Adjustment of process parameters in the brazing of aluminium heat exchangers

• Autorzy: Mirski Zbigniew , Pabian Jarosław

Identyfikatory

DOI

10.17729/ebis.2022.4/1

Warianty tytułu

PL

Dobór parametrów technologicznych w lutowaniu twardym aluminiowych wymienników ciepła

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Brazing in tunnel continuous furnaces constitutes the primary technology used when brazing heat exchangers made of the 3XXX series of aluminium alloys. The pure nitrogen-shielded brazing process is performed using non-corrosive flux NOCOLOK. The primary parameters applied during the brazing of aluminium heat exchangers include brazing temperature and time as well as the type and the amount of filler metals. One of the most commonly used brazing metals (having the form of coatings deposited on elements subjected to brazing) is silumin AlSi7.5. All parameters, significantly affecting the quality of the brazing process, enable the prevention of unfavourable physicochemical phenomena such as the dissolution and the erosion of brazed joints. The article presents results of brazing tests performed using normal, hot and very hot temperature profiles. A wedge test discussed in the article (performed using the normal brazing profile and involving metallographic examination) enabled the determination of the capillarity and wettability of the filler metal. The test also revealed the slight dissolution of materials subjected to brazing, yet within acceptable limit values.

PL

Lutowanie twarde w tunelowych piecach przelotowych jest podstawową technologią spajania wymienników ciepła, wytwarzanych ze stopów aluminium serii 3XXX. Lutowanie odbywa się pod osłoną czystego azotu (99,999%) oraz przy oddziaływaniu niekorozyjnego topnika NOCOLOK. Do podstawowych parametrów lutowania aluminiowych wymienników ciepła zalicza się temperaturę i czas lutowania oraz rodzaj i ilość (grubość plateru) stosowanych materiałów dodatkowych. Jako luty, w postaci platerów naniesionych na łączone elementy, są najczęściej używane spoiwa siluminowe, w tym przede wszystkim spoiwo AlSi7,5. Wszystkie parametry mają bardzo istotny wpływ na jakość procesu lutowania, w tym na uniknięcie niekorzystnych zjawisk fizykochemicznych, takich jak roztwarzanie i erozja połączeń lutowanych. W artykule przedstawiono wyniki prób lutowania, stosując profile temperaturowe: normalny, gorący i bardzo gorący. W próbie klinowej, używając normalnego profilu lutowania, na podstawie badań metalograficznych, określono kapilarność i zwilżalność lutu, a także stwierdzono nieznaczne roztwarzanie materiałów lutowanych, w granicach wartości dopuszczalnych.

Słowa kluczowe

EN

brazing; heat exchangers; aluminium alloys; aluminium alloys 3XXX series

PL

wymienniki ciepła; stopy aluminium; lutowanie; stopy aluminium 3xxx

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 66, No. 4
• Strony: 9--20
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mirski Zbigniew

• Wrocław University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering

autor

Pabian Jarosław

• Mahle Behr Ostrów Wielkopolski Sp. z o.o.

Bibliografia

• [1] Winiowski A.: Niezgodności złączy lutowanych spoiwami twardymi i przyczyny ich powstawania, Przegląd Spawalnictwa, 6/2012, pp. 37 – 41.
• [2] Shapiro A. E., Sekulic D.P.: A new approach to quantitative evaluation of design for brazed structures, Welding Journal, Vol. 87, 1/2008. pp. 1 – 10.
• [3] Pabian J.: Analiza zjawisk roztwarzania i erozji w lutowaniu twardym aluminiowych wymienników ciepła. Rozprawa doktorska, promotor prof. Z. Mirski, Wydział Mechaniczny, Politechnika Wrocławska, Wrocław 2022.
• [4] SOLVAY FLUX GmbH: The NOCOLOK® Flux Brazing Process, company materials.
• [5] Impexmetal website – range of products http://www.impexmetal.com.pl/userfiles/files/impexmetal_katalog_2018_PL_07.pdf, access date: 23.06.2022.
• [6] Mirski Z., Pabian J.: Nowoczesne trendy w produkcji lutowanych wymienników ciepła dla przemysłu motoryzacyjnego, Przegląd Spawalnictwa, 8/2017, pp. 5 – 12.
• [7] Mirski Z., Pabian J., Wojdat T.: Dissolution and erosion phenomena in the brazing of aluminum heat exchangers, Archives of Metallurgy and Materials, Vol. 66 (4), 2021, pp. 1131 – 1140.
• [8] SECO/WARWICK website, https://www.secowarwick.com, access date: 23.06.2022.
• [9] Velu P.K.: Study of the effect of brazing on mechanical properties of aluminum alloys for automotive heat exchangers, A thesis submitted to the faculty of Purdue University in partial fulfilment of the requirements for the degree of Master of Science in Mechanical Engineering Purdue University Indianapolis, Indiana, USA 2017.
• [10] Andrews D.R.: The Erosion of Metals, A dissertation submitted to the University of Cambridge for the degree of Doctor of Philosophy, Selwyn College Cambridge, England 1980.
• [11] Nylén M., Gustavsson U., Hutchinson W. B., Karlsson Å., Johansson H.: Mechanisms of erosion during brazing of aluminium alloys, Materials Science Forum, Vol. 396-402, 2002, pp. 1585 – 1590.
• [12] Kay D.: Erosion of Base-Metals by Brazing Filler Metals, 2014, https://www.kaybrazing.com/brazing-articles/1000907-erosion-of-base-metalsby-brazing-filler-metals.html, access date: 23.06.2022.
• [13] EAA Aluminium Automotive Manual – Heat exchangers – 7, information materials, 2011.
• [14] Hengyu Z.: Dissolution rate and mechanism of metals in molten aluminum alloy A380, A Thesis Submitted to the Faculty of Purdue University. In Partial Fulfilment of the Requirements for the Degree of Master of Science Purdue University West Lafayette, Indiana, USA 2014.
• [15] Mirski Z.: Sterowanie szerokością szczeliny lutowniczej w procesach spajania materiałów różnoimiennych, Prace Naukowe Instytutu Technologii Maszyn i Automatyzacji Politechniki Wrocławskiej, no. 73, series: Monograph no. 22, Oficyna Wyd. Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2000.
• [16] Baranowski M.: Oddziaływanie lutu Ni-Cr-Pd ze stopem Hastelloy X w próżni. Rozprawa doktorska, promotor prof. J. Senkara, Wydział Inżynierii Produkcji, Politechnika Warszawska, Warszawa 2020.
• [17] Mirski Z., Pabian J., Wojdat T., Hejna J.: Significance of the brazing gap in the brazing of aluminium heat exchangers for automotive industry, Welding Technology Review, Vol. 92 (4), 2020, pp. 7 – 14.
• [18] Wasilewski P.: Siluminy – modyfikacja i jej wpływ na strukturę i właściwości, Monografia nr 21, Krzepnięcie Metali i Stopów, Komisja Odlewnictwa PAN, Katowice 1995.
• [19] Nylén M., Gustavsson U., Hutchinson W. B., Örtnäs A.: Mechanistic studies of brazing in clad aluminium alloys, Materials Science Forum, Vols. 217-222, 1996, pp. 1703 – 1708.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).