工艺相反。用于铝的钎焊合金熔点非常接近铝管的熔点。钎焊合金通常是一层在铝之上的镀层，其厚度大约为管壁厚度的10％。因此，当试图熔化铝钎焊合金时，存在管材也被熔化的危险。OKC600的熔点大约为600℃。在一个实施例中，将管子加热至大约630℃。在另一个实施例中，将管子加热至大约610℃。这些温度远远低于大约1000℃至1100℃的铜合金管的熔点。因此，把管子加热至略微超过600℃将仅使钎焊合金熔化而不会使管子熔化。
首先用软膏涂覆支脚40、42，或者将一个箔置于它们之间。支脚40、42的末端也涂覆有软膏，或者被置于一个放置在基体上的箔的顶部上。大体上沿着钎焊缝44以珠状软膏的形式施加软膏，而所述箔是以箔带的形式沿着支脚的末端和基体之间的相同钎焊缝施加的。然后，将管子加热至钎焊材料熔点之上的一个温度，以便将材料连接起来以形成管子。两个支脚40、42被钎焊在一起，并且还将支脚40、42钎焊到基体22上。管子的横截面积类似于B形。已经发现，这种形状对于接受钎焊材料、尤其是无助熔剂钎焊材料特别有利。
采用软膏或箔密封管子，并且防止流过管子的冷却流体发生泄漏。软膏或箔可以在管材成形之前、过程中或之后熔敷在片材表面上。优选地，管子的钎焊不需要向其施加助熔剂。
钎焊的施加通常在一个炉子中进行。在工艺过程中一个涉及到防止管子或钎焊材料氧化。炉子应当具有小于大约-40℃的露点和小于大约100ppm的氧含量。通常，采用露点大约为-65℃且氧含量大约为10ppm的惰性气体、例如氮。
应当理解，本发明不限于在此所示和描述的精确结构。因此，本领域普通技术人员根据所公开的内容、或者通过通常的实验可以容易地实现的所有有利修改，均被认为落在由所附权利要求限定的本发明的主旨和范围之内。