大型プレートフィンの熱交換器の真空溶接:欠陥と品質向上

真空ろう付けによる大型・厚板フィンチューブ式熱交換器の製造は、厚い分離板と薄いフィンが異なる速度で加熱されるため困難です。この温度不均衡は、ろう付け不良、フィンの浸食、変形、漏れを引き起こす可能性があります。

ろう付け品質を向上させる鍵は、プロセス全体を通じて温度場のバランスを維持し、加熱、ろう付け、冷却、組み立て条件を制御することです。

主なポイント

• 厚さ1mm以上の厚板と厚さ0.2～0.3mmの薄いフィンは、大きな温度差を生じさせます。
• 一般的な欠陥には、ろう付け不良、フィンの浸食、変形、酸化が含まれます。
• 段階的な加熱と正確な温度監視は、熱バランスの向上に役立ちます。
• ケーススタディでは、合格率が78%から96%に向上しました。真空ろう付けの品質をどのように向上させることができますか？

1. 一般的な真空ろう付けの欠陥

大型のフィンチューブ式熱交換器は、「厚-薄-厚」構造であることがよくあります。薄いフィンは急速に加熱されるのに対し、厚いプレートはよりゆっくりと加熱されます。

炉の温度または保持時間を延長して補償すると、厚いプレートが必要なろう付け温度に達する前にフィンが過熱する可能性があります。

典型的な欠陥は次のとおりです。

• ろう付け不良: プレート、フィン、または閉鎖バー間にろう材が完全に広がらず、漏れを引き起こす可能性があります。
• フィンの浸食: 過度のろう付けはフィンを溶解または薄くする可能性があります。
• フィンの変形: 高温はフィンの強度を低下させ、曲がりや崩壊を引き起こす可能性があります。
• コアの変形: 不均一な熱応力は、反りや寸法偏差を引き起こす可能性があります。
• 酸化: 真空不足または空気漏れは、ろう付け品質と表面状態に影響を与える可能性があります。

2. ろう付け品質向上のための主要プロセス制御

段階的な加熱

段階的な加熱プロセスにより、厚いプレートと薄いフィンの間の温度差を減らすことができます。

この記事で説明されているプロセスの場合:

• 450～480℃: 30～90分
• 540～560℃: 20～40分、オプション
• 低温加熱速度:≤10℃/分
• 保持ステージ後の加熱速度:3～5℃/分

Al-Siろう材の場合、ろう付け温度は約です。真空ろう付けの品質をどのように向上させることができますか？

保持時間は一般的に20～60分で、製品の厚さによって異なります。重要なのは、ろう付け保持時間はコア中心が目標温度に達した後で開始する必要があるということです。

厚いプレート、フィン領域、閉鎖バー、その他の重要な場所に複数の熱電対を配置する必要があります。最も低温の測定ポイントを参照として使用する必要があります。

制御された冷却

ろう付け後、高純度の窒素またはアルゴンを冷却に使用できます。厚いプレート領域では、熱応力を低減するために、冷却速度を≤10℃/分に制御する必要があります。

3. 固定具、ろう材、およびギャップ制御

適切な固定具設計は、位置決めと熱制御の両方にとって重要です。

グラファイトまたはステンレス鋼の固定具は、高温および熱伝導率の要件に応じて選択できます。グラファイトの蓄熱ブロックは、厚いプレートの加熱が遅い領域を補償するのに役立ちます。

弾性クランプは約0.05～0.2 MPaの圧力を維持できます。過度の圧力はろう材の流れを妨げる可能性があり、不十分な圧力は過度のギャップを生じさせる可能性があります。

ろう材の場合、4004/3003/4004のような両面クラッドシートを8～15%のクラッド比で使用できます。局所的な領域は、0.1～0.2 mmのろう付け箔で補うことができます。

組み立てギャップは一般的に0.05～0.15 mmに制御する必要があります。プレートの平面度も確認する必要があり、例として≤0.03 mm/100 mm真空ろう付けの品質をどのように向上させることができますか？

適切な洗浄も同様に重要です。アルミニウム部品は、NaOHで処理した後、HNO₃で処理し、洗浄・乾燥してから組み立てることができます。

4. 炉の温度均一性

安定した真空ろう付け炉は、大型のフィンチューブ式熱交換器に不可欠です。

該当する場合、炉の標準および顧客仕様の下で、温度均一性調査（TUS）を使用して炉の性能を検証できます。ここで議論されているプロセスでは、有効加熱ゾーンを±3℃真空ろう付けの品質をどのように向上させることができますか？

少なくとも3～5個のワークピース熱電対を、厚板中心、フィン領域、上下表面を含む重要な場所に配置できます。

大型製品は最も均一な加熱領域に配置し、ワークピース間の十分な間隔を設けて、不均一な熱放射を低減する必要があります。

SUNHOPEは、ラジエーターおよび熱交換器製造用の真空ろう付け炉およびアルミニウムろう付け装置を供給しており、加熱制御、真空保護、冷却、生産ライン統合のオプションがあります。

5. 熱シミュレーションと品質検査

熱シミュレーションは、生産前に温度差を特定するのに役立ちます。たとえば、厚板中心がフィン温度より35℃遅れている場合、450℃の保持ステージを60分に延長すると、温度差を15℃真空ろう付けの品質をどのように向上させることができますか？

ろう付け後、品質は次のように評価できます。

• 漏れおよび圧力試験: 漏れに対する100%検査。
• 金属組織分析: ろう付け率目標≥95%および浸食深さ≤フィン厚さの25%真空ろう付けの品質をどのように向上させることができますか？
• 工業用CT: 高価値製品の内部接合およびフィンの変形の非破壊検査。

これらの結果を使用して、炉プロファイル、固定具、ろう材の配置、および組み立て公差を最適化できます。

6. ケーススタディ：合格率を78%から96%に向上させる

厚さ1.5 mmの分離板を持つ厚板オイルクーラーは、当初合格率がわずか78%でした。漏れは主に4つのコーナーと中央の厚板接合部で発生し、フィンの端の浸食も観察されました。

元のプロセスでは、590℃への急速な加熱が使用され、厚板の温度は約28℃真空ろう付けの品質をどのように向上させることができますか？

プロセスは次のように改善されました。

1. 0.1 mmおよび540℃×25分の保持ステージを追加。加熱速度を
2. 4℃/分に低減。真空ろう付けの品質をどのように向上させることができますか？
3. 598℃に調整し、30分保持。真空ろう付けの品質をどのように向上させることができますか？
4. クラッドろう材の比率を
5. 10%から13%に増加。真空ろう付けの品質をどのように向上させることができますか？
6. 0.1 mmのろう付け箔を追加。最適化後、ワークピースの温度差は

±5℃以内に制御され、平均ろう付け率は97%に達し、合格率は96%に向上しました。真空ろう付けの品質をどのように向上させることができますか？

一貫したろう付け品質には、加熱プロファイル、温度監視、固定具設計、ろう材、組み立てギャップ、炉の均一性、冷却、およびろう付け後の検査の協調制御が必要です。

体系的なプロセス制御により、大型・厚板フィンチューブ式熱交換器の真空ろう付け合格率を

80%未満から常に95%以上に向上させることができ、再現可能でトレーサブルな生産をサポートします。よくある質問

大型フィンチューブ式熱交換器の真空ろう付けにおける主な課題は何ですか？

主な課題は、厚いプレートと薄いフィンの加熱速度が異なることであり、ろう付け中に温度の不均衡が生じる可能性があります。

アルミニウムの真空ろう付けにはどのくらいの温度が使用されますか？

ここで議論されているAl-Siろう材の例では、ろう付け温度は約

595～605℃です。真空ろう付けの品質をどのように向上させることができますか？

主な要因には、段階的な加熱、正確な温度監視、固定具の最適化、ろう材の制御、組み立てギャップの制御、炉の均一性、制御された冷却、および漏れ試験が含まれます。

SUNHOPEの熱交換器製造ソリューション

15年以上の業界経験を持つSUNHOPEは、ラジエーターおよび熱交換器製造向けの機器、コンポーネント、および技術サポートを提供しています。

当社のソリューションには、熱交換器製造業者が熱交換器の生産を開発またはアップグレードするための

真空ろう付け炉、アルミニウムろう付け装置、コア組み立て機、フィン成形機、および漏れ試験装置が含まれます。