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铜硬钎焊散热器具有成本低,性能好,更环保、污染较少的优势


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   铜硬钎焊散热器是采用铜硬钎焊技术所生产加工的一种散热器品种,其具有成本低、性能好、小型化、污染少和易回收等优点,行业分析专家比较看好以后的发展趋势。国际铜业协会副总裁Anthony Lea先生认为:当越来越多的汽车主机厂认识到铜硬钎焊产品杰出的性能价格比后,市场需求会增长得更快。

  1 散热器的发展
  在世界汽车工业发展的初期阶段,铜一直是汽车散热器的主要制造材料。随着汽车工业的继续发展,汽车燃烧效率和经济性能逐渐成为人们关注的焦点,因此,将散热器轻型化、廉价化成为行业势在必行的发展方向。于是,人们开始选用铝质材料代替铜来制造汽车散热器,并很快取代了铜质散热器的市场地位。
  然而,随着汽车行业的竞争越发激烈,汽车的动力性能持续提高,整个行业对汽车冷却系统的散热性能、体积占用比和生产成本提出了越来越高的要求,铝制散热器的不足被日渐凸显,尤其是发动机的铝制中冷器(CAC)最为显著。然而,当高性能的陶瓷或铝钛合金涡轮以及可调涡轮的发明应用后,燃烧率虽然得到了很大程度的改善,但中冷器的进口温度也随着增高,目前中冷器(CAC)的平均入口温度已达到摄氏190℃,如想满足世界上的新排放标准,业界预测其平均温度将达到摄氏246℃。由于铝的诸多物理性质,如抗拉强度等,在温度超过摄氏150℃时会急剧恶化,这种状况又被150℃~200℃之间的热循环加重。这些不利因素,令人对铝制中冷器故障发生的担忧无法得以解决。在未来的数年内,无论开发出何种类型的“干净的”发动机,在选择先进的冷却系统时,铜硬钎焊技术将起到关键作用。
  2 铜硬钎焊技术
  铜硬钎焊技术是由国际铜业协会开发、瑞典奥托昆普铜带公司实施的汽车热交换器制造新技术。无焊剂、无铅钎焊合金以及抗退火材料是铜硬钎焊技术的核心。其主要工艺原理为:将铜质焊膏在590℃~610℃时熔化,借助毛细作用力,将母材料与流入焊接间隙的液态金属向接触而发生反应,从而使得交界处生成合金金属连续体。且铜硬钎焊钎料的熔点温度允差范围大,焊接时温度较易控制,所以铜硬钎焊的成品率比传统软钎焊工艺的要高出很多。同时制造技术流程相对简化,有效缩短了生产时间,从而提高了生产率和生产能力。
  3 铜硬钎焊散热器的优点
  3.1 具有优异的热性能和抗腐蚀性能
  由于铜硬钎焊采用了更薄的散热带、更小的管路尺寸,这使得铜硬钎焊散热器的风阻更低。根据风洞试验测试证实,在相同的热传输条件下,紫铜、黄铜的散热器的风阻要低20%~30%,换热能力却比铝散热器提高6%以上。有着这些优异的换热性能,这意味着它能改善未来的热性能要求。在中冷器方面,铜硬钎焊中冷器(CAC)总成体积更小,重量更轻,并能提供更为显著的特性优势,铝制CAC很容易被道路上的盐分腐蚀,有了为铜硬钎焊中冷器(CAC)开发的特殊合金,能够大幅度消除芯子中的电位差。
  3.2 成本更为低廉
  铜硬钎焊技术之所以能使获得比铝质散热器更低的生产成本,在于它自身具备的两方面优势。一方面,铜硬钎焊具有更高的生产率。由于铜硬钎焊的钎焊温度为650℃,道路划线低于黄铜的熔点,所以避免了超过熔点是造成废品的风险。这也就意味着,可以提高烘炉中皮带的转速,以更快的提升铜硬钎焊烘炉中的温度,从而在尽可能短的时间内产出产品,而不再需要精确的温度控制措施。所以,铜硬钎焊的生产率几乎是铝材料焊接的两倍。另一方面,铜硬钎焊无需采用助焊剂。使用铝材料生产时,需要加入助焊剂实现钎焊,而铜质钎焊合金在钎焊过程中无需助焊剂,从而在焊接后省去了清洗工序,这样不但简化了生产流程,降低了产品的成本,而且无污染,减少了相应的排污治污费用。此外,除去技术因素,原材料的价格也是影响成本的主要原因。铜材料的价格与铝材价格相持平,并且拥有更高的价格稳定性,其中,铜带的价格甚至比铝带的价格还低。
  3.3 生产过程及产品更为环保
  其一,由于铜硬钎焊采用了紫铜、黄铜等环保材料,且不需要使用危险物质,同时钎焊工艺具有自钎性的特点,因此不需要焊剂,杜绝了含铅焊剂的使用,并取消了传统的除油工序(该工序对环境有害),避免了清洗过程中产生有害的废弃物。其二,铜硬钎焊为无毒钎焊合金,其成分是75%的紫铜、5%的镍、15%的锡和5%磷。它能在相对较低的温度下熔化并杜绝了铅使其生产和处理过程都无毒。其三,以铜作为主要材料,可以实现100%的回收利用率,杜绝了二次污染的产生,同时也提高产品的经济价值和环境效益。其四,铜硬钎焊技术的能源使用效率高,比铝钎焊提高了约三倍,为地球节省了宝贵的自然资源,最终也降低的污染、降低了能耗,对碳减排和可持续发展均提供了技术支持。其五,为了实现大幅降低氮氧化物的排放水平,推广EGR技术的目标,使用铜硬钎焊技术能够克服铝制热交换器的局限性,可以满足EGR对耐高温及散热性能方面的要求,从而间接的对环境保护做出了贡献。
  4 铜硬钎焊散热器展望
  随着中国政府开始推行欧洲Ⅰ号和Ⅱ号标准的实施,汽车特别是重型汽车的生产厂家将因为环保方面越发严格的标准受到来自社会公众和政府主管部门的巨大压力。新的环保标准对汽车的各项性能提出了更为严格的要求。其中,利用EGR技术实现氮氧化物的减排成为必然的选择。而铜硬钎焊散热器的开发与应用是解决汽车冷却系统发展瓶颈的有效手段。中国主要的散热器生产企业具有非常相似的如下特性:虽然生产规模参差不齐,但总产量相对有限;使用相对落后的生产和管理技术,对新工艺和产品升级存在浓厚兴趣。美国宾州匹兹堡的万用汽车散热器公司在1999年末便使用铜硬钎焊技术试生产轿车和卡车的硬钎焊铜-黄铜散热器,并以此为契机将铜硬钎焊技术开发运用在其他热传递应用领域,该公司将全部稀罕散热器生产线升级为铜硬钎焊技术生产线,实现了全局的更新换代。原先将提高散热器性能的希望寄托于高科技铝的Astro Air公司,在使用过铜硬钎焊技术后便抛弃了铝生产线而改用新型铜硬钎焊技术,该公司的eps构件中铜硬钎焊热交换器已广泛应用于公交车、卡车及建筑设备等载重车辆中,获得了良好的经济效益。目前,一汽、上汽、东风和亚星等企业都已开办过铜硬钎焊技术的推介会,并获得良好的反响,诸多大公司正积极与奥托昆普公司接洽,其中,一汽早在2002年就使用该技术在载货汽车上试用。
  利用铜硬钎焊技术生产散热器,标志着我国汽车散热器制造行业走在了世界的前沿,此技术不但满足了我国企业对技术升级改造的需求,还存在广大的市场空间和前景,拥有巨大的发展潜能。

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