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高性能鋁散熱器研制成功 
 (1.浙江省冶金研究院,浙江杭州 310013;2.杭州富陽特異制管廠,浙江,杭州310013)
 摘要:介紹了鋁散熱器的性能結(jié)構(gòu)和工藝流程,對所研制的桑塔納轎車鋁散熱器的各項性能進行了測試和綜合評價,結(jié)果表明,研制的新產(chǎn)品

主要性能指標完全符合德國大眾公司標準。 
關(guān)鍵詞:鋁制散熱器;研制;性能試驗 圖1
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冷卻水溫與燃料消耗的關(guān)系 
1引言 發(fā)達國家用鋁散熱器代替銅散熱器是因為鋁散 熱器具有重量輕、散熱效果好、節(jié)能、
耐用等許多優(yōu) 點。汽車發(fā)動機的最佳工作溫度是80～90℃之間,在這個溫度工作,可使燃耗最低、效率最高、排氣最少,可延長發(fā)動機的使用

壽命。散熱器冷卻水溫和能耗的關(guān)系如圖1所示。 燃料燃燒的最高溫度可達到1800～2000℃, 燃料熱量的將近1/3傳給發(fā)動機的氣缸體、氣

缸蓋、活塞、氣門等零部件,這些熱量必須及時帶走消散到大氣中去,否則很快會使受熱部件升溫,出現(xiàn)機件受熱膨脹而相互咬死、潤滑系統(tǒng)

受高溫失效,零件強度降低易磨損等故障,使發(fā)動機無法正常工作。所以說散熱器是水冷發(fā)動機不可缺少的重要部件。它直接影響到發(fā)動機的

性能和安全行駛,必須引起高度重視。 散熱器的功能要求其散熱性能優(yōu)良。銅的導(dǎo)熱性明顯高于鋁。但由于汽車散熱器的工作環(huán)境比較惡劣

,應(yīng)避免與氨、硫化氫、氫化物及酸等接觸。為 延長使用壽命及制造工藝需要,往往在銅帶表面被覆錫保護層及浸漬鉛錫合金進行釬焊成型,

這樣銅散熱器在大氣條件下,對SO2、CO2、H2S4、H2S、潤滑油、氣油、煤油等幾乎不受腐蝕。由于Pb的導(dǎo)熱系 數(shù)很低(0.083卡/cm?s?℃ 

),Sn的導(dǎo)熱系數(shù)也只有0.157卡/cm?s?℃,受PbSn被覆層的影響,銅散熱器的散熱效率反而比鋁散熱器差得多。鋁散熱器用的是防銹鋁合金,抗

腐蝕性能很好,其焊接強度比PbSn焊料的焊接強度高3倍。而且重量最少減輕50%,裝拆方便,造價又低,使鋁散熱器的實用性和經(jīng)濟性遠勝于銅

散熱器。 發(fā)達國家十分重視鋁散熱器的開發(fā)和應(yīng)用。但鋁散熱器的制造成型技術(shù)比銅散熱器困難,國外開始很長時間一直用氣脹或油脹或浸

漬成型工藝,使芯子的抗震、抗扭性能及散熱效果均受限制。直到 80年代中期,美國對鋁散熱器釬焊工藝的研究,使 鋁散熱器性能有了新的

突破,從而得到迅速發(fā)展,到 90年代初,美國幾乎淘汰了銅散熱器,而使用鋁散 熱器。
 2鋁散熱器芯子結(jié)構(gòu)對散熱器性能的影響 80年代國際汽車市場競爭日趨激烈,對發(fā)動機 的功能要求不斷提高。熱負荷越來越高,使發(fā)動機冷

卻系統(tǒng)的矛盾越來越突出,迫使散熱器不斷更新發(fā)展。散熱器的器芯結(jié)構(gòu)變化過程大體如下。 散熱器冷卻水管形狀從采用圓鋁管,逐步過渡

到橢圓鋁管,現(xiàn)在發(fā)展成扁圓鋁管。根據(jù)專家估算,圓管的散熱效率若是100%,則橢圓管散熱效率為110%,而扁圓管可達120%～125%。 散熱器

的散熱翅片對散熱效率影響更大。最初的散熱翅片是片式,又稱板式、百頁窗式,后來發(fā)展成帶條錯位式也稱蜂巢式,最新發(fā)展成帶條開窗式

。專家介紹,開窗式翅片的的擾流性和破風(fēng)膜能力最好,其散熱效率比百頁窗式最少高出35%以上。 散熱器總成制造工藝同樣直接影響散熱效

率和使用壽命,開始采用脹管式、浸漬式,后來發(fā)展到目前的高溫釬焊式,使散熱器整體堅實可靠,抗震抗扭性能大有提高。90年代國際先進水

平的散熱器是由扁圓鋁管和帶條開窗式翅片經(jīng)過高溫釬焊而成的,使散熱器的綜合性能大大提高。這樣可以縮小散熱器的體積,使車頭空間相

對寬暢了。 
3國內(nèi)鋁散熱器的情況及我們的技術(shù)優(yōu)勢 我國汽車目前仍以銅散熱器為主,僅在一些高級轎車上用鋁散熱器。而這些鋁散熱器的器芯結(jié)構(gòu)和

成型工藝基本上屬于國際70年代前期的水平。采用圓鋁管加百頁窗式翅片經(jīng)過脹管工藝成型,其優(yōu)點是工藝簡單、設(shè)備投資少、生產(chǎn)成本低

。從整體上評價,我國汽車散熱器與國際先進水差距仍有20年。但是,也有拔尖的先進產(chǎn)品。 一汽集團公司在1996年底向美國福特汽車公司

引進一條自動化程度很高的鋁散熱器生產(chǎn)線。年生產(chǎn)能力15萬套。散熱器的冷卻水管采用鋁帶經(jīng)過組合對輥自動冷彎后成型,經(jīng)高頻焊接成

扁圓鋁管再與開窗式翅片經(jīng)過高溫釬焊而成,產(chǎn)品達到國際先進水平。這種高性能散熱器是國家要求重點發(fā)展的汽車零部件之一。在“九五

”規(guī)劃中要求在2000年時生產(chǎn)能力達到180萬套,目前距國家規(guī)劃要求甚遠。 我們從“八五”期間開始進行扁圓管的試制。經(jīng)過反反復(fù)復(fù)的

失敗改進、再失敗再改進,最后從設(shè)備、工夾具到工藝過程摸索出一套成熟的扁圓管生產(chǎn)工藝,再配以開窗式翅片經(jīng)過高溫釬焊制成高性能鋁

散熱器。該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式和成型工藝與一汽引進的福特生產(chǎn)線產(chǎn)品屬于同一種類型。盡管我們的裝備遠不及美國福特生產(chǎn)線好,但是我們的

產(chǎn)品和工藝技術(shù)與引進的福特生產(chǎn)線比較,仍具有一定的競爭優(yōu)勢。 a.引進的福特生產(chǎn)線采用厚度為<0.5mm 的薄鋁帶,經(jīng)過多道對輥連續(xù)冷

彎成型后采用高頻焊接成鋁扁管。冷彎高頻焊接的技術(shù)要求非常嚴格,若帶材表面不清潔、有粉塵、油污、斑點、毛刺,或帶材寬、厚不勻,

對輥輥型磨損或電流電壓波動等,均會影響焊接管的質(zhì)量,給以后散熱器的冷卻水管留下種種隱患。據(jù)說鋁散熱器側(cè)漏是國外汽車的通病,而

我們采用的是無縫扁圓鋁管,消除了焊縫側(cè)漏的弊病。德國、日本等外商了解我們的產(chǎn)品后比較感興趣,要求我們提供樣品。 b.引進福特生

產(chǎn)線投資大,生產(chǎn)成本高,產(chǎn)品規(guī)格變化困難。我們采用的設(shè)備和原材料全部國產(chǎn)化,投資少,是引進線的1/4;生產(chǎn)成本低,是引進線的1/3,而

且工藝靈活性大,適應(yīng)我國汽車工業(yè)生產(chǎn)批量小、品牌雜、品種規(guī)格多的現(xiàn)狀。 從上述比較清楚看到,我們的產(chǎn)品具有高起點、高技術(shù)、高

性能、低成本、國產(chǎn)化的特點,搶占了國內(nèi)鋁散熱器的制高點。
4工藝流程簡介 主要工藝流程方塊圖如圖2所示。
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5檢測結(jié)果 
檢測依據(jù):德國大眾汽車公司標準TL- VW874 報告日期:1997年7月15日報告者:趙東 審核批準:戴梅男 5.1耐高溫壓力脈沖性能試驗 試驗設(shè)

備:內(nèi)沖液式高溫壓力脈沖試驗臺試驗方法:按德國大眾汽車公司標TL-VW874中4.1規(guī)定進行,試驗條件如表1。 表1 壓力(kPa) 油溫(℃)周期

(s/次) 10～200～10 130+5 7 試驗結(jié)果:經(jīng)2.0×104 次耐高溫壓力脈沖性能試驗,未發(fā)現(xiàn)有裂紋、脫焊、泄漏等機械損傷現(xiàn)象,滿足了德國

大眾汽車公司質(zhì)量標準要求。5.2耐振動性能試驗 試驗設(shè)備:MTS840振動試驗臺。 試驗方法:按德國大眾汽車公司標準TL-VW874中4.2規(guī)定:

將散熱器注滿常溫水后密封,按實際使用情況將散熱器固定在試驗臺上,條件如表2。 表2 頻率(Hz) 加速度峰值(m/s2) 振動方向20 25 垂直 

試驗結(jié)果:經(jīng)過1.5×106 次耐振動性能試驗,未發(fā)現(xiàn)有裂紋、脫焊、泄漏等機械損傷現(xiàn)象,滿足德 國大眾汽車公司標準TL-VW874中規(guī)定的質(zhì)

量指標要求。 5.3負壓密封性能試驗 試驗設(shè)備:負壓檢漏試驗臺 試驗方法:按德國大眾汽車公司標準TL-VW874中3.5規(guī)定,將散熱器內(nèi)空氣抽

至絕對壓力10kPa.并保壓5s,然后恢復(fù)常壓,反復(fù)進行3次, 然后做正壓密封性能檢查。具體步驟如下:將散熱器除進水口外其余孔堵上,用橡

膠管把進水口連接在壓縮空氣管路上,再把散熱器放入水槽內(nèi),散熱器內(nèi)通入250kPa壓縮空氣,保壓60s,觀察水槽內(nèi)是否有氣泡。 試驗結(jié)果:

按上述試驗方法進行試驗,結(jié)果無泄漏,滿足德國大眾汽車公司標準TL-VW874中3.5項規(guī)定的負壓密封要求。 5.4 散熱器性能試驗試驗依據(jù)

JB2293-78《汽車拖拉機風(fēng)洞試驗方 法》和德國大眾汽車公司標準TL-VW874。 試驗設(shè)備:使用長春汽車散熱器研究所風(fēng)洞試驗臺。該試驗臺

從采集數(shù)據(jù)、計算到試驗結(jié)果由一臺計算機自動控制實現(xiàn)。 試驗工況:溫差為65℃,水流量為100L/min,風(fēng)流量為1000L/s.試驗結(jié)果見表3。 

試驗結(jié)論:實測杭州富陽鋁制汽車散熱器有限公司制造的桑塔納散熱器標準散熱量Qn比原裝桑塔納的Qn高2.5%。 表3 標準散熱量Qn,kW風(fēng)阻

ΔPa,Pa原裝 杭州富陽 原裝 杭州富陽 53.5 54.83 223 190 5.5 性能試驗綜合評價 杭州富陽鋁制汽車散熱器有限責任公司制造的 桑塔納

散熱器按德國大眾汽車公司TL-VW874標準,完成耐高溫壓力脈沖性能、耐振動性能、負壓密封性能、散熱性能4項試驗。
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上述4項試驗滿足德國大眾汽車公司TL-VW874標準。 這是國內(nèi)唯一通過這項標準的新產(chǎn)品,用現(xiàn)代手段在全封閉的電腦設(shè)備上得出的科學(xué)結(jié)

論,充分證明我們的產(chǎn)品技術(shù)是成熟可靠的。歡迎一切愿意與我們合作的單位或個人共同攜起手來,為我國普及高性能散熱器,為節(jié)能、凈化

環(huán)境、美化生活作出貢獻。 我們的成功得到了長春汽車散熱器研究所的幫助和指導(dǎo),深表感謝！
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