專利名稱：一種用于內(nèi)翅片管的相變無損脹管方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脹管方法，尤其涉及一種對管道內(nèi)壁毛細結(jié)構(gòu)無損傷的脹管方法。
背景技術(shù)：
銅鋁復(fù)合散熱器是家庭或企事業(yè)單位常用的供暖設(shè)備，其用量大，涉及面廣。在現(xiàn)有技術(shù)中的散熱器或熱交換器其換熱管與散熱翅片之間的連接，一般是采用脹管工藝連接，是靠換熱管的金屬變形膨脹使換熱管的外表面與管板上安裝孔的內(nèi)表面產(chǎn)生壓緊力將換熱管和管板連接并密封。常用的脹管方法有機械脹管和液壓脹管法。機械脹管法為最早的脹接方法，目前仍在大量使用，這種方法簡捷方便，但需要用油潤滑，油的污染使脹接后不能保證焊接的質(zhì)量；管徑的擴大會產(chǎn)生較大的冷作應(yīng)力，不利于應(yīng)力腐蝕的場合。另外機械脹管法由于受到管徑和脹管器長度的限制，脹接深度和脹管總的長度不易實現(xiàn)太大， 特別對于細長管路的脹接，缺點尤為明顯。而對于內(nèi)部具有凸起結(jié)構(gòu)如螺紋管的脹接，機械脹接會對管路內(nèi)壁的螺紋特征產(chǎn)生較大的破壞。針對機械脹接的這些確定，產(chǎn)生了液壓脹管法。液壓脹管法解決了機械脹管法幾何形狀上受限制和容易破壞管路內(nèi)壁凸起結(jié)構(gòu)的缺點，可以實現(xiàn)整個管板厚度的全程脹接，使管子與散熱翅片整個形成一體，大大提高管子的抗振能力。但是液壓脹管法也有液壓源體大、量重，不適宜搬運，一般只能在廠家制造地使用管子脹接等缺點。如中國實用新型專利97224848. χ公開了可調(diào)式液壓脹管器，該裝置無法攜帶，不利于上門安裝或修理時現(xiàn)場的管子漲接。液壓脹管法需要使用液壓油作為工作介質(zhì)，和機械脹管法一樣，油的污染一方面使脹接后不能保證焊接質(zhì)量，另一方面也會造成一定的污染。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)在常用的機械脹管和液壓脹管方法存在的缺點，提供一種不會損傷銅管內(nèi)壁的凸起翅片，對于細長管道的膨脹具有獨特優(yōu)勢，且整個工藝過程無污染，綠色環(huán)保的新型脹管方法。
為了實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是 一種用于內(nèi)翅片管的相變無損脹管方法，其特征在于該方法包括以下步驟和工藝條件 (1)裁取多段銅質(zhì)換熱管并且彎曲成U形； (2)將U形銅質(zhì)換熱管進行表面去油污和氧化層處理； (3)在銅質(zhì)換熱管上串套鋁合金翅片組，并采用焊接的方法將各個U形銅質(zhì)換熱管連接為一個回路，然后將銅質(zhì)換熱管回路兩端密封、內(nèi)部抽真空并灌注液體工質(zhì)； (4)封裝完畢的換熱器至少經(jīng)過以下兩種加熱工藝之一進行脹管 a、將伸出在鋁合金翅片組外面銅質(zhì)換熱管通過高頻加熱或纏繞發(fā)熱絲等方法加熱至250°C -350°C，并保持10-30min。銅管內(nèi)的液體工質(zhì)蒸發(fā)的相變反應(yīng)可以把加熱端的熱量快速傳遞至銅質(zhì)換熱管的各處，得到均勻的管內(nèi)溫度場。隨著銅質(zhì)換熱管回路內(nèi)部液體工質(zhì)的蒸發(fā)在銅管回路內(nèi)部形成內(nèi)部蒸汽壓力，迫使銅管外徑膨脹產(chǎn)生塑性變形，與鋁合金翅片上的管孔緊密結(jié)合并且擠壓鋁合金翅片產(chǎn)生彈性變形。
b、將整個換熱器放入退火爐中升溫至250°C -350°c，并保持10-30min。升溫和保溫過程可對爐膛內(nèi)部抽真空或充入氮氣、氫氣等保護性氣體。高溫使銅質(zhì)換熱管回路內(nèi)部液體工質(zhì)的蒸發(fā)在銅管回路內(nèi)部形成內(nèi)部蒸汽壓力，迫使銅管外徑膨脹產(chǎn)生塑性變形，與鋁合金翅片上的管孔緊密結(jié)合并且擠壓鋁合金翅片產(chǎn)生彈性變形。
冷卻后，鋁合金翅片的彈性變形回彈，進一步加緊了銅管與翅片的結(jié)合強度，獲得良好的管板連接效果。
(5)脹接完成后，可以重新破開換熱管回路封閉的兩端，該回路用于換熱器工質(zhì)循環(huán)回路，也可以保持密封作為散熱器使用。
所述的銅質(zhì)換熱管為紫銅軟態(tài)管，管壁厚度為0. 2mm-l. 0mm，其外壁面光滑而內(nèi)壁面附帶有螺紋、軸向齒形或其他不規(guī)則突起翅片。
所述的液體工質(zhì)可以是水、甲醇、乙醇或其他中性液體，優(yōu)選水。
所述的液體工質(zhì)灌注量為銅管回路腔體體積的5% -10%。
所述的鋁合金翅片開設(shè)有用于安裝銅質(zhì)換熱管的管孔，管孔直徑比銅質(zhì)換熱管管徑大 5% -10%。
與現(xiàn)有技術(shù)方法相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點 (1)本發(fā)明的相變無損脹管方法相對于機械脹管法，利用了工質(zhì)的相變傳熱現(xiàn)象在管道內(nèi)部形成蒸汽高壓，可以對較大細長比的管路進行脹接，且對于管壁內(nèi)部的凸起結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生損傷，可以實現(xiàn)瘦高齒形的脹管工藝，具有了液壓脹管法的優(yōu)點。
(2)本發(fā)明的無損脹管方法相對于液壓脹管法，由于采用中性、易揮發(fā)液態(tài)工質(zhì)， 工藝過程無油性物質(zhì)，可保證焊接質(zhì)量、無污染，綠色環(huán)保的優(yōu)點。
圖1為本發(fā)明實施例1的立體示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例1的爆炸示意圖； 圖3為圖1的A-A截面示意圖； 圖4為本發(fā)明相變脹管的原理示意圖； 圖5為本發(fā)明脹管原理示意圖； 圖6為本發(fā)明內(nèi)螺紋管的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為本發(fā)明中鋁質(zhì)翅片的結(jié)構(gòu)示意圖；
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
如圖1、2、3所示。銅鋁散熱器包括銅質(zhì)換熱管1和多片鋁質(zhì)翅片2。一種用于內(nèi)翅片管的相變無損脹管方法包括以下步驟和工藝條件 (1)裁取多段銅質(zhì)換熱管并且彎曲成U形，銅質(zhì)換熱管1為紫銅軟管，管壁厚度為0. 2mm-l. 0mm,其外壁面光滑而內(nèi)壁面設(shè)有周向齒條11 (如圖5所示)，齒數(shù)40-70，齒高0. 15-0. 30mm，齒寬0. 12-0. 20mm ；或者是銅質(zhì)換熱管1的外壁面光滑而內(nèi)壁面設(shè)有連續(xù)的螺紋狀突起齒條12 (如圖6所示)，管內(nèi)壁厚度為0. 2mm-l. 0mm，螺紋狀突起齒條凸起布置于管內(nèi)壁，齒形截面可為三角形或頂部狹窄根部較寬的梯形截面，齒頂角為5° -27°， 齒條高0. 15-0. 30mm，平均齒寬0. 12-0. 20mm，齒數(shù)35-75，螺旋角< 45°。銅質(zhì)換熱管內(nèi)壁面的突起翅片一方面可以為工作液體的回流提供毛細力，促成工作液體的相變循環(huán)，另一方面可以增大換熱管的換熱面積，提高換熱效率。如圖7所示，鋁合金翅片2厚度為 0. 2-1. 0mm，且其開設(shè)有用于安裝銅質(zhì)換熱管的管孔21，管孔21的直徑比銅質(zhì)換熱管外徑大 2% -10%。
(2)將U形銅質(zhì)換熱管1進行表面去油污和氧化層處理； (3)在U形銅質(zhì)換熱管1上串套多片鋁合金翅片2，并采用焊接的方法將U形銅質(zhì)換熱管連接為一個回路；然后將銅質(zhì)換熱管回路兩端密封、內(nèi)部抽真空并灌注液體工質(zhì)； 液體工質(zhì)可以是水、甲醇、乙醇或其他中性液體，優(yōu)選水；每一毫米長度的銅質(zhì)換熱管1灌注0. 008-0. 015毫升液體工質(zhì)。
(4)封裝完畢的換熱器至少經(jīng)過以下兩種加熱工藝之一進行脹管 a、將伸出在鋁合金翅片組外面的銅質(zhì)換熱管1通過高頻加熱或纏繞發(fā)熱絲等方法加熱至250°C -350°C，并保持10-30min。其相變原理如圖4、5所示通過加熱銅質(zhì)換熱管兩端，管內(nèi)純水蒸發(fā)，水蒸汽迅速向管內(nèi)其他位置擴散，并且在離熱源較遠的地方冷卻為液體。冷卻得到的液體，依靠紫銅軟管內(nèi)壁面的周向齒形11或螺紋翅片12形成的毛細力回流到加熱端，形成純水作為工質(zhì)的相變循環(huán)。這樣，利用水的相變潛熱可以很快的把熱量傳遞到管道的各個位置，獲得均勻的管內(nèi)溫度場和壓力場。溫度達到上述溫度時，銅質(zhì)換熱管內(nèi)部氣壓P迫使銅管外徑膨脹產(chǎn)生塑性變形，與鋁合金翅片上的管孔緊密結(jié)合并且擠壓鋁合金翅片產(chǎn)生彈性變形。
b、將整個換熱器放入退火爐中升溫至250°C _350°C，并保持10-30min。升溫和保溫過程可對爐膛內(nèi)部抽真空或充入氮氣、氫氣等保護性氣體。高溫使銅質(zhì)換熱管回路內(nèi)部液體工質(zhì)的蒸發(fā)在銅管回路內(nèi)部形成內(nèi)部蒸汽壓力，迫使銅管外徑膨脹產(chǎn)生塑性變形，與鋁合金翅片上的管孔緊密結(jié)合并且擠壓鋁合金翅片產(chǎn)生彈性變形。冷卻后，銅管的外徑變大，如圖4之虛線所示意，而鋁合金翅片的彈性變形回彈，進一步加緊了銅管與翅片的結(jié)合強度，獲得良好的管板連接效果。
(5)脹接完成后，重新破開U形銅質(zhì)換熱管回路封閉的兩端，該回路用于換熱器工質(zhì)循環(huán)回路；或者是脹接完成后，保持U形銅質(zhì)換熱管回路密封作為散熱器。
本發(fā)明技術(shù)方案不會損傷銅管內(nèi)壁的凸起結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)瘦高齒形的脹管工藝， 對于細長管道的膨脹具有獨特優(yōu)勢，且整個工藝過程無污染，綠色環(huán)保的新型脹管方法。
實施例1 銅鋁散熱器包括銅質(zhì)換熱管1和鋁質(zhì)翅片2。銅質(zhì)換熱管1的材料是紫銅，退火軟態(tài)，其外徑為6mm，壁厚為0.3mm，其內(nèi)壁附帶有周向齒形11，如圖6所示。軸向齒形11 的高度為0. 30mm，寬度為0. 15mm，數(shù)量為55。鋁質(zhì)翅片2為矩形薄板，其厚度為0. 5mm，長 250mm,寬200mm，其上開設(shè)有安裝孔21，安裝孔直徑為6. 2mm,略大于銅管外徑，方便安裝。
一種用于內(nèi)翅片管的相變無損脹管方法進行銅鋁散熱器的脹管過程 (1)裁取銅質(zhì)換熱管10段，每段長度為300mm，彎曲成U形管1，如圖2所示；裁取銅質(zhì)換熱管5段，每段長度為40mm，彎曲成U形管1，如圖2所示； (2)將U形銅質(zhì)換熱管1進行表面去油污和氧化層處理； (3)在U形銅質(zhì)換熱管1上串套上35片鋁合金翅片組2，并采用焊接的方法將2 個較長的U形銅質(zhì)換熱管和1個較短的U形銅質(zhì)換熱管連接為一個回路，如圖3所示。本實施例一共設(shè)置了 5個獨立的換熱管回路，如圖1、2所示。然后將每個銅質(zhì)換熱管回路兩端密封、內(nèi)部抽真空并灌注工質(zhì)。每個回路焊接連接后的長度約為680mm，每一毫米長度的銅質(zhì)換熱管1灌注0. 010毫升液體工質(zhì)，總共灌注純水6. 80ml ； (4)封裝完畢的換熱器經(jīng)過以下加熱工藝進行脹管將伸出在鋁合金翅片組外面銅質(zhì)換熱管通過高頻加熱至250°C -350°C，并保持10-30min。如圖4所示通過加熱銅質(zhì)換熱管兩端，管內(nèi)純水蒸發(fā)，水蒸汽迅速向管內(nèi)其他位置擴散，并且在離熱源較遠的地方冷卻為液體，在重力和毛細力作用下回流到加熱端，形成純水作為工質(zhì)的相變循環(huán)。這樣，利用水的相變潛熱可以很快的把熱量傳遞到管道的各個位置，獲得均勻的管內(nèi)溫度場和壓力場。溫度達到上述溫度時，銅質(zhì)換熱管內(nèi)部氣壓P迫使銅管外徑膨脹產(chǎn)生塑性變形，銅管外徑由6. OOmm膨脹到6. 25mm，如圖5所示。膨脹的銅管與鋁合金翅片上的管孔緊密結(jié)合并且擠壓鋁合金翅片產(chǎn)生彈性變形。冷卻后，鋁合金翅片的彈性變形回彈，進一步加緊了銅管與翅片的結(jié)合強度，獲得良好的管板連接效果。
(5)脹接完成后，重新破開換熱管回路封閉的兩端4，該回路用于換熱器工質(zhì)循環(huán)回路。
應(yīng)用本發(fā)明的相變無損脹管方法相對于機械脹管法，利用了工質(zhì)的相變傳熱現(xiàn)象在管道內(nèi)部形成蒸汽高壓，完成了對較大細長比的管路進行脹接，且拆檢發(fā)現(xiàn)管壁內(nèi)部的周向齒形12沒有產(chǎn)生損傷，齒形形貌完整，沒有出現(xiàn)齒形破壞堵塞毛細通道的現(xiàn)象，只是由于管徑脹大齒高略為減小，齒高降為0.28mm，齒寬增大至0. 17mm。而由于脹管過程采用了純水作為工作液體，工藝過程無油性物質(zhì)，可保證焊接質(zhì)量、無污染，綠色環(huán)保的優(yōu)點，此點又優(yōu)于液壓脹管法。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)翅片管的相變無損脹管方法，其特征在于該方法包括以下步驟和工藝條件(1)裁取多段銅質(zhì)換熱管并且彎曲成U形，銅質(zhì)換熱管管壁厚度為0.2mm-l. 0mm,其外 壁面光滑而內(nèi)壁面設(shè)有周向齒條，齒高0. 15-0. 30mm，齒寬0. 12-0. 20mm ；或者是銅質(zhì)換熱 管的外壁面光滑而內(nèi)壁面設(shè)有螺紋狀突起齒條，齒條高0.15-0. 30mm，齒頂角為5° -27°， 螺旋角<45° ；(2)將U形銅質(zhì)換熱管進行內(nèi)/外表面去油污和氧化層處理；(3)在U形銅質(zhì)換熱管上串套多片鋁合金翅片，將多個U形銅質(zhì)換熱管連通成一個回 路；然后將銅質(zhì)換熱管回路兩端密封、內(nèi)部抽真空并灌注液體工質(zhì)；液體工質(zhì)可以是純水、 甲醇或乙醇；每一毫米長度的銅質(zhì)換熱管1灌注0. 008-0. 015毫升液體工質(zhì)；所述鋁合金 翅片厚度為0. 2-1. 0mm，且其開設(shè)有用于安裝銅質(zhì)換熱管的管孔，管孔的直徑比銅質(zhì)換熱管 外徑大2% -10% ；(4)封裝完畢的換熱器至少經(jīng)過以下兩種加熱工藝之一進行脹管a、將伸出在鋁合金翅片組外面銅質(zhì)換熱管通過高頻加熱或纏繞發(fā)熱絲方法加熱至 2500C _350°C，并保持10-30min ；銅管內(nèi)的液體工質(zhì)蒸發(fā)的相變反應(yīng)把加熱端的熱量快速 傳遞至銅質(zhì)換熱管的各處，得到均勻的管內(nèi)溫度場；隨著銅質(zhì)換熱管回路內(nèi)部液體工質(zhì)的 蒸發(fā)在銅管回路內(nèi)部形成內(nèi)部蒸汽壓力，迫使銅管外徑膨脹產(chǎn)生塑性變形，與鋁合金翅片 上的管孔緊密結(jié)合并且擠壓鋁合金翅片產(chǎn)生彈性變形；b、將整個換熱器放入退火爐中升溫至250°C-350°C，并保持10-30min ；升溫和保溫過 程可對爐膛內(nèi)部抽真空或充入氮氣、氫氣等保護性氣體；高溫使銅質(zhì)換熱管回路內(nèi)部液體 工質(zhì)的蒸發(fā)在銅管回路內(nèi)部形成內(nèi)部蒸汽壓力，迫使銅管外徑膨脹產(chǎn)生塑性變形，與鋁合 金翅片上的管孔緊密結(jié)合并且擠壓鋁合金翅片產(chǎn)生彈性變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于內(nèi)翅片管的相變高壓無損脹管方法，其特征在于 所述的銅質(zhì)換熱管為紫銅軟態(tài)管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于內(nèi)翅片管的相變高壓無損脹管方法，其特征在于 所述的液體工質(zhì)為純水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于內(nèi)翅片管的相變高壓無損脹管方法，其特征在于 在U形銅質(zhì)換熱管上串套多片鋁合金翅片后并采用焊接的方法將多個U形銅質(zhì)換熱管連通 成一個回路。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于內(nèi)翅片管的相變高壓無損脹管方法，其特征在于 脹接完成后，重新破開U形銅質(zhì)換熱管回路封閉的兩端，該回路用于換熱器工質(zhì)循環(huán)回路； 或者是脹接完成后，保持U形銅質(zhì)換熱管回路密封作為散熱器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于內(nèi)翅片管的相變高壓無損脹管方法，其特征在 于所述螺紋狀突起齒條的齒形截面為三角形或梯形，平均齒寬為0. 12-0. 20mm,齒數(shù)為 35-75。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于內(nèi)翅片管的相變無損脹管方法，該方法首先是將銅質(zhì)換熱管彎曲成U形并進行表面去油污和氧化層處理；在銅質(zhì)換熱管上串套鋁合金翅片組，采用焊接的方法將各段U形銅質(zhì)換熱管連接為一個回路，將銅質(zhì)換熱管回路兩端密封，內(nèi)部抽真空并灌注液體工質(zhì)；將銅質(zhì)換熱管回路加熱至250℃-350℃，并保持10-30min，工質(zhì)相變產(chǎn)生內(nèi)壓力迫使銅管外徑膨脹產(chǎn)生塑性變形，與鋁合金翅片上的管孔緊密結(jié)合。本發(fā)明不會損傷銅管內(nèi)壁的翅槽結(jié)構(gòu)，可獲得具有薄壁瘦高齒形特征，能夠有效提高換熱效率，尤其對于細長管道的膨脹具有獨特優(yōu)勢，且整個工藝過程無污染，綠色環(huán)保，可應(yīng)用于建筑暖通制冷、微電子散熱等領(lǐng)域。
文檔編號B21D39/08GK101844184SQ20101014084
公開日2010年9月29日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者湯勇, 陳劍鴻, 陳偉彬, 陸龍生, 歐棟生, 練彬 申請人:華南理工大學(xué)