专利名称：钎焊薄片预制件以及它们在换热器制造中的应用的制作方法
技术领域：
本发明的技术背景本发明涉及由钎焊薄片形成的预制品，以及包括所述预制品的组件的制造方法。
本发明的技术背景钎焊是一种用于将组分通常不同的部件相互连接在一起的方法。通常，熔点低于需要被连接在一起的部件的填充金属被放置在所述部件之间以形成组件。组装的部件的接合点和填充金属接着被加热到足以使填充金属熔化但通常低于部件的熔点的温度。在冷却后，理想的是形成一个强度高但无间隙的接头。
钎焊广泛地用于各种组件的制造中，这些组件本身可是被使用或者销售的最终制品，或者这些组件是这样的制品的部件。利用钎焊方法形成的一类产品是换热器。这样的换热器可采用多种结构形式，但是最常遇到的是被称为壳管式的换热器以及板式换热器。在壳管式的换热器中，较大直径的壳体通常被称为“壳”并且包围一个或者多个小直径“管”或者管道。根据这种结构形式，第一流体(液体、气体)通过壳并且处于管的外部周围，同时第二流体(液体、气体)通过管的内部。尽管第一和第二流体之间没有实际接触，但是能够通过管进行换热。在板式换热器中，一个或者多个板将第一流体与第二流体分离，而通过板进行换热。在这些类型的换热器中(以及在其他组件中)，由于金属具有高强度和良好的换热性能，因此是最常使用的。通常，用于构成这些类型换热器的各个部件是通过钎焊接合在一起的。这样，接缝必须具有高的强度，并且能够抵抗那些由于与一种或者两种流体接触而可能产生的潜在不利影响。
为了满足这些要求，可精心选择构成换热器所用的材料。换热器中最常遇到的是不锈钢，这是由于它们具有包括良好的机械强度和良好的耐腐蚀性能的优良性能。但是，换热器中也可使用其他材料。
换热器的制造，特别是壳管式的换热器的制造通常是劳动密集的，需要大量的人工装配步骤。例如，在壳管式的换热器中，多个管被插过一个板，该板具有用于接收管的尺寸适合的孔。为了在管和板之间形成压力密封，在这些部件之间的接合处必需被钎焊。通常使用一种钎焊“膏”组分。这样一种常规的钎焊膏组分包括与作为一种载体的有机粘结剂结合的粉末状钎焊填充金属。在使用中，该钎焊膏组分被沉积在每一个管和板之间的接合区域中。接着，一旦完成施加上述钎焊膏组分后，在适合的条件下使组件被钎焊以驱散有机粘结剂同时在壳管式换热器中所用的每一个单独的管和板之间形成钎焊接头。但是，由于难以将等量的钎焊膏组分沉积在每一个单独的接合区域中，因此这种操作是不可靠的。由于粉末颗粒熔合不良，因此会产生大量的接头孔隙。另外，这种人工控制施加方法通常是耗时的，需要大量的人工技术，并且在整个工艺过程中需要严格控制操作。许多风险与这样的装配方法相关，每一个风险都可能在钎焊组件中形成不合格的接头。
一种潜在的技术风险在于，所用的钎焊填充金属组分的实际性质。由于钎焊填充金属组分必须在接合处散布并且被保留在那里，因此必然需要提供一种增稠剂，通常为一种或者多种有机材料。理想地，当实际进行钎焊时，这些增稠剂在加热过程中被驱散，但是在钎焊接头中通常会产生气泡、裂纹或者其他不连续点在本领域是公知的。当然，这些是在完成的钎焊组件中的缺陷。为了修补这样的缺陷，必需实施再钎焊步骤以修补具体的缺陷。目前的生产方法所带来的另一种技术风险是，钎焊材料应该非常均匀地分布在每一个管和板的接合处。理想上，这是必需的，钎焊厚度应该基本均匀以便在换热器的有效使用寿命内不会使不良接头在加压操作条件下受到破坏。当然，就本领域目前所知，在人工施加方法中可靠地进行操作可能是困难的。偶然地沉积过量的焊膏可能会使薄的管壁过度腐蚀或者分解，甚至可能会导致在管壁上形成孔。存在的另一个技术风险涉及壳管式组件在钎焊填充金属的施加后或者过程中的处理以及钎焊填充金属的组分。通常，在这样的人工操作中所用的钎焊填充金属包括少量的有机粘结剂和/或其他有机材料。由于已知问题与存在这样的有机材料相关，因此需要使所存在的有机材料达到最少。遗憾的是，这样的不需要的有机材料达到最少化对散布性以及这样一种含钎焊填充金属的组分的粘结性能产生不良影响。这样，已知在装配过程中，在形成钎焊接头之前的任何时刻，板上的一个或者多个管会产生错位或者移动。在需要装配大量的管时以及特别是在管的相对端部中的两个板需要同时装配时，这是很可能会产生的。另外，在钎焊接头实际形成之前的在钎焊填充金属组分的布置和保持中的任何故障也会自己显现在这样的换热器中的不合格的钎焊接头中。所存在的另一个技术风险是，难以形成需要将一个或者多个直径较小的薄壁管钎焊到一个或者多个端板上的小换热器。小直径薄壁管的组件的制造是麻烦的，这是由于在每一个管和每一个板之间的接合点处需要非常精确地施加钎焊填充金属组分。此时，在这样的小换热器中，仅使用很少的但足以形成每一个接头的钎焊填充金属量是非常希望的。遗憾的是，据目前所知的，即使利用注射器或者其他类型的供给设备也很难将精确数量的钎焊填充金属设置在精确位置中。从上述内容中可以明显地看出，在涉及钎焊组件，特别是壳管式换热器的生产的领域中存在实际和持续的需求。
因此，本发明针对这些技术需求中的一个或者多个。
附图的简要说明
图1示出了本发明第一优选实施例所涉及的钎焊薄片预制件。
图2是表示图1中所示的钎焊薄片预制件的一部分以及穿孔工具的一部分的侧视图。
图3示出了钎焊薄片预制件的另一个实施例。
图4是表示图3中所示的钎焊薄片预制件的一部分以及穿孔工具的一部分的侧视图。
图5示出了可与图3中所示的钎焊薄片预制件结合使用的钎焊薄片预制带。
图6示出了处于部分拆卸状态下的一种常规壳管式换热器的一部分。
图7示出了图6中所示的组件的局部。
图8示出了处于部分拆卸状态下的一种常规壳管式换热器的另一部分。
图9示出了图8中所示的组件的局部。
图10示出了布置有图1中所示的钎焊薄片预制件的部分装配的壳管式换热器。
图11示出了包括布置有图1、3和12中所示的钎焊薄片预制件的部分装配的壳管式换热器。
图12示出了可与图3中所示的钎焊薄片预制件结合使用的钎焊薄片预制环。
图13示出了包括布置有图3、6或12中所示的钎焊薄片预制件的部分装配的壳管式换热器。
发明概述在第一方面，本发明提供特别适用于具有钎焊接头的组件，特别是换热器的制造中的无定形金属合金的预制件。
在第二方面，本发明涉及具有钎焊接头的换热器或者其他组件的制造方法，所述方法包括提供与所述换热器或者其他组件的一个或者多个元件接触的无定形金属合金的预制件的处理步骤。
在第三方面，本发明提供利用这里所述的无定形金属合金的预制件制造的具有钎焊接头的换热器或者其他组件。
在第四方面，本发明提供利用这样一种方法制造的具有钎焊接头的换热器或者其他组件，所述方法包括提供与所述换热器或者其他组件的一个或者多个元件接触的无定形金属合金的预制件的处理步骤。
在说明书和权利要求中所用的术语“预制品”与“预制件”是可互换使用的，并且表示的是本发明所涉及的钎焊薄片预制件。
从下面的详细描述中可以更明显地看出本发明的其他特征。
详细描述和优选实施例如上所述，本发明提供包括钎焊金属组分的组件以及钎焊填充金属的预制件的制造方法。
在本领域应该理解的是，在任何钎焊过程中，钎焊填充金属必须具有足够高的熔点以提供能够满足将金属部件钎焊在一起的使用要求的强度。但是，该熔点又不能高至难以进行钎焊操作的程度。另外，填充金属相对于被钎焊的材料必须在化学和冶金方面是相容的。
特别适用于本发明所涉及的方法和组件的钎焊填充金属是可根据公知技术生产的各种形式的金属合金，诸如粉末、薄片、带或者其他形式。通常用于制造粉末状合金的方法包括气体或者水雾化以及机械粉碎。本发明的合金最好通过一种快速凝固的方法被制成延展性薄片、带或者线的形式。这样的快速凝固方法是以至少约1×105℃/秒的速度使熔融材料熔体快速冷却地淬火而使熔体凝固的方法，尽管更高的冷却速度是已知的并且更常使用。在目前所用的多种快速凝固方法中，最优选的方法使用快速转动的激冷轮，熔融合金被沉积于该激冷轮上。这种方法本身在本领域是已知的。
理想地，本发明所使用的钎焊填充金属是采用可容易被处理并且可被弯成三维预制件的延展性薄片形式的无定形金属合金。这样的可弯曲的预制件是通过将一种平面形状的延展性钎焊薄片的部分折叠成适于与在被制造组件的装配中所用的金属部件的轮廓拟合的非平面形状的三维形状而形成的。可通过弯曲或者冲压延展性薄片以使延展性薄片的变形是不可逆的方式来形成这样非平面形状的复杂形状。另外，理想地，钎焊薄片在其组分中应该基本上是同质的，即，它们不含有粘结剂，诸如可能在钎焊过程中形成孔隙或者导致污染残余物的沉积的有机粘结剂。
利用同质的合金熔体生产的快速凝固产品在固态下通常是同质的。该产品可是玻璃态或者结晶态，这取决于合金组分和处理参数。另外，至少约90％为玻璃态的产品通常具有足够高的延展性以能够使合金的薄片和带形式在没有断裂的情况下被弯曲到小至为它们厚度十倍的半径。最好，本发明的钎焊填充金属是通过以至少1×105℃/秒的冷却速度使熔融材料熔体快速凝固所形成的金属合金。这样的冷却速度能够产生至少约90％为玻璃态从而具有足够的延展性以能够使它们被冲压成复杂形状的合金。优选的是，本发明的合金至少约92％为玻璃态，最好，基本上为玻璃态(即，至少约95％为玻璃态)，至少由于基本上为玻璃态的合金具有最大的延展性。
如上所述，本发明所涉及的预制件是通过将一种平面形状的延展性钎焊薄片的部分折叠成适于与在所制造组件的装配中所用的金属部件的轮廓拟合的非平面形状的三维形状而形成的。可利用任何能够以机械的方式由平面状延展性钎焊薄片制成预制件的适合装置来形成这样非平面形状的复杂形状，诸如利用弯曲或者冲压延展性薄片以使延展性薄片的变形是不可逆的，即，预制件在变形后不能回复到二维平面形态，另外在变形过程中钎焊薄片不断裂或者被破坏。用于本发明的合金特别适合作为这里所述方法所用的钎焊填充金属。最好，合金被制造成薄片形式并且无论该薄片是玻璃态的或者结晶态的都可使用。本发明的薄片的厚度通常约在0.0007英寸至0.004英寸(约18至100微米)之间。在许多情况下，薄片的厚度相当于被钎焊的部件之间的所需间隔。
本发明的钎焊填充金属特别适用于金属部件的接合，特别是不锈钢部件的接合。这样的不锈钢的示例性钢号包括根据UNS分类的钢S31603、以及316L型不锈钢，所述的316L型不锈钢通常包含0.03wt.％的碳、2.00wt.％的锰、1.0wt.％的硅、16至18wt.％的铬、10至14wt.％的镍、2至3wt.％的钼、0.1wt.％的氮，100wt.％内的其余为铁。当然可以认识到使用其他可受益于这里所述的本发明并且获得这里所述的优点。非限定性示例包括其他牌号的不锈钢以及其他耐腐蚀合金，诸如包含镍或铬的合金。
本发明的一类钎焊填充金属包括镍/铬基以及镍/钴/铬基钎焊填充金属。这样的钎焊填充金属被认为包括常用于不锈钢部件钎焊的最常见的Ni-和Ni/Cr-基合金，它们被the American Welding Societyspecification ANSI/A5.8命名为BNi-和BCo-系列钎焊填充金属。特别适用于本发明所涉及的方法和制品中的镍/铬基钎焊填充金属包括这样的金属合金组分，该金属合金组分可由下列公式表示NiaCobCrcBdSieFefMogWhX其中，下标“a”、“b”、“ c”、“d”、“e”、“f”、“g”和“h”都是重量百分比，其中“b”约在0和75之间、“c”约在0和25之间、“d”约在0和4之间、“e”约在0和11之间、 f”约在0和10之间、“g”约在0和5之间、“h”约在0和5之间、“X”表示其他元素，包括重量百分比约为1％的杂质、以及“a”是总量为100的余量。最好，这些镍/铬基钎焊填充金属主要包含上述元素。应该理解的是，术语“镍/铬基钎焊填充金属”包括其中不含铬的合金，但是在使用该术语时，通常包含铬。
最好，镍/铬基钎焊填充金属基于一种处于具有至少约90％的玻璃态结构的亚稳定结构形态的合金，玻璃态结构至少约为92％较好，玻璃态结构至少约为95％最好。这样的合金在本领域中通常被称为“无定形金属合金”。基于可用作这里所述的钎焊填充金属并且目前可在市场上获得的合金的镍/铬基钎焊填充金属的示例包括根据ANSI分类A5.8(按the American Welding Society)被称为BNi-1、BNi-1a、BNi-2、BNi-5、BNi-7、BNi-9、BNi-10、BNi-11和BCo-1的填充金属以及每一种金属的亚类。用作具有上述化学组分并且目前可在市场上获得的镍/铬基钎焊填充金属的优选的Ni-和Ni/Cr-基合金的示例包括根据上述ANSI/A5.8分类的BNi-2、BNi-5a和BNi-5b组分。理想地，根据本发明所用的镍/铬基钎焊填充金属采用容易处理并且在需要时能够形成轮廓拟合的形状或者制成所需的复杂形状的延展性薄片形式。更理想地，镍/铬基无定形钎焊填充金属的组分基本上是同质的并且不包含有机粘结剂，诸如可能在钎焊过程中形成孔隙或者导致污染残余物的沉积的有机粘结剂。
在本发明的一个优选方面，提供一种具有钎焊接头的换热器或者其他组件的制造方法，所述方法包括下列处理步骤提供与所述换热器或者其他组件的一个或者多个元件接触的包含无定形金属合金的钎焊薄片预制件并且在适合的条件下对毗连的部件和钎焊材料进行加热以使钎焊材料熔化；接着使熔化的钎焊填充合金冷却形成钎焊接头。
在上述方法中，最好，在具有一种保护性气体，诸如氩气或者氮气的情况下在封闭的炉中对并置的部件进行加热以使部件被钎焊。或者，可在真空条件下在封闭的炉中进行加热，并且这种方式在某些情况下是优选的。当使用包含氧活化元素，诸如硼、硅和磷的填充金属时，这些钎焊条件通常用于工业中以达到高接合强度和整体性。
图1示出了本发明的第一优选实施例所涉及的钎焊薄片预制件10。该钎焊薄片预制件基本上为在图中由虚线12表示的环形结构，一个或者多个突片14从虚线12处垂下。根据该优选实施例，由虚线限定的圆的直径对应于将钎焊薄片预制件安装于其上的板的直径，并且多个突片14是钎焊薄片预制件的一部分。这意味着，这些突片将被折叠或者弯曲以使折痕或者弯曲线基本上与虚线12相符，虚线12还对应于板的边缘。这些突片14的尺寸和大小应该被适当地确定以合适地接纳板。钎焊薄片预制件还包括至少一个但最好多个穿孔16，穿孔16最好是由穿过钎焊薄片预制件的狭缝形成的。在图1中，每一个穿孔是相同的，各个穿孔是由三个狭缝16a、16b和16c分别形成的，每一个狭缝的长度是基本相同的或者相同的，每一个狭缝在它们的中点处相交，并且每一个狭缝是径向等分的。但是，应该清楚地认识到，这种情况不是必需的，穿孔16仅需要是穿过薄片的不连续的部分即可；它们的几何形状并不是那么重要。但是，根据优选实施例，穿孔采用一个或者多个狭缝的形式以使它们形成一个或者多个适于弯曲或者折叠的垂翼，从而在一个或者多个壳与板装配在一起，接着将钎焊薄片预制件施加在板表面(和管的端部)上时能够使一个或者多个垂翼向内向下弯曲到一个或者多个管的内部中。根据图1中所示的实施例，多个垂翼在弯曲时还能够确保减少无定形金属薄片断裂或者破坏的可能性。如本领域普通技术人员所知，无定形金属薄片通常是很脆的并且通常是很难机加工或者切割的。这实际上是由于这些金属薄片的硬度通常很高而导致的。但是，本申请人已经发现，当以小的半径缓慢弯曲时，可在无定形金属薄片中形成折痕，金属薄片通常不会断裂。这样，当钎焊薄片预制件在不断裂的情况下从基本上平面状的二维形状弯曲成三维形状时，无定形薄片在任何折叠或者弯曲过程中保持较小的半径是特别希望的。理想地，弯曲半径应该被保持在不大于1毫米的范围内。当保持上述的小半径时，有效的折痕或者折线可被引入无定形金属中，同时无定形金属薄片的部分没有特别强烈的回弹或者回复到它们以前的未弯曲形状的趋势。
现参见图2，该图是图1中所示的钎焊薄片预制件的一部分以及特别适用于将穿孔16引入到钎焊薄片预制件中的穿孔工具20的一部分的侧视图。图2示出了图1中的钎焊薄片预制件沿着图1中所示的线段“A-A”的一部分。参见图2，穿孔工具包括冲杆22，冲杆22上具有多个切割边缘24。冲杆22的轮廓以及切割边缘24的布置对应于将被引入到钎焊薄片预制件10中的一个或者多个狭缝(16a、16b和16c以及所得到的穿孔16)的所需数量和尺寸。
穿孔工具20的第二部分是接收杯26，接收杯26的一端具有凹槽28，凹槽28具有与切割边缘24和冲杆22的外形相应的配合形状。当存在时，凹槽28内部的任意型面最好与切割边缘24的任意型面相对应。由于无定形金属具有难以处理的特性，因此本发明人发现，最好使用两部分式穿孔工具。在操作中，冲杆22和接收杯26回缩以在它们之间形成足以使钎焊薄片预制件的至少一部分引入的空隙。在切割操作中，接着使冲杆22和接收杯26相互抵靠以使钎焊金属预制件变形和被切割。然后，冲杆22和接收杯26相互回缩以使钎焊薄片预制件接着可从穿孔工具20取出。
尽管参照图1中所示的特定穿孔和特定构形进行了描述，但是应该理解的是，穿孔工具20的构形可适于最终提供具有不同布置和/或构形的穿孔16。另外，应该认识到，穿孔工具20不是仅包括一个，而是多个冲杆22和相同数量的多个接收杯26。在这样一种布置中，应该清楚地认识到，在一个自动或者至少半自动制造操作过程中，可在一个冲压操作中为钎焊薄片预制件提供一些但最好所有需要的穿孔16。在一个特别优选实施例中，穿孔工具元件形成模具的一部分，不仅适于在一个冲压步骤中同时冲压通过一个无定形金属合金片材上的穿孔16而且还同时冲压出总体周边形状，即，多个突片14。在这样一个操作中，确保钎焊薄片预制件的精确生产。
参见图2，从中可以看出，在穿孔操作后以及在将钎焊薄片预制件引入到一个壳管式组件上之前，突片14最好被弯曲以使其基本上垂直于钎焊薄片预制件10的主平表面18。关于形成在无定形金属薄片中间的各个垂翼，这些狭缝(16a、16b、16c)不一定必须弯曲以与主平表面18形成一定角度，但最好相对于钎焊薄片预制件10的主平表面18形成一个约在0度-90度之间的角度。
从上述内容中可以看出，本申请人所提供的钎焊薄片预制件在涉及钎焊组件制造，特别是壳管式换热器制造的领域中提供了很大的技术进步。利用这里所述的钎焊薄片预制件能够重复和可靠地制造尺寸根据管和板的特定尺寸布置而设定的钎焊薄片预制件。这样，对于将制造具有特定构形的多个，特别是大量的壳管式换热器的任何生产作业，利用这里所述的钎焊薄片预制件能够提供特别适用的生产方法。同时，不忽略这里所述的钎焊薄片预制件的组分与关于粉末状钎焊填充金属组分的领域现状之间的，特别是关于无定形金属膏组分和壳管式换热器的装配的领域现状之间的主要差别也是有意义的。根据优选实施例，指出本发明所涉及的钎焊薄片预制件中不存在已知会导致故障的有机粘结剂或者其他有机材料，是特别重要的。这能够大大减少失效接头的可能性，以及在需要同时生产大量钎焊接头的情况下这是特别重要的。特别是在大量的管需要被可靠地钎焊到一个或者多个板上的壳管式换热器中，这是特别有益的。对于本领域目前已知的小尺寸壳管式换热器制造技术，该技术优点是特别有益的。与对应于板上的管的位置设置的狭缝(或者其他穿孔)的精确定位相结合，钎焊薄片预制件的基本均匀的厚度能够基本上最小化可能出现的在本领域目前的制造技术中常遇到的制造误差。不然的话，最多利用这里所述的钎焊薄片预制件和生产方法大大或者完全消除本领域已知的所有技术风险。
现参见图3，其中示出了在许多方面与图1中所示的类似的钎焊薄片预制件40的另一个实施例。在该图中，相同的元件用相同的附图标记表示并且具有与上述相同的功能。图3中所示的钎焊薄片预制件40与图1中所示的钎焊薄片预制件10之间主要的差别在于，在图3中所示的实施例中，不存在周边突片14。适用于壳管式换热器装配中的这种钎焊薄片预制件具有构形不同于与图1中所示钎焊薄片预制件10结合使用的冲压板。但是，图3中所示的钎焊薄片预制件通常与图5中所示的钎焊薄片预制带60结合使用。钎焊薄片预制带60的长度与要将钎焊薄片预制带60安装在其上的板的周长相当。另外，从根据一个优选实施例的附图中可以看出，钎焊薄片预制带也包括从其一面延伸的多个功能与图1中所示的突片14相同的突片62。通过观察可以看出，这些突片62具有“锯齿”型面，即，每一个垂片是具有与虚线64重合的底的三角形，虚线64将是与图1中所示的虚线12相对应的折线或者折痕。尽管这是优选的，但也可采用其他型面。
现参见图4，其中示出了钎焊薄片预制件40的一部分和用于形成穿过钎焊薄片预制件40的穿孔16的穿孔工具20。另外，穿孔工具20在钎焊薄片预制件40上的操作与以上参照图2描述的相对应。
现参见图6，其中示出了处于部分拆卸状态下的一种常规壳管式换热器80的一部分。其中示出了壳82的一部分、多个管84，每一个管84具有端部86，并贯穿有适合尺寸的穿过板90的通道。从图6中可以看出，板90的直径的尺寸是这样设定的，即，能够使板90被安装在壳82的内径内，为了便于达到这样的效果，使板的边缘92具有一定锥度。还应该认识到，板90的外径相对于壳82的内径应该具有小的间隙。壳82与板90之间的间隙通常至少略大于也示出在图6中的钎焊薄片预制件10的厚度。设置这样的间隙的原因是，已经认识到，在对钎焊薄片预制件10进行钎焊以形成钎焊接头之前，从预制件10的主平表面18垂下的突片14被放置于与板90的边缘92接触的位置。类似地，从图6中还可看出，存在的并且穿过平表面18的穿孔16也是这样设定尺寸和布置的，即，使它们与管的端部86的位置和尺寸相符。如前面参照钎焊薄片预制件10的制造描述的，可以可靠和可重复的方式容易地实施。
关于所需的装配步骤，仅需要使钎焊薄片预制件10适当地抵靠板的主表面94，折叠突片14以接触或者至少侧向沿着带有锥度的边缘92延伸，穿孔16与适合定位的管端86和板90对应。接着，该组件可被插入到壳82中。可根据构成组件的材料所需的特定要求以及关于形成钎焊薄片预制件所用的无定形金属合金组分的特定要求进行下一个操作，钎焊步骤。
现参见图7，其中示出了参照图6所述元件的某些特征的横截面图。图7对应于壳82、板90、钎焊薄片预制件10以及两个管84的最终相对位置。为了清楚起见，未示出其他管以及穿过板90的其他孔。仔细观察图7的相关部分可以看出，突片14被插在板90的带有锥度的边缘92和壳82的内壁94之间。图中示出了一种紧公差配合，但是这不是必需的。仅需要这样设定板和壳的尺寸，即，使突片14能够设置于它们之间，并且在钎焊后，应该存在足够的钎焊薄片预制件10材料以形成可靠的钎焊接头。类似地，形成在构成每一个穿孔16的狭缝中间区域中的垂翼向内延伸到各个管84的内部中。从图中可以看出，这些垂翼无需与每一个管96的内壁接触；仅需要使钎焊薄片预制件10能够同时实际接触每一个管的端部86和板90即可。
还应该理解的是，图6和图7中所示的元件的相对位置的变化也被认为在本发明的范围内。例如，在一种变化中，板90实质上没有与壳82的端部重合但可向其外部延伸或者向其内部延伸。
还应该认识到，也可“颠倒”布置各个元件。在这样一种颠倒布置中，钎焊薄片预制件10的主平表面18位于板19中与图7中所示的相反的一面上，并且每一个管84的端部86穿过穿孔16。利用这样一种方式，每一个穿孔的悬垂翼散布于每一个管的外壁98和穿过板90的孔100的内部之间。类似地，突片14位于板90的边缘92和壳82的内壁94的中间，尽管每一个突片14的端部从组装的壳管式换热器的内部朝向外部。在该颠倒布置中，钎焊薄片预制件10处于在壳管式组件内部上的板90的表面上。当壳管式组件具有多个管并且板在管的相对端部处时，这样一种颠倒布置是特别适合的，一个板可包括根据图6中所述的实施例施加在第一板的表面上的钎焊薄片预制件10，而在管的相对端部处的另一个板可具有上述以颠倒布置方式施加的钎焊薄片预制件10。钎焊薄片预制件的这样一种布置大大有助于壳管式组件插入到壳82中。
图8示出了本发明的另一个优选实施例。其中具有冲压板110，冲压板110包括多个穿过其的通道112，每一个通道适于接收构成壳管式组件的一部分的多个管中的一个的端部86。与图6中的布置类似，冲压板110包括边缘114，当组装壳管式换热器时，边缘114适于被安装在壳82的内壁94内。图8中还示出了对应于图3中所示的钎焊薄片预制件40以及图5中所示的钎焊薄片预制带60。另外，如前面参照图6中所述的，钎焊薄片预制件40包括多个适当设定尺寸和适当定位以与管端86和冲压端板110的布置对应的穿孔16。可以看出的差别在于，钎焊薄片预制件40没有包括周边突片(诸如图1中的突片14)，并且钎焊薄片预制件40的直径适于安装在冲压板110的边界内。该直径不是很重要的；仅需要使钎焊薄片预制件40的部分同时接触管端86和穿过冲压板110的孔112即可。下面将参照图9对这种布置进行更详细的描述。另外，从图8中可以看出，钎焊薄片预制带60也具有等于或者大于冲压板110的直径的长度。如图8中所示，钎焊薄片预制件60被布置为基本上形成环形并且适于这样放置，即，可使所示钎焊薄片预制带60的至少一部分被插入到壳82的至少一部分与冲压板110之间。利用这样一种方式，在加热和钎焊步骤中，可确保钎焊接头在壳82和冲压板110之间。
现参见图9，其中示出了图8中所示组件的局部细节。如图中所示，钎焊薄片预制件40同时接触冲压板110的至少一部分和管84的端部86。另外，如图9中所示，由穿孔16所形成的部分垂翼偏斜并且弯曲以向内指向管84的内部。从图9中可以看出，钎焊薄片预制带60毗连在冲压板110和壳82的部分之间。
在根据图9中所示的布置使这些元件定位后，应该认识到，实施一种常规钎焊步骤以使钎焊薄片预制件40和钎焊薄片预制带60至少被部分熔化并且在冷却时，在相应的元件之间形成钎焊接头。
本发明还提供具有钎焊接头的换热器或者其他组件的制造方法，所述方法包括下列处理步骤在其制造过程中提供与所述换热器或者其他组件的一个或者多个元件接触的无定形金属合金的钎焊薄片组分预制件；以及接着使换热器或者其他组件经受适合的条件以使由钎焊薄片组分形成的预制件至少部分熔化，从而形成钎焊接头。
参照图10对使用本发明所涉及的钎焊薄片预制件的壳管式换热器的一种制造技术进行描述，图10示出了一种布置有图1中所示的钎焊薄片预制件的部分组装的壳管式换热器。根据图10中部分示出的该技术，板90A设置有如图1所示的钎焊薄片预制件10。板90A被插入到壳82的一端内以确保突片14位于板90A的边缘和壳82的内径之间。钎焊薄片预制件10位于板90A中从壳82内部朝向外部的表面上。在下一个制造步骤中，管84A、84B沿着箭头“a”的方向插入穿过壳82的开口端以确保每一个管84A的至少一端被插入到板90A内。(用84A表示已经插入的管，用84B表示处于正在被插入的状态的管)。还设有第二板90B，并且钎焊薄片预制件10被施加在其一个表面上；应该认识到，该表面将从壳82内部定向朝向外部。为了便于将管84A、84B的端部设置在板90B中，并且确保管84A、84B的端部86、板90B和壳82之间的良好对准，最好使用引导装置120。示例性引导装置120包括可方便地插入每一个管84A、84B内部中并且接着穿过板90B内的适合的孔的杆。这样，当接着将板90B插入到壳82端部内时，可确保各个管端和板90B中的孔适合对准。这样的对准更清楚地示出在图6和图8中。在进行钎焊步骤之前，最好将这些引导装置120抽出。当然，应该理解的是，引导装置的使用在这里所述的技术中是任选的。
对于该技术的下一个步骤，接着使这样组装的组件经受适合的钎焊条件以确保在管84A、84B的端部、板90A、90B和壳82的至少一部分之间形成钎焊接头。
根据用于壳管式换热器中的组件的第二种制造技术，采用一种类似的但略微改变的组装步骤顺序。根据该技术，将管84的第一端86插入到板90A、90B中的适合孔中。接着将诸如图1中所示的钎焊薄片预制件放置在板90A中最终将从组装的壳管式换热器朝向外部的表面上。将诸如图3中所示的钎焊薄片预制件放置在另一个板90B中最终将从壳82朝向外部的表面上。然后，将第一板90A、组装的管84和第二板90B插在尺寸适合的壳82的一端处，接着使它们沿着箭头“a”所示方向移动穿过壳到达它们最终的位置(未示出)。在这样一种方法中，板90A、90B、管84和钎焊薄片预制件10的组件用作可移动通过壳82的冲杆或者活塞。为了确保将第二板90B钎焊到壳82上，最好利用诸如图5中所示的钎焊薄片预制带或者诸如图12中所示的钎焊薄片预制环包围板90B的边缘。这样，当装配完成时，钎焊薄片预制件124与每一个板90A、90B的边缘92之间接触，以及在板90A、90B的外部朝向的表面上，与每一个管84的端部接触。
接着，如前面参照图10所述的，使组件经受适合条件以确保钎焊进行。
如简要描述的，图12是可代替图5中所示的钎焊薄片预制带使用的另一种可替换的钎焊薄片预制环124。钎焊薄片预制环124包括一系列从内部环形区域126悬垂的周向突片14。从图12中可以看出，虚线128表示大约在突片14弯离圆形表面126平面并且形成特别适于与诸如图3中所示的钎焊薄片预制件结合使用的三维预制件的位置处的折线。
参照图13对用于壳管式换热器生产中的组件的第三制造技术进行描述。该图中示出了一种其中在两个端板90A、90B上都设有钎焊薄片预制件10以及在壳82的每一端与上述板90A、90B中一个的中间处设有钎焊薄片预制件124的部分组装的壳管式换热器的截面图。钎焊薄片预制件124的构形可采用诸如图5中所示的钎焊薄片预制带的形式或者诸如图12中所示的钎焊薄片预制环的形式。
根据该技术，最好使用有助于确保每一个管84的端部86和每一个板90A、90B之间良好对准的引导装置120。根据该技术，每一个管84具有一个或者多个与其相关的引导装置120。引导装置穿过在每一个板90A、90B中的尺寸适合的孔。将参照图3所述的钎焊薄片预制件放置在每一个板90A、90B中最终将从组装的壳管式换热器的内部朝向外部的表面上。接着，沿着与箭头“a”相对的方向移动板90A以使其适当地插入到壳82内并且使每一个管84的端部86插入到板90A内具有适合尺寸的孔中。另外，注意确保钎焊薄片预制件124也被定位在板90A的带有锥度的边缘92和壳82的内壁中间。利用一种类似的方式，将第二板90B相似地插入到壳82的内部中，管84的相对两端被插入到所述第二板90B内具有适合尺寸的孔中，并且钎焊薄片预制件124也被定位在带有锥度的边缘92和壳82的内壁中间。通常，从这样组装的壳管式换热器取出引导装置120，接着使所述壳管式换热器经受适合的条件以使钎焊薄片预制件凝固并且形成钎焊接头。
当然，应该理解的是，本发明不限于应用到换热器制造中，而且也可用于需要通过钎焊将两个或者多个金属部件接合在一起的任何应用中。
示例示例1生产诸如图1中所示的钎焊薄片预制件。生产具有适于对图1中所示的钎焊薄片预制件10冲压的构形的金属冲模。接着利用该冲模对图1中所示的钎焊薄片预制件进行冲压并且进行一个冲压操作。根据该示例，应该认识到，穿孔16在该单个冲压操作中被同时冲压。
示例2利用两步式冲压操作生产诸如图1中所示的钎焊薄片预制件。首先，利用具有适于对图1中所示但没有穿孔16的钎焊薄片预制件10冲压的构形的金属冲模将无定形金属合金片、条或带冲压成预制件。接着，利用诸如图2中所示的穿孔工具形成如在图1中所示的穿孔16。
示例3根据参照示例1所述的方法步骤生产诸如图3中所示的钎焊薄片预制件。但是，根据本示例，金属冲模的构形对应于如图3中所示的钎焊薄片预制件40的形状。
示例4根据参照示例2所述的方法步骤生产诸如图3中所示的钎焊薄片预制件。但是，根据本示例，钎焊薄片预制件40的形状采用图3中所示的构形。
利用由具有两端的多个管、具有至少一个尺寸允许管的一端穿过的孔的第一板、具有尺寸允许管的另一端穿过的孔的第二板、尺寸适于接收所述端部、多个管和如图1中所示的钎焊薄片预制件的壳制成的壳管式换热器组件。适合的管端插入到每一个板中的适合的孔中，并且钎焊薄片预制件被放置在从壳的内部朝向外部的表面上。接着钎焊薄片预制件、板和多个管的组件被设置在壳的内部，然后，该组件经受适合的钎焊条件以使钎焊薄片预制件至少部分熔化并且在壳管式换热器的元件之间形成钎焊接头。接着使该组件冷却。
示例5根据参照示例2所述的方法步骤生产诸如图3中所示的钎焊薄片预制件。但是，根据本示例，钎焊薄片预制件40的形状采用图3中所示的构形。
利用由具有两端的多个管、具有至少一个尺寸允许管的一端穿过的孔的第一板、具有尺寸允许管的另一端穿过的孔的第二板、尺寸适于接收所述端部、多个管和如图1中所示的钎焊薄片预制件的壳制成的壳管式换热器组件。适合的管端插入到每一个板中的适合的孔中，并且钎焊薄片预制件被放置在从壳的内部朝向外部的表面上。接着钎焊薄片预制件、板和多个管的组件被设置在壳的内部，然后，该组件经受适合的钎焊条件以使钎焊薄片预制件至少部分熔化并且在壳管式换热器的元件之间形成钎焊接头。接着使该组件冷却。
另外，在每一个板的边缘和壳的内壁之间引入钎焊薄片预制带60。
尽管对本发明的优选实施例进行了描述，但是，应该理解的是，这里所披露的内容是说明性的，而非限定性的，本领域普通技术人员显然能够在不脱离本发明的范围和实质的基础上进行各种变型和改进。
权利要求
1.一种特别适用于制造具有钎焊接头的组件的由无定形金属钎焊薄片制成的预制品，其特征在于，所述预制品具有非平面形状的三维形状。
2.如权利要求1所述的预制品，其特征在于，所述无定形金属合金是Ni-或Ni/Cr-基合金。
3.如权利要求1所述的预制品，其特征在于，所述无定形金属合金具有可由下列公式表示的组分NiaCobCrcBdSieFefMogWhX其中，下标“a”、“b”、“c”、“d”、“e”、“f”、“g”和“h”都是重量百分比，其中“b”约在0和75之间、“c”约在0和25之间、“d”约在0和4之间、“e”约在0和11之间、“f”约在0和10之间、“g”约在0和5之间、“h”约在0和5之间、“X”表示其他元素，包括重量百分比约为1％的杂质、以及“a”是总量为100的余量。
4.如权利要求1所述的预制品，其特征在于，所述预制品包括适用于将多个管钎焊到至少一个板上的构形，并且用于将所述板钎焊到封装所述多个管和至少一个板的壳上。
5.如权利要求4所述的预制品，其特征在于，所述预制品的构形包括一个主平表面，至少一个穿孔贯穿所述主平表面。
6.如权利要求4所述的预制品，其特征在于，所述预制品的构形包括一个主平表面，至少一个穿孔贯穿所述主平表面，并且至少一个可弯曲的突片从所述主平表面悬垂。
7.如权利要求1所述的预制品，其特征在于，所述预制品包括具有适用于将多个管钎焊到至少一个板上的构形的钎焊薄片预制件；以及具有适用于将所述板钎焊到封装所述多个管和至少一个板的圆柱形壳上的构形的钎焊薄片预制带。
8.一种具有钎焊接头的换热器或者其他组件的制造方法，所述方法包括下列处理步骤在其制造过程中提供与所述换热器或者其他组件的一个或者多个元件接触的无定形金属合金的钎焊薄片组分形成的预制品，其中所述预制品具有非平面形状的三维形状；以及接着使换热器或者其他组件经受适合的条件以使由钎焊薄片组分形成的预制品至少部分熔化，从而在所述换热器或者其他组件的元件之间形成钎焊接头。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预制品是由一种无定形金属合金制成的，所述无定形金属合金是Ni-或Ni/Cr-基合金。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述无定形金属合金具有可由下列公式表示的组分NiaCobCrcBdSieFefMogWhX其中，下标“a”、“b”、“c”、“d”、“e”、“f”、“g”和“h”都是重量百分比，其中“b”约在0和75之间、“c”约在0和25之间、“d”约在0和4之间、“e”约在0和11之间、“f”约在0和10之间、“g”约在0和5之间、“h”约在0和5之间、“X”表示其他元素，包括重量百分比约为1％的杂质、以及“a”是总量为100的余量。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预制品包括适用于将多个管钎焊到至少一个板上的构形，并且用于将所述板钎焊到封装所述多个管和至少一个板的壳上。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预制品的构形包括一个主平表面，至少一个穿孔贯穿所述主平表面。
13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预制品的构形包括一个主平表面，至少一个穿孔贯穿所述主平表面，并且至少一个可弯曲的突片从所述主平表面悬垂。
14.一种具有钎焊接头的换热器或者其他组件，所述换热器或者其他组件包括至少一个如权利要求1所述的由无定形金属合金钎焊薄片制成的预制品。
15.如权利要求14所述的具有钎焊接头的换热器或者其他组件，所述换热器或者其他组件包括至少一个由无定形金属合金的钎焊薄片制成的预制品，其特征在于，所述无定形金属合金具有可由下列公式表示的组分NiaCobCrcBdSieFefMogWhX其中，下标“a”、“b”、“c”、“d”、“e”、“f”、“g”和“h”都是重量百分比，其中“b”约在0和75之间、“c”约在0和25之间、“d”约在0和4之间、“e”约在0和11之间、“f”约在0和10之间、“g”约在0和5之间、“h”约在0和5之间、“X”表示其他元素，包括重量百分比约为1％的杂质、以及“a”是总量为100的余量。
16.一种由这样的方法制造的具有钎焊接头的换热器或者其他组件，所述方法包括提供与所述换热器或者其他组件的一个或者多个元件接触的由无定形金属合金的钎焊薄片制成的预制品的处理步骤。
17.如权利要求16所述的利用一种方法制造的具有钎焊接头的换热器或者其他组件，其特征在于，所述预制品是利用无定形金属合金的钎焊薄片制成的，所述无定形金属合金具有可由下列公式表示的组分NiaCobCrcBdSieFefMogWhX其中，下标“a”、“b”、“c”、“d”、“e”、“f”、“g”和“h”都是重量百分比，其中“b”约在0和75之间、“c”约在0和25之间、“d”约在0和4之间、“e”约在0和11之间、“f”约在0和10之间、“g”约在0和5之间、“h”约在0和5之间、“X”表示其他元素，包括重量百分比约为1％的杂质、以及“a”是总量为100的余量。
全文摘要
本发明涉及一种特别适用于具有钎焊接头的组件制造的，特别是换热器制造的由无定形金属钎焊薄片制成的预制品。本发明涉及具有钎焊接头的换热器或者其他组件的制造方法，所述方法包括提供与所述换热器或者其他组件的一个或者多个元件接触的由无定形金属合金的钎焊薄片制成的预制品的处理步骤。
文档编号F28F9/04GK1486231SQ01822170
公开日2004年3月31日 申请日期2001年11月20日 优先权日2000年11月20日
发明者A·拉宾金, A 拉宾金 申请人:霍尼韦尔国际公司