鋁散熱器知識

1、陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部鋁管帶式汽車散鋁管帶式汽車散熱器知識熱器知識 陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部一、釬焊原理一、釬焊原理 在鋁元素中加入一定量的硅元素后形成的硅鋁合金會隨著硅元素含量的不同發(fā)生熔點變化，與其他的鋁合金就會有熔點差。鋁硬釬焊就是利用這一熔點差來使其焊合在一塊的方法。下圖所示為Al-Si合金狀態(tài)圖。例如：純鋁的熔點是660，加入7%的硅后，鋁合金（4343）的熔點降為600左右。陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝

2、置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部 含硅量11.7%時形成硅鋁共晶合金，此時的熔點最低，為577。如圖2所示，在母材A和B之間置入硅鋁合金焊料C，當母材和焊料被同時加熱至620時，焊料熔化，在焊劑的作用下，鋁表面的氧化膜被去除。熔化的焊料借助焊劑產(chǎn)生毛細管作用并流動，進入到兩種母材的間隙處，其中的一部分硅擴散到母材中。降至常溫后固化，形成牢固的焊腳。組裝組裝涂焊劑涂焊劑釬焊釬焊冷卻、固化冷卻、固化圖圖2 2 釬焊原理圖釬焊原理圖焊后的連接強度可達到焊后的連接強度可達到11.7kg/mm2。陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部二、釬

3、焊工藝二、釬焊工藝鋁釬焊的方法及工藝見表1。陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部 焊劑作為破壞、去除鋁表面氧化層的活性劑，配制有多種方法，其中方法IIV以氯化物（NaCl、KCl、LiCl等）為主要成分，再添加少量的氟化物。由于釬焊后殘留的含氯化物焊劑具有腐蝕作用，必須進行后處理予以徹底去除。 第V種NOCOLOK法使用了非腐蝕性焊劑（K3AlF6-KAlF4），釬焊后不必清洗。在這里，NOCOLOK是焊劑的商品名。 第VI種真空釬焊法不使用焊劑，靠焊料中鎂元素的蒸發(fā)破壞氧化膜來進行焊接。 第VII種是在非活性氣體氛圍中進行焊接的VAW法，帶焊料的零部

4、件需在氨溶液中做前處理，氧化膜必須完全處理掉。還有，氮氣的純度必須嚴格管理。 由于第V種NOCOLOK法過程易于控制，便于工業(yè)化大批量生產(chǎn)，焊后工件不須清洗處理，目前，大部分的制造商都選擇了這種方法生產(chǎn)鋁管帶式散熱器。國內(nèi)引進的生產(chǎn)線也以NOCOLOK法為主。陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部三、生產(chǎn)工藝三、生產(chǎn)工藝NOCOLOK法典型的鋁管帶式散熱器生產(chǎn)工藝如下： 高頻焊管、滾帶、主片和護板沖壓、真空清洗零件、芯子組裝、芯子釬焊、安裝水室（斂縫）、安裝附件和側(cè)板、密封性檢驗、水箱蓋安裝、標簽粘貼、包裝。下面對幾種典型零件的制做工藝和安裝工序做一簡述

5、。高頻焊管如圖3所示，為了在后續(xù)的工序中與散熱帶焊接，高頻焊管的材料采用多層復(fù)合帶料。最外層為硅鋁合金焊料，中間為防銹鋁母材，最內(nèi)層為鋅鋁合金防銹層。制管過程中應(yīng)注意帶料不要用反了。圖3 高頻焊管用多層復(fù)合帶料陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部 如圖4所示，通過成型輥輪的作用，經(jīng)過abcd幾個步驟，連續(xù)運動的帶料被逐步卷曲成圓形，此時，散熱管仍有縫隙。 圖4 散熱管成形步驟 在圓管的外面繞一線圈，線圈內(nèi)通入高頻電流，由于霍爾效應(yīng)和集膚效應(yīng)的綜合作用，帶料表面形成了高頻感應(yīng)電流，在帶料的邊緣則產(chǎn)生了高溫和電弧，母材被熔化，電弧使熔液飛濺帶走了氧化層；在

6、已成型帶料外面連續(xù)加壓，熔化的邊緣緊密貼合，冷卻后就焊接在一起。 陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部圖5 焊接示意圖陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部 管壁越薄，線圈所需的電流頻率越高，管通過線圈的線速度也越高，管壁厚度為0.3mm時，所施加的電流頻率在400KHz左右，制管速度高達120m/min。 圓形的管子通過圖6所示步驟的逐步整形，管截面達到我們要求的形狀和尺寸；再經(jīng)過飛切裝置，連續(xù)的管子被切成規(guī)定的長度。焊縫強度的檢測采用水爆試驗。將散熱管兩端密封，再往內(nèi)部注水加壓，隨著壓力的升高，扁管脹成圓管，

7、當壓力超過抗拉極限后，散熱管破裂。由于焊縫厚度大于母材厚度，正常情況下，破例位置在如圖7所示反復(fù)變形的A處和B處。陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部散熱管可承受5MPa、7MPa以上的壓力。散熱帶 散熱帶加工設(shè)備由送料部分、成形部分、收波部分和切斷部分組成。通過成對嚙合的滾刀，帶料被加工成波浪形，再經(jīng)過第二對滾輪收波，使散熱帶波距達到規(guī)定的要求（最后有波距調(diào)整輪）。為消除空氣流經(jīng)帶表面產(chǎn)生的界面層，提高散熱效率，帶的表面被切成百葉窗的形式。陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部 波數(shù)達到規(guī)定的數(shù)目后，散熱帶被切

8、斷。散熱性能的高低主要取決于帶的加工質(zhì)量，必須嚴格控制。 帶料一般采用純鋁制做，厚度為0.070.0.09mm。（有時候分開窗帶有時候是褶皺帶，與使用環(huán)境有關(guān)）圖8 滾帶機示意圖陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部主片 通過圖9所示成形、裁邊、翻邊和沖孔等沖壓工序，主片被加工成要求的形狀。主片與散熱管的焊接密封完全靠管料表面的焊料來實現(xiàn)，因此對孔徑的精度有較高的要求。圖9 主片沖壓加工過程 主片所用材料外層為硅鋁合金焊料，內(nèi)層為防銹鋁母材，成形過程中應(yīng)注意帶料不要用反了。主片材料厚度在1.41.8mm范圍。陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽

9、車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部護板 護板也是通過沖壓工藝加工成形的，只是過程較為簡單。護板材料與是兩層復(fù)合（焊料層和基體金屬層），也應(yīng)注意帶料不要用反了。 由于鋁的線膨脹系數(shù)較大，使用過程中會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)變，護板兩端的形狀應(yīng)設(shè)計成撓性結(jié)構(gòu)或在芯子釬焊工序完成后選擇適當?shù)牟课唤財啵舫雠蛎浛臻g來。圖10 護板設(shè)計要點陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部芯子組裝 芯子組裝前主片、護板和散熱管（現(xiàn)在散熱管不進行清洗了）等零部件要清洗，徹底去除表面的油漬。清洗的方法有兩種，一種是超聲波清洗。將零部件放進清洗液槽中，槽的外部裝超聲波發(fā)生器，當超聲波在液體介質(zhì)

10、中傳播時，液體內(nèi)部產(chǎn)生空化作用，即可去除表面油漬，也可去除表面氧化膜；另一種是采用三氯乙烯溶油劑清洗。將三氯乙烯液體加溫蒸發(fā)，產(chǎn)生蒸氣，零部件置于蒸氣中，零部件表面的油膜被破壞，油脂被溶解，再在真空狀態(tài)下讓溶油劑充分揮發(fā)，零部件被徹底洗凈。采用三氯乙烯清洗成本較高，但效果最為理想。注意不可用鈦合金做筐放零部件。 通過芯子組裝機將散熱管排列好，相鄰的散熱管之間置入散熱帶，最外側(cè)加護板后夾緊，在散熱管兩端裝上主片，擴口后裝釬焊夾具固定，就可以轉(zhuǎn)釬焊工序了。組裝好的芯子總成見圖11。其中P為波距。陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部圖11 芯子總成示意圖陜西

11、同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部圖12 主片與散熱管配合狀況局部放大圖。 如圖12所示，脹管后散熱管外徑應(yīng)與主片孔緊密貼合。此工序控制不善是造成散熱器焊接缺陷，漏水報廢的主要原因。為了提高主片和護板間的連接強度，主片爪翻轉(zhuǎn)180，將護板夾緊，加熱焊接后，護板兩端與主片連接為整體。陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部芯子釬焊 芯子釬焊在氮氛圍爐（NB爐）中加熱進行。將組裝好的芯子放在輸送鏈條上，進入預(yù)熱爐加溫，讓潤滑油揮發(fā)掉。表面噴淋焊劑后進入加熱烘干爐中，加熱到200左右焊劑干燥（實踐證明，稍高的溫度對干燥有益

12、），再進入氮氛圍爐中，按照加熱制度加熱至規(guī)定溫度并保溫，緩慢冷卻后出爐。在爐口部位冷卻風(fēng)扇強制冷卻。焊后夾具取下。焊接過程中爐內(nèi)被不斷充入高純度的氮氣，使工件與氧氣隔離。由于爐體龐大，加熱過程中體積膨脹也較大。將爐體放在帶滾輪的小車上，一端固定，另一端可自由伸長。小車下面鋪有軌道，首次使用時應(yīng)緩慢升溫，讓爐體的熱應(yīng)力逐步釋放。此后，在夜間或短時間停工時也應(yīng)通電保溫，爐溫一般保持在300左右。 圖13和圖14是加熱制度舉例及釬焊過程示意。陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部 水

13、室壓裝 水室采用專用料（尼龍66+30%玻璃纖維）注塑成形，有些附件可鑲嵌在水室上。由于尼龍在自然狀態(tài)下吸水率較高，吸水后會膨脹變形，注塑成形后應(yīng)做定型處理。水室安裝前應(yīng)先裝附件，水室與主片采用機械連接，水室與主片間加橡膠圈密封。 如圖15所示，在主片槽內(nèi)放入橡膠密封圈，再放入水室；對水室施壓使密封圈適當變形后主片斂縫，這樣水室被固定在主片槽內(nèi)，主片與水室形成一封閉的型腔。圖15 水室組裝示意圖陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部 密封性能檢測 鋁制散熱器總成采用干式檢漏儀檢驗密封性能。將散熱器總成各接口密封，內(nèi)部通入規(guī)定壓力的壓縮氣體，通過專門儀器檢

14、測氣體的泄漏量來判定總成是否泄漏。過去多采用分子量較小的氦氣或R22做介質(zhì)充入散熱器內(nèi)部，用壓差計檢測氣體泄漏造成的壓力降換算成泄漏量來判定，成本高、穩(wěn)定性差，R22還會破壞大氣臭氧層，造成環(huán)境污染（檢測系統(tǒng)有回收裝置，但不能保證100%回收）。如今已用空氣來替代氦氣和R22，并用補償式流量計直接檢測氣體泄漏量來判定，檢測成本低、穩(wěn)定性高。銅、鋁散熱器比較：銅、鋁散熱器比較： 汽車散熱器的發(fā)展經(jīng)歷了從銅管片式、銅管帶式和鋁管片式并存，再到鋁管帶式的過程。目前鋁制管帶式散熱器已占到歐美日市場80%以上的份額。90年代中期主要用于轎車、輕型旅行車、輕型卡車上，近來在20T以下的中重型卡車上也得到廣

15、泛應(yīng)用。與軟釬焊銅散熱器相比，鋁散熱器具有以下優(yōu)點：與軟釬焊銅散熱器相比，鋁散熱器具有以下優(yōu)點：1、散熱性能：雖然銅的導(dǎo)熱系數(shù)比鋁的要高82%，但由于銅芯子采用鉛錫合金焊接，合金的導(dǎo)熱系數(shù)只有鋁的23%，熱量傳遞有較大的熱阻；實際制作中鋁散熱帶的厚度是銅的2倍，更利于熱量的傳遞；陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部鋁散熱管的截面可以做的更扁更長，這樣，冷卻液在管中的流速更高，雷諾系數(shù)也更大，便于冷卻液中熱量向管壁傳遞，如圖16，L和L1分別是鋁、銅散熱管與散熱帶的實際接觸線，同樣芯厚時銅散熱器的管排數(shù)多于鋁的，管壁與散熱帶的接觸線長度較短，不利于熱量從

16、管壁向散熱帶傳遞，以上三點導(dǎo)致散熱面積相同時，鋁散熱器高于銅散熱器1520%。圖16 銅、鋁散熱器芯子截面比較陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部2、結(jié)構(gòu)強度：銅散熱器采用軟釬焊，焊接強度為81010-2kg/ mm2，鋁散熱器采用硬釬焊，焊接強度為9.513kg/mm2，鋁散熱器可以承受大的外力。銅散熱器的散熱管多是咬縫管，焊縫也采用軟釬焊，鋁散熱器的散熱管采用高頻焊管，焊縫強度甚至高于母材，鋁散熱器可以承受更高的系統(tǒng)壓力。3、產(chǎn)品重量：鋁的密度為2.7g/cm3，銅的密度為8.9g/cm3，同樣體積時鋁僅有銅重量的30%。由于延展性的限制，鋁的軋制

17、厚度比銅高一倍左右，同樣外形尺寸和散熱能力條件下，鋁制產(chǎn)品重量要輕40%，利于整車的輕量化，具有更高的經(jīng)濟性。4、過去的散熱管采用純鋁制作，耐腐蝕性能較差，現(xiàn)在，散熱管采用了防銹鋁，并在管壁內(nèi)側(cè)軋制一層鋅-鋁合金，鋁散熱器的使用壽命比銅散熱器高2030%。5、鋁散熱器水室加工采用了注塑工藝，水室上的各種附件如進出水管、加水口、泄氣管等一次注塑完成，沒有焊接工序，零部件尺寸精度高，便于機械裝配，勞動生產(chǎn)率大幅度提高，產(chǎn)品漏水率明顯降低。陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部6、銅散熱器采用鉛錫合金焊接，制作過程中鉛元素會釋放到大氣和土壤中，影響作業(yè)人員的身

18、體健康，對環(huán)境造成污染。歐洲和日本已頒布法規(guī)限制鉛的使用，到2006年歐洲、日本和美國等發(fā)達國家和地區(qū)將禁止使用含鉛產(chǎn)品。采用無鉛焊料將大幅度提高銅散熱器的成本，使之處于更加不利的競爭局面。7、開發(fā)同一品種規(guī)格的鋁散熱器，要投入大量的工裝模具費用，一般說來要比銅散熱器高兩三倍，開發(fā)周期也要長一倍，因此，對產(chǎn)品的市場預(yù)測應(yīng)準確。多品種、小批量、變型快、壽命周期短的產(chǎn)品不適合選鋁散熱器。8、可維修性。當銅散熱器因焊接原因出現(xiàn)泄漏時可通過較簡單的方法補焊維修，繼續(xù)使用，且維修費用較低。而鋁散熱器出現(xiàn)同樣情況則基本無法維修，只能做報廢處理。個別情況下可用密封膠短時堵漏，待車輛回到維修點予以更換。銅鋁材

19、質(zhì)性能比較見表2。陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部性能試驗：性能試驗：1、散熱性能試驗。 散熱器的散熱性能試驗分為型式試驗和裝車試驗兩種。型式試驗通常在風(fēng)洞試驗臺上進行。其目的一是為了得到芯子的基本性能參數(shù)，二是為了對產(chǎn)品質(zhì)量予以確認。在規(guī)定的水流量、空氣流量、氣水溫差條件下，測定散熱器的散熱系數(shù)、風(fēng)阻和水阻。為設(shè)計風(fēng)扇、水泵、與發(fā)動機匹配提供依據(jù)。 為最終確認來自發(fā)動機的熱量與散熱器散發(fā)的熱量平衡，還要進行裝車試驗。散熱器的最大散熱能力應(yīng)滿足車輛滿載時連續(xù)爬坡時的需求。2、耐振性能試驗。 耐振性能試驗分為固定頻率、掃頻和隨機振動試驗三種。散熱器在

20、振動臺上的安裝方式應(yīng)與實際的裝車方式一致。固定頻率振動：通過固定的頻率和加速度，達到一定的振動次數(shù)來確認散熱器的品質(zhì)，滿足車輛的基本要求。掃頻振動：選擇一定的頻率范圍，加速度一定，頻率由低到高反復(fù)振動，達到一定的振動次數(shù)，尤其是調(diào)頻時掃過共振點，能更全面地確認散熱器的品質(zhì)。 陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部隨機振動：固定頻率振動和掃頻振動都是正弦波振動，而實際的振動波形是隨機的。通過測定車輛在各種典型路面（如高速公路、搓板路、砂礫路、條石路等）行駛時的振動路譜，在試驗臺上再現(xiàn)，提高試驗的可靠性和對環(huán)境的再現(xiàn)。3、脈沖試驗和冷熱沖擊試驗。 脈沖試驗：

21、在車輛實際行駛過程中，發(fā)動機的負荷會發(fā)生很大的變動，這時，冷卻液的溫度也隨著發(fā)生變化，冷卻液膨脹、收縮，水箱蓋開啟、關(guān)閉，散熱器由于系統(tǒng)內(nèi)部壓力的變動產(chǎn)生了交變應(yīng)力，與此對應(yīng)，設(shè)定一定的溫度、壓力和變化周期，對散熱器進行脈沖性能檢測。依據(jù)QC/T468-1999中的規(guī)定，加熱溫度設(shè)定為1205，散熱器內(nèi)部通以01200kPa的交變壓縮空氣，在120kPa下保壓34秒，壓力循環(huán)周期10秒，連續(xù)壓力脈沖30000次。對于鋁制散熱器，脈沖試驗前要對內(nèi)部施加一定的負壓。 冷熱沖擊試驗：依據(jù)前述的理由，設(shè)定一定的溫度差、水流量、變化周期，冷熱水反復(fù)進入散熱器內(nèi)部，對散熱器進行冷熱沖擊試驗。目前國內(nèi)尚無此項試驗要求，但歐、美、日等國家和地區(qū)已提出了這方面的要求。下面是某一散熱器冷熱沖擊試驗規(guī)范：陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司陜西同創(chuàng)華亨汽車散熱裝置有限公司 質(zhì)管部質(zhì)管部冷水溫度：20，通水時間：2分鐘；熱水溫度：80，通水時間：2分鐘；水流量：100升/分鐘，循環(huán)次數(shù)：6500次