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铝合金空空中泠器复合翅片管材料选择与结构匹配
Material Selection and Structural Matching of Complex Wing Pipe
for Aluminum Alloy Hollow Intercooler
刘景平清华大学一广东大华发动机热管理联合试验室副主任广东大华仁盛科技集团有限公司总工程师
李志强湖北汽车工业学院材料工程学院教授
赵红利湖北汽车工业学院材料工程学院副教授
Aimed at the invalidation problem during manufacturing process of complex wing pipe for Aluminum (A)alloy hollow
intercooler, the following aspects were studied including selection of material thickness, matching of structural strength,
size selection of high frequency welding pipe and the influence of pre-welding treatment on welding rate. The
experimental results show that when reducing wall thickness of intercooler pipe and cost, the matching of material
strength must be fully taken into consideration. Also to ensure welding quality of intercooler core, the transition size of
high frequency pipe was required to trim before mounting the core
1.问题的提出
有
广泛应用于乘用车及商用车柴油机、汽油机的增压中冷技术是提
升内燃机升功率、提高发动机低速转矩、加快发动机瞬态响应速度、
降低排放有害物和改善燃油经济性的主要手段之一。随着排放法规的
提高,非道路机械如工程机械、特种车辆与装备也必将采用増压中冷
技术。
増压中冷技术中一个重要的总成是采用 NOCLOCK技术生产的铝
合金钎焊管带式空空中冷器。虽然我国散热器行业生产中冷器、整车
使用空空中冷器已有十余年的历史,但是在中冷器的设计、制造、测
试、使用等各个方面,都存在着诸多问题,其中中冷器复合翅片管材
(a)内翅片未焊合
b)外翅片与焊管脱焊
料选择、材料与产品结构匹配、材料与使用条件匹配、材料与生产工
艺匹配等方面是空空中冷器制造中典型的问题之ー,这些问题造成了
空空中冷器生产过程的工艺难度加大,产品的性能与可靠性下降。
2.空空中冷器的作用与主要技术要求
2.1空空中泠器的作用
中冷可降低进气温度,解决因增压比提高后进气温度偏高、高温
气体降低缸内混合气体密度而影响燃油燃烧,以及进气温度偏高而导
致进气温度与燃娆温度差减小、燃油燃烧能量得不到有效释放的问
题,同时降低燃熀峰值温度,从而提高发动机功率输出、提高燃油经
(O)接触不紧密造成的内翅片焊合率低(d)工艺匹配问题至
内翅片焊合率低
济性、降低排放污染物,保证发动机的使用性能与寿命。
图1材料选择与匹配不合理、结构设计不合理
工艺不合理造成中冷器焊接不良实物照片
2.2空空中冷器主要技术要求
(1)内翅片焊接不良。内翅片焊合率不足或几乎没有形成焊
随着排放法规的升级与发动机增压比的提高,需要冷却的进气温接接头。
度会越来越高,表1是不同排放标准下中冷器进气温度与压力
(2)外翅片焊合率不够,或外翅片与焊管未形成焊缝连接。
表1排放法规与进气温度一览表
由于前述焊接不良,中冷器不能满足使用条件,装机后在内
部高压、高温和脉冲压力作用下提前失效,严重时中冷器工作时
排放标准欧工欧?欧ⅣV-1欧IV-2」欧V欧M
间不足20h即失效。
进气压力MPa0.150.220.240.270.350.4
进气温度/『C140~165190~220200~230225~260250-280300-340
造成这些失效的原因主要是:
(1)钎料与工艺匹配不合理。中冷器复合翅片管钎料层可以
从表1可看出:随着排放法规的升级,中冷器的进气温度与压力越
选择4045或4343,但是由于两种钎料的熔点不同,钎焊温度与
来越高,这就要求:
钎焊时间存在差异,不合理的钎焊温度与钎焊时间必然造成焊缝
1)空空中冷器材料具有耐高温蠕变的能力。铝合金温度200℃时缺陷。
的蠕变应力仅为100C时的50%左右,由于应力的作用,铝合金晶界
(2)焊管、内翅片、外翅片的材料厚度、材料状态等选择不
错位加剧,发生晶界和晶内滑移,并很快出现断裂。
合理,导致零件的结构强度不匹配。内翅片与焊管之间、外翅片
(2)受限于车辆的设计,空空中冷器设计要以最小的体积获取最大与焊管之间存在间隙,焊接过程中因间隙过大无法弥补而至无法
的表面积以获得最大的换热性能,采用高换热性能的内翅片复合管件形成正常焊缝。
是实现中冷器高换热性能的重要技术途径之ー。
(3)焊管与翅片尺寸设计不合理。焊管内部宽度尺寸大于内
翅片高度尺寸过多,使内翅片与焊管内壁之间间隙大,造成焊接
3.中冷器复合翅片管失效与钎爆工艺问题
不良。
中冷器复合翅片管材料选择与结构匹配不合理以及工艺选择不合
理导致中泠器制造过程中的失效经常发生,如图1。主要的失效形式
4.空空中冷器复合翅片管材料选择与强度匹配
Automobile Parts 2014.11
技术新视野
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