热交换用铝板带箔材生产过程中的质量控制分析

2023-03-09金继勇

中国设备工程 2023年3期

金继勇

（上海能源铝板带厂，上海 221600）

针对铝板带箔最早是被运用在汽车的热传输材料上的，而且在20世纪70年代被大规模地运用，当时因石油危机，使得汽车制造商必须通过减轻汽车的重量来实现节省燃料的目的，当时，铜作为热交换材料时不能实现减轻汽车重量的要求。通过多次研究，发现铝作为热交换材料有着很多的优势，其中就包括其价格没有黄铜高；其重量也相对较轻，能够实现节省燃料的目的；并且铝进行钎焊后牢固性也相对较高；防腐铝合金的使用寿命也相对较长，且能够再回收进行循环利用。由此可见，铝作为热交换材料是非常有效的，这也就要求在热交换用铝板带箔材生产时应重视质量的控制，以此增强铝板带箔材质量，并发挥其在热交换中的作用。

1 热交换器的铝化率趋势分析

针对铝的特性进行分析，发现热交换器是比较适合运用铝制造的器件。因铝的散热器质量要比铜减少大约20%以上，且加工费也是大致相同的。这使得很多汽车产品中的空调器都是运用铝材来制造的。针对散热器铝化率情况来看，在欧洲有95%，美国大致在80%左右。而在我国2000年以前，多数汽车都是以铜散热器为主要部件，占据总比例的92%以上，但随着时代的不断发展、科技的不断进步，我国的铝散热器也得到了进一步的发展，并且由铝制的内冷却器、加热器心部等器件也得到了有效的推广和运用。

在很多汽车行业中，其热交换部分都是以铝材为主，而且铝材也有不同的规格，包括板、带、箔以及复合带(箔)等形式，整体的品种规格相对较多，且对质量的要求也是相当高的。随着当前科学技术的进一步发展，汽车用散热器也在逐渐向着轻便、小型、高性能以及低成本等方向不断前行，这也将铝散热器的优势更好地发挥出来，使得很多汽车中的散热器制造也逐渐铝制化。

2 我国铝板带箔生产现状分析

2.1 铝板带箔的生产企业

我国是在20世纪50年代才真正形成了一定规模的生产企业，为铝板带箔生产加工业的发展提供了一定的条件。随着改革开放以及经济浪潮的不断推动，行业发展也向着新态势不断前行，企业的数量也在增加，整体的产能规模也在进一步提高。针对当前我国的铝加工行业的存续企业有2358家，其占据总企业数量的65%左右；而在业企业数大致占比在19%左右；注销的企业数量占据总企业数10%左右。但与发达国家相比，我国的铝加工企业规模产能却呈现有待提升的趋势。

2.2 铝板带箔行业的生产规模

随着21世纪的到来，我国铝板带箔行业的年产量也呈现出逐年提升的趋势。2003年，我国铝板带箔行业的产量已达到130万吨，而且铝箔的产量也突破了40万吨。2008年，我国铝板带箔行业的产量已超过608万吨，相比2003年的产量有了大幅的提升。2015年，行业产量超过1432万吨，可以说我国铝板带箔行业的年产量呈现出逐年递增的趋势。针对我国近几年在铝板带箔行业产量数据做整合分析发现，整体产量呈现出高速攀升的态势。实现铝板带箔产能迅速提升的关键是工艺技术的提升，与生产企业数量逐渐增多有极大的关系。

2.3 铝板带箔生产行业

针对我国的铝板带箔生产企业整体的数量与总产能呈现出不断提升的趋势，从国际角度来讲，是有极大意义和作用的。但从我国行业实际情况来看，还存在一定的劣势。其中企业间的规模和能力呈现一定的差距，因我国铝板带箔企业中多以小型企业为主，整体的生产设备有待改善和优化，因此，使得行业年产量要低于国际水平；另外，因资源利用率相对偏低，难以满足节能减排标准要求。对此，要注重我国铝板带箔生产企业的规划，加大扶持力度，结合相应标准和要求，注重生产水平的提升，优化生产设备，进一步增强企业铝板带箔生产质量和效率，以此为行业发展奠定坚实基础。

3 热交换用铝板带箔材生产过程中质量控制对策

3.1 优化熔炼与铸造过程

要想进一步提升产品的质量，那么就要针对其生产源头进行控制与优化。所以，在熔炼与铸造工作开展前，应针对原材料进行严格的检查，并落实想要的标准，确保原材料质量达到标准要求。在实际工作中，熔铸的原料包括废料(回收废料等)、中间合金以及原铝锭等。其中在运用废料时，应针对废料化学成分做严格且缜密的监控，对这一部分的控制标准要比一般的国际标准还要严格。而要想确保该工作有序开展，应落实严格的标准取样检验流程，借助高级光谱分析仪开展相应工作等。在运用光谱仪时会测定出较多的元素，测量好的元素主要包括钙、铍、钠等。

针对钎焊金属工作，主要形式就是以纯铝为基础，添加合金元素，其中关键元素就包括硅。通过将低杂质的硅添加其中，能够获得更优质的钎焊铸锭。硅元素在加入熔体金属时，要重视的是运用有效措施来杜绝氧化问题的出现。例如，运用高纯硅粉，借助喷枪将其喷射进熔体液面中。对于该方法和向炉中投掷硅块的方法相比是非常有效的。而针对后续铸造工作，要科学有效地控制铸造的温度、铸造时的速度以及冷却速度等，以此杜绝在铸造时出现问题，从而为提升铸锭的质量提供保障。

根据实际的情况，科学开展熔炼与铸造工作，是能够提供各种尺寸的芯层、钎焊层以及触水层和铸锭的。铸造工作完成后，如果出现缺陷问题一般都是会在铸锭表面或是头尾。而要想减少或是杜绝铸锭出现缺陷问题，那么可以开展头尾锯切，由此清除头尾缺陷问题，之后再通过铣面来实现消除铸锭表面氧化物以及偏析物等情况。针对开展铣面工作时，要结合相关规定，对需要进行铣削表面的铸锭进行质量以及厚度的控制，因芯层铸锭的铣削厚度是会对最终产品复合率带来一定影响的，对此要重视铣削工作的开展。并且为了更好地优化铸锭内部的组织结构，那么会在铣面前有效地开展铸锭均匀化处理，以此确保铸锭质量达到标准要求。

3.2 有效开展复合与热轧工作

（1）复合工作的开展。在完成了铸锭铣面工作后，应对钎焊层合金铸锭开展加热热轧工作。实施加热工作时，要重视的是以正确加热程序为基础，主要就是防止由于金属材料升温太快，而导致金属温度高于金属熔点，最终引发过烧问题。在确保铸锭加热满足热轧温度后，再开展热轧工作，另外，在该工作中应重视的就是钎焊板最终的厚度和钎焊板边部的具体情况，由于钎焊板厚度是关乎能否得到正确复合率的重要环节，一旦钎焊层边部情况未能达到标准要求，那么，会导致板材最终工序的成品率有所降低，难以提升其整体质量。确保钎焊板满足轧制规定的厚度要求后，应借助液压剪将板材进行剪切，并控制好其剪切的长度，以此为复合操作提供基础。针对该工作中，需要准备的板材种类主要包括钎焊层以及触水层等，其厚度应结合各复合率要求来决定，一般都是在6～50mm。完成了芯层铸锭以及钎焊层板材的准备工作后，就可以进行复合工作，其复合的关键目的在于将芯层铸锭和钎焊板进行牢固地结合，其中要借助加热与热轧的形式开展工作。

开展复合焊接工作时，要确保所焊缝处保持连续均匀，而且在开展焊接前应清理钎焊板、芯层铸锭的表面，确保钎焊板的表面以及芯层铸锭表面油脂以及灰尘等清除干净。一旦其表面出现杂质，那么芯层和钎焊板间会出现气泡，对其质量会带来严重影响。另外，复合工作前应做到测量芯层以及钎焊层间厚度，之后在将所有的数据以及铸造标号等共同输入计算机系统中，以备后续查阅。

（2）科学开展热轧工作。针对完成复合后的材料，需要在加热炉中进行预热，满足450～500℃才能进行轧制。前几道的热轧工作是非常重要的部分。在进行轧制工作时，如果钎焊板与芯材铸锭间未能良好结合，那么，其两者间将会出现不同的变形，只有确保其两者间良好结合，才能保障两者变形一致。而要想确保所生产的材料有严格公差，就要了解轧制时所呈现的压下量、各合金、各合金组合的具体变形情况等，而这些内容要在生产实践中才能得到。开展热轧工作时，其中的乳化液作用非常关键，因此要对其做到全面监控。只有确保热轧板型满足要求，才能确保热轧工作辊型满足标准要求，在对工作辊型进行控制时，应以乳化液为基础来对热轧变形接触为主进行合理的冷却与润滑。而且乳化液也能对板材的表面进行有效的清洗，对于复合材料热轧，应确保轧机保持稳定后才能开展轧制工作。热轧中应重视对温度、厚度、板型的控制，这是确保后续工作良好开展的关键。

3.3 有序开展冷轧施工

确保材料温度冷却到室温后，就可以进行冷轧操作。针对复合材料冷轧操作和一般性的工业材料冷轧形式大致相同。但针对热传输材料来说，很多客户对于其厚度公差有着严格的要求，如厚度应控制在0.1mm的翅片材料，它的公差主要控制在±0.005mm之间。另外，应确保设备的能力Cpk值控制在高于1.33之间。针对各种用途不同热传输材料机械性能有相应的要求。一般采用的状态包括H1X(H12～H18)或O态，其中的H1X状态材料，要求在实现最终冷轧前开展成品退火，对于O态，是需要在进行冷轧后开展成品退火。

在开展冷轧各种时，应以最终的压下量控制以及退火程序设计让热传输材料所呈现的机械性能以及状态等都可以满足顾客需求。开展轧制工作时，要注重对轧制油质量监控系统以及吹扫系统进行合理的运用，由此杜绝铝材表面在实施退火时出现油斑，不然会导致客户在进行钎焊时出现问题和困扰。另外，值得注意的是，轧制时应杜绝液压油泄漏问题给轧制油带来污染，需要对轧制油开展合理的过滤，并且也可以运用轧制油胶质测试以及黏度与添加剂含量监控等形式确保轧制油质量达到标准要求。退火时，应重视卷材放置的形式，各种合金、规格卷材要运用相应的退火工艺，这样才能更好地确保油斑得到清除，并对其进行合理的控制。

3.4 有效开展精整与包装工作

针对实际运用在生产汽车的热交换器的热传输材料，很多都是15～300mm宽度卷材为基础，结合其最终使用途径的不同，其材料主要包括翅片料、管料、头板料以及侧板料等。要想确保剪切工作更顺利地开展，要确保材料在实施纵剪剪切时保持平整度。而且其材料在实施剪切前，如果必要，会开展连续张力矫直，由此实现卷材板形得到改善。在这样工作中选择良好的纵剪刀具是得到良好卷材边部的重要部分，待完成剪切后的材料边部情况，对于客户良好的钎焊也是非常重要的，要确保材料侧面和表面保持垂直角度，不能出现毛刺、错层以及扭曲变形等问题出现。完成纵剪工作后，要运用真空吸盘以及其他辅助设施等，针对卷材结合需求开展水平、垂直等包装发展。一些客户会针对自身设备情况的差异，会对内芯、包装的高度、包装的重量以及防潮和防腐等有不同的需求。

3.5 对质量进行科学控制和检测

针对整个生产过程中，必须对所有的工序开展严格且完善的质量控制以及检验工作，保障其完全满足要求后才能将其转入下一个工序。针对整个生产环节，要针对产品开展化学成分的检验，厚度、宽度以及长度的测量，卷径、机械性能以及复合率等进行测试。针对较为特殊的材料，如抗塌陷材料，会对其开展抗塌陷性能的试验。针对这些工作的开展都是为了给客户交付高质量的产品，确保铝板带箔材产品满足国家标准以及客户需求。