翅片管的製造(zào)過(guò)程是將翅片(肋(lèi)片)與基管(光(guāng)管)通過特定工藝連接起來,形成具有更(gèng)大外表麵積的強(qiáng)化換(huàn)熱管。其核心在於確保翅片與基管之間牢固、低熱阻的連接。以(yǐ)下是(shì)幾種主要的翅片管製造工(gōng)藝及其詳細過程:
一(yī)、 主流製造工藝
1. 高頻電阻焊 (High Frequency Resistance Welding - HFRW)
原理: 利(lì)用(yòng)高頻電流的集膚效應和鄰近效應(yīng),使鋼(gāng)帶(dài)(翅片)邊緣和鋼管(基管)表麵局部瞬間加熱至塑性或熔化狀態,在擠壓輥壓力下實現冶金結(jié)合。
過程:
備料: 準備符合要求的基管(通常為碳鋼、不(bú)鏽鋼等(děng))和鋼帶(翅片原材料)。
鋼帶成型: 鋼(gāng)帶通過成型機被連續滾壓成預設形狀(L型、LL型、鋸齒型等)的翅片。
穿管與定位: 基管穿(chuān)過高頻焊接機頭,成型後的翅(chì)片帶被精確地套在基管(guǎn)上(shàng)。
高頻加熱與焊接:
翅片帶的(de)“腳部”(與管壁接觸的部分)緊(jǐn)貼基管外壁。
高頻電(diàn)流通過電極(觸頭或感應(yīng)圈)導入,集(jí)中在翅(chì)片腳部(bù)和基管接觸的極微(wēi)小(xiǎo)區(qū)域。
該區域金屬因電阻熱迅速達到焊接溫度(低於(yú)熔點(diǎn),塑性狀態或(huò)局部熔化(huà))。
加壓輥壓: 在加熱區域(yù)後方,一組(zǔ)或(huò)多組精密輥輪施加壓力,將處於塑性狀(zhuàng)態的翅片腳部(bù)與基管表麵牢固地擠壓(yā)、鍛合在一起,形(xíng)成冶金結合焊縫。
冷卻: 焊接後的翅片管自然冷卻或強製冷卻。
切割與檢驗: 按所需長度切割,並進行外觀檢查、尺寸檢查(chá)、焊縫質量檢查(如渦流檢測、水壓(yā)試驗、拉力試驗等)。
優點: 效率高、成本低、自動化程度高、連(lián)接強度高、熱阻小(xiǎo)。是目前應用最廣(guǎng)泛的翅片(piàn)管製造方法,尤其適用於鋼-鋼組合。
缺點: 主(zhǔ)要適用於可導磁的金屬材料(如鋼(gāng)),對鋁、銅等非鐵磁性材料應用受限(需特(tè)殊設計(jì));對基管和翅片的尺寸精度、表麵清(qīng)潔度(dù)要求高;存在熱影響區。
2. 機械連(lián)接 (Mechanical Bonding)
纏繞式(shì) (L-Foot / Knurled Fin):
原理: 將金屬(shǔ)帶(通常是鋁帶)邊緣預先折彎(wān)成“L”形腳(jiǎo)。利用纏繞(rào)機,在張力作用(yòng)下將帶材螺旋狀緊密纏繞在基管(通常是銅管)上,同時通過滾輪將L形腳(jiǎo)強力壓入(或(huò)嵌入(rù))管壁表麵預先加工好的細密螺旋槽(滾花)中,形成機械互鎖。
過程:
基管開槽: 基管外表麵預先滾壓出螺旋狀細齒(chǐ)(滾花)。
鋁帶成型: 鋁帶(dài)邊(biān)緣被預彎成L形。
纏繞與(yǔ)壓嵌: L形鋁帶(dài)在(zài)張(zhāng)力下螺旋纏繞基管,同時專用(yòng)壓輪(lún)將L形腳強(qiáng)力壓入基管的滾花(huā)槽內,實現緊密的機械咬合。
優點: 適用於銅管-鋁翅片(piàn)組合(利用鋁的高(gāo)導熱和輕質、銅管的耐壓耐腐蝕),無(wú)熱影響區,成(chéng)本相對較低(dī)。
缺點: 接觸熱阻比冶金結(jié)合稍大;對纏繞張(zhāng)力、壓嵌力控製要求高;長期高溫下(xià)或(huò)熱循環頻繁時,可能因熱(rè)膨脹係數差異導致接(jiē)觸(chù)鬆弛。
鑲嵌式 (Embedded Fin / G-Fin):
原理: 使用(yòng)特製的“G”形鋁帶。纏繞時,利用(yòng)機械力將G形帶的“腳部”強行嵌入到較軟的基管(通常是鋁管)壁內。
優點(diǎn): 全鋁結構,無(wú)電化學腐蝕問題,重量輕。
缺點: 基管必須是較軟的鋁材;接觸熱阻較大;製造效率相對較低。
3. 釺焊 (Brazing)
原理: 將翅片(片狀或套片)套(tào)在基管上,在翅片(piàn)與基管接觸(chù)界麵放置(或預塗)熔點低於基材的釺料(如鋁矽合金釺料、銅(tóng)磷釺料等)。在(zài)保護氣氛(如氮氣)或真空爐中加熱至釺料熔化溫度(dù)以上、基材(cái)熔點以下(xià)。熔化的(de)釺料在(zài)毛細作用下填充縫隙,冷卻後凝固形成牢固的冶金結(jié)合(hé)。
過程:
備料與清(qīng)洗: 嚴格清洗基(jī)管和翅(chì)片(套片或連續帶),去除油汙氧化膜。
裝配: 將翅(chì)片(套片)按間距套在基管上(shàng),或將(jiāng)翅片帶纏繞在基管上。在接觸部位施加釺料(箔、膏、噴塗或預(yù)覆層)。
釺焊: 放(fàng)入釺焊爐(連續爐或箱式爐),在保(bǎo)護氣氛或真空下加(jiā)熱至釺焊溫(wēn)度並保(bǎo)溫。
冷(lěng)卻與清理: 在保護(hù)氣氛下冷卻,取(qǔ)出後可能需清洗去除釺劑殘留。
檢驗: 外觀檢查、泄漏測試(氦檢等)、金相檢查等。
優點: 可實現鋁-鋁、銅-銅、銅-鋼、不鏽鋼-不鏽鋼等多種材料組合的冶金連接;連接強度高,熱阻極小;適合製造複雜結構(gòu)(如板翅式換熱器)。
缺點: 工藝複雜,設備投資大,能耗高,成本(běn)高(gāo);對清(qīng)洗、裝配、釺焊工(gōng)藝參數控(kòng)製要求極其嚴格;存在釺料流失、熔蝕等缺陷風險。
4. 整體軋製/擠壓 (Integral / Extruded Fin)
原理(lǐ): 在單金屬管坯(通常是鋁、銅)外表麵,通過特(tè)殊軋輥或模(mó)具(jù)進行冷擠壓或熱擠壓,使管壁金屬局部塑性變形,向(xiàng)外擠出形成連續的螺旋翅(chì)片。翅(chì)片與基管是一體成型的(de)。
過程:
管坯準備: 選用合適的單金屬(Al, Cu)管材。
軋製/擠壓: 管材通過裝有特殊孔型的軋輥組或模(mó)具,在輥軋或擠壓力的作用下,管壁金屬按模具形狀被擠出,形成與基管同材質的(de)翅片。
定徑與切割: 可能需要進行定徑矯直,然後切割成所需長度。
優點: 翅片與(yǔ)基管一體,無接觸熱阻,強度極高(gāo),耐熱震性好,傳熱性能最優(yōu)。
缺點: 隻(zhī)能用於塑性好的(de)單一金屬(鋁、銅(tóng));翅片高度和密度受限;製造成本很高;設備複雜。主要用(yòng)於高性能、極端(duān)工況(如石(shí)化高溫爐管、EGR冷卻器)。
二、 其他工藝
激光焊接: 精度高(gāo),熱影(yǐng)響(xiǎng)區小,可用於特殊材料或精(jīng)密場合,但成本非(fēi)常高(gāo),效率低(dī)。
超聲波焊接: 主要(yào)用於小型(xíng)或(huò)薄壁管,特別是鋁材,效率較高,無熱影響區(qū),但對設備、材料表麵狀態要求高。
膠接: 使用導熱膠粘劑,主要用於低溫、低壓或特殊場合(如電子散熱),熱阻較大,長期可靠性受膠水性能限製。
三、 關鍵考慮因素(sù)與選型
1. 材(cái)料組合: 基管和翅片(piàn)的材料(liào)選擇取決於介(jiè)質腐蝕性、溫度(dù)、壓力、成本(běn)等。常見組合:碳(tàn)鋼(gāng)管(guǎn)-鋼翅片(HFRW)、銅管-鋁翅片(機械纏繞)、鋁管-鋁翅片(釺焊/擠壓)、不鏽鋼管(guǎn)-不鏽鋼翅片(HFRW/釺焊)。
2. 翅片類型: 平直、開窗、鋸齒(chǐ)、波紋等,影響換熱效率、壓(yā)降、防(fáng)積灰能力。
3. 工藝選擇:
追求高性價比、大批(pī)量(liàng)鋼翅片管:高頻焊。
銅管配鋁翅片(空(kōng)調冷凝器):機械纏繞(L/Knurled)。
全鋁換(huàn)熱器(汽車中(zhōng)冷器、蒸發器):釺焊。
最高性能要求(qiú)、耐(nài)高溫衝擊(石化爐管):整體軋製/擠壓。
特殊材料或精密要求:激光焊、超聲波焊。
4. 質量要求: 連接強度、接觸(chù)熱阻、耐腐蝕(shí)性、耐熱震性、外觀尺寸精度。
5. 成本與效率: 高頻焊和機械纏繞成本低、效率高;釺焊和整(zhěng)體軋製成本高。
四(sì)、 總結
翅(chì)片管的製造是一個涉及材料(liào)學、傳熱學、金屬加工工藝(焊接、壓力加工(gōng))的複(fù)雜過程。高(gāo)頻電阻焊因其高效(xiào)、經濟、可靠,在鋼質翅片管領域占據主導地位;機械纏繞(L/Knurled) 是銅鋁結合翅片管的主流工藝;釺焊是實現多材料、複雜結構高質量冶金結合的關鍵技術;整體軋製/擠壓則在追求極致性能和可靠性的單金屬(鋁/銅(tóng))領域(yù)無可替代。選擇合適的製造工藝對於(yú)翅片管的性能、壽命和成本至關重要。
應用場景對比表:
| 製造工藝 | 典型(xíng)材料組(zǔ)合 | 主要優勢 | 典型應用場景 | 效率/成(chéng)本 |
| :----------------- | :--------------------- | :------------------------------------ | :----------------------------------- | :------------------ |
| 高頻電阻焊(hàn) | 鋼管-鋼翅片 | 效率(lǜ)高、成本低、連接強度好 | 鍋(guō)爐省煤器(qì)、空氣預(yù)熱(rè)器、工業換熱器 | ⭐⭐⭐⭐⭐ / $ |
| 機械纏(chán)繞(L型) | 銅管-鋁(lǚ)翅(chì)片 | 無熱影響區、銅鋁(lǚ)組(zǔ)合性價比高 | 空調冷凝器(qì)、蒸發器 | ⭐⭐⭐⭐ / $$ |
| 釺焊(hàn) | 鋁-鋁、銅-銅、銅-鋼等(děng) | 材料組合靈活、冶(yě)金結合熱阻小 | 汽車散熱器(qì)、中冷(lěng)器、板翅式換熱器 | ⭐⭐ / $$$$ |
| 整體(tǐ)軋製/擠壓(yā) | 鋁(lǚ)-鋁、銅-銅 | 一體(tǐ)成型無熱(rè)阻、耐熱衝擊性好 | 石化高溫爐管、EGR冷卻器 | ⭐ / $$$$$ |
| 激光焊接(jiē) | 特殊合金材料 | 精度高、熱影響區小 | 精密儀器散熱、航空航天 | ⭐ / $$$$$ |
選擇翅片管製造工藝時(shí),需綜合考慮介質特性(腐蝕性、溫度、壓力)、材(cái)料兼容(róng)性、換熱效率要求、成本預算以及長期(qī)運行可靠性等因素。例如,在含硫煙氣的餘(yú)熱回收中,高頻焊鋼翅片管的耐腐蝕塗層方案更(gèng)經濟;而在汽車空調領域,銅(tóng)管鋁翅片的機械纏繞工藝憑借其(qí)輕量化和(hé)性價比(bǐ)占(zhàn)據主流。
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