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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(xiàng)性能進(jìn)行了測試和綜合評價(jià),結(jié)果表明,研制的新產(chǎn)品

主要性能指標(biāo)完全符合德國大眾公司標(biāo)準(zhǔn)。 
關(guān)鍵詞:鋁制散熱器;研制;性能試驗(yàn) 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(dá)國家用鋁散熱器代替銅散熱器是因?yàn)殇X散 熱器具有重量輕、散熱效果好、節(jié)能、
耐用等許多優(yōu) 點(diǎn)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳工作溫度是80～90℃之間,在這個(gè)溫度工作,可使燃耗最低、效率最高、排氣最少,可延長發(fā)動(dòng)機(jī)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(dá)到1800～2000℃, 燃料熱量的將近1/3傳給發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體、氣

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

受高溫失效,零件強(qiáng)度降低易磨損等故障,使發(fā)動(dòng)機(jī)無法正常工作。所以說散熱器是水冷發(fā)動(dòng)機(jī)不可缺少的重要部件。它直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)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(hù)層及浸漬鉛錫合金進(jìn)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(qiáng)度比PbSn焊料的焊接強(qiáng)度高3倍。而且重量最少減輕50%,裝拆方便,造價(jià)又低,使鋁散熱器的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)勝于銅

散熱器。 發(fā)達(dá)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(shí)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(dòng)機(jī) 的功能要求不斷提高。熱負(fù)荷越來越高,使發(fā)動(dòng)機(jī)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(dá)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(cuò)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(jiān)實(shí)可靠,抗震抗扭性能大有提高。90年代國際先進(jìn)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(diǎn)是工藝簡單、設(shè)備投資少、生產(chǎn)成本低

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

引進(jìn)一條自動(dòng)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?zhàn)詣?dòng)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(dá)到國際先進(jìn)水平。這種高性能散熱器是國家要求重點(diǎn)發(fā)展的汽車零部件之一。在“九五

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

失敗改進(jìn)、再失敗再改進(jìn),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(jìn)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(yuǎn)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(jìn)的福特生產(chǎn)線比較,仍具有一定的競爭優(yōu)勢。 a.引進(jìn)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(yán)格,若帶材表面不清潔、有粉塵、油污、斑點(diǎn)、毛刺,或帶材寬、厚不勻,

對輥輥型磨損或電流電壓波動(dòng)等,均會(huì)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(jìn)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(jìn)線的1/4;生產(chǎn)成本低,是引進(jìn)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(diǎn)、高技術(shù)、高

性能、低成本、國產(chǎn)化的特點(diǎn),搶占了國內(nèi)鋁散熱器的制高點(diǎn)。
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(biāo)準(zhǔn)TL- VW874 報(bào)告日期:1997年7月15日報(bào)告者:趙東 審核批準(zhǔn):戴梅男 5.1耐高溫壓力脈沖性能試驗(yàn) 試驗(yàn)設(shè)

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

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

大眾汽車公司質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。5.2耐振動(dòng)性能試驗(yàn) 試驗(yàn)設(shè)備:MTS840振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。 試驗(yàn)方法:按德國大眾汽車公司標(biāo)準(zhǔn)TL-VW874中4.2規(guī)定:

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

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

量指標(biāo)要求。 5.3負(fù)壓密封性能試驗(yàn) 試驗(yàn)設(shè)備:負(fù)壓檢漏試驗(yàn)臺(tái) 試驗(yàn)方法:按德國大眾汽車公司標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)水口外其余孔堵上,用橡

膠管把進(jìn)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(yàn)結(jié)果:

按上述試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果無泄漏,滿足德國大眾汽車公司標(biāo)準(zhǔn)TL-VW874中3.5項(xiàng)規(guī)定的負(fù)壓密封要求。 5.4 散熱器性能試驗(yàn)試驗(yàn)依據(jù)

JB2293-78《汽車拖拉機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)方 法》和德國大眾汽車公司標(biāo)準(zhǔn)TL-VW874。 試驗(yàn)設(shè)備:使用長春汽車散熱器研究所風(fēng)洞試驗(yàn)臺(tái)。該試驗(yàn)臺(tái)

從采集數(shù)據(jù)、計(jì)算到試驗(yàn)結(jié)果由一臺(tái)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)。 試驗(yàn)工況:溫差為65℃,水流量為100L/min,風(fēng)流量為1000L/s.試驗(yàn)結(jié)果見表3。 

試驗(yàn)結(jié)論:實(shí)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(biāo)準(zhǔn)散熱量Qn比原裝桑塔納的Qn高2.5%。 表3 標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)綜合評價(jià) 杭州富陽鋁制汽車散熱器有限責(zé)任公司制造的 桑塔納

散熱器按德國大眾汽車公司TL-VW874標(biāo)準(zhǔn),完成耐高溫壓力脈沖性能、耐振動(dòng)性能、負(fù)壓密封性能、散熱性能4項(xiàng)試驗(yàn)。
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上述4項(xiàng)試驗(yàn)滿足德國大眾汽車公司TL-VW874標(biāo)準(zhǔn)。 這是國內(nèi)唯一通過這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(xiàn)。 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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據(jù)，檢測價(jià)格等相關(guān)信息。