熱交換用鋁板帶箔材生產過程中的質量控制分析

金繼勇

（上海能源鋁板帶廠，上海 221600）

針對鋁板帶箔最早是被運用在汽車的熱傳輸材料上的，而且在20世紀70年代被大規模地運用，當時因石油危機，使得汽車制造商必須通過減輕汽車的重量來實現節省燃料的目的，當時，銅作為熱交換材料時不能實現減輕汽車重量的要求。通過多次研究，發現鋁作為熱交換材料有著很多的優勢，其中就包括其價格沒有黃銅高；其重量也相對較輕，能夠實現節省燃料的目的；并且鋁進行釬焊后牢固性也相對較高；防腐鋁合金的使用壽命也相對較長，且能夠再回收進行循環利用。由此可見，鋁作為熱交換材料是非常有效的，這也就要求在熱交換用鋁板帶箔材生產時應重視質量的控制，以此增強鋁板帶箔材質量，并發揮其在熱交換中的作用。

1 熱交換器的鋁化率趨勢分析

針對鋁的特性進行分析，發現熱交換器是比較適合運用鋁制造的器件。因鋁的散熱器質量要比銅減少大約20%以上，且加工費也是大致相同的。這使得很多汽車產品中的空調器都是運用鋁材來制造的。針對散熱器鋁化率情況來看，在歐洲有95%，美國大致在80%左右。而在我國2000年以前，多數汽車都是以銅散熱器為主要部件，占據總比例的92%以上，但隨著時代的不斷發展、科技的不斷進步，我國的鋁散熱器也得到了進一步的發展，并且由鋁制的內冷卻器、加熱器心部等器件也得到了有效的推廣和運用。

在很多汽車行業中，其熱交換部分都是以鋁材為主，而且鋁材也有不同的規格，包括板、帶、箔以及復合帶(箔)等形式，整體的品種規格相對較多，且對質量的要求也是相當高的。隨著當前科學技術的進一步發展，汽車用散熱器也在逐漸向著輕便、小型、高性能以及低成本等方向不斷前行，這也將鋁散熱器的優勢更好地發揮出來，使得很多汽車中的散熱器制造也逐漸鋁制化。

2 我國鋁板帶箔生產現狀分析

2.1 鋁板帶箔的生產企業

我國是在20世紀50年代才真正形成了一定規模的生產企業，為鋁板帶箔生產加工業的發展提供了一定的條件。隨著改革開放以及經濟浪潮的不斷推動，行業發展也向著新態勢不斷前行，企業的數量也在增加，整體的產能規模也在進一步提高。針對當前我國的鋁加工行業的存續企業有2358家，其占據總企業數量的65%左右；而在業企業數大致占比在19%左右；注銷的企業數量占據總企業數10%左右。但與發達國家相比，我國的鋁加工企業規模產能卻呈現有待提升的趨勢。

2.2 鋁板帶箔行業的生產規模

隨著21世紀的到來，我國鋁板帶箔行業的年產量也呈現出逐年提升的趨勢。2003年，我國鋁板帶箔行業的產量已達到130萬噸，而且鋁箔的產量也突破了40萬噸。2008年，我國鋁板帶箔行業的產量已超過608萬噸，相比2003年的產量有了大幅的提升。2015年，行業產量超過1432萬噸，可以說我國鋁板帶箔行業的年產量呈現出逐年遞增的趨勢。針對我國近幾年在鋁板帶箔行業產量數據做整合分析發現，整體產量呈現出高速攀升的態勢。實現鋁板帶箔產能迅速提升的關鍵是工藝技術的提升，與生產企業數量逐漸增多有極大的關系。

2.3 鋁板帶箔生產行業

針對我國的鋁板帶箔生產企業整體的數量與總產能呈現出不斷提升的趨勢，從國際角度來講，是有極大意義和作用的。但從我國行業實際情況來看，還存在一定的劣勢。其中企業間的規模和能力呈現一定的差距，因我國鋁板帶箔企業中多以小型企業為主，整體的生產設備有待改善和優化，因此，使得行業年產量要低于國際水平；另外，因資源利用率相對偏低，難以滿足節能減排標準要求。對此，要注重我國鋁板帶箔生產企業的規劃，加大扶持力度，結合相應標準和要求，注重生產水平的提升，優化生產設備，進一步增強企業鋁板帶箔生產質量和效率，以此為行業發展奠定堅實基礎。

3 熱交換用鋁板帶箔材生產過程中質量控制對策

3.1 優化熔煉與鑄造過程

要想進一步提升產品的質量，那么就要針對其生產源頭進行控制與優化。所以，在熔煉與鑄造工作開展前，應針對原材料進行嚴格的檢查，并落實想要的標準，確保原材料質量達到標準要求。在實際工作中，熔鑄的原料包括廢料(回收廢料等)、中間合金以及原鋁錠等。其中在運用廢料時，應針對廢料化學成分做嚴格且縝密的監控，對這一部分的控制標準要比一般的國際標準還要嚴格。而要想確保該工作有序開展，應落實嚴格的標準取樣檢驗流程，借助高級光譜分析儀開展相應工作等。在運用光譜儀時會測定出較多的元素，測量好的元素主要包括鈣、鈹、鈉等。

針對釬焊金屬工作，主要形式就是以純鋁為基礎，添加合金元素，其中關鍵元素就包括硅。通過將低雜質的硅添加其中，能夠獲得更優質的釬焊鑄錠。硅元素在加入熔體金屬時，要重視的是運用有效措施來杜絕氧化問題的出現。例如，運用高純硅粉，借助噴槍將其噴射進熔體液面中。對于該方法和向爐中投擲硅塊的方法相比是非常有效的。而針對后續鑄造工作，要科學有效地控制鑄造的溫度、鑄造時的速度以及冷卻速度等，以此杜絕在鑄造時出現問題，從而為提升鑄錠的質量提供保障。

根據實際的情況，科學開展熔煉與鑄造工作，是能夠提供各種尺寸的芯層、釬焊層以及觸水層和鑄錠的。鑄造工作完成后，如果出現缺陷問題一般都是會在鑄錠表面或是頭尾。而要想減少或是杜絕鑄錠出現缺陷問題，那么可以開展頭尾鋸切，由此清除頭尾缺陷問題，之后再通過銑面來實現消除鑄錠表面氧化物以及偏析物等情況。針對開展銑面工作時，要結合相關規定，對需要進行銑削表面的鑄錠進行質量以及厚度的控制，因芯層鑄錠的銑削厚度是會對最終產品復合率帶來一定影響的，對此要重視銑削工作的開展。并且為了更好地優化鑄錠內部的組織結構，那么會在銑面前有效地開展鑄錠均勻化處理，以此確保鑄錠質量達到標準要求。

3.2 有效開展復合與熱軋工作

（1）復合工作的開展。在完成了鑄錠銑面工作后，應對釬焊層合金鑄錠開展加熱熱軋工作。實施加熱工作時，要重視的是以正確加熱程序為基礎，主要就是防止由于金屬材料升溫太快，而導致金屬溫度高于金屬熔點，最終引發過燒問題。在確保鑄錠加熱滿足熱軋溫度后，再開展熱軋工作，另外，在該工作中應重視的就是釬焊板最終的厚度和釬焊板邊部的具體情況，由于釬焊板厚度是關乎能否得到正確復合率的重要環節，一旦釬焊層邊部情況未能達到標準要求，那么，會導致板材最終工序的成品率有所降低，難以提升其整體質量。確保釬焊板滿足軋制規定的厚度要求后，應借助液壓剪將板材進行剪切，并控制好其剪切的長度，以此為復合操作提供基礎。針對該工作中，需要準備的板材種類主要包括釬焊層以及觸水層等，其厚度應結合各復合率要求來決定，一般都是在6～50mm。完成了芯層鑄錠以及釬焊層板材的準備工作后，就可以進行復合工作，其復合的關鍵目的在于將芯層鑄錠和釬焊板進行牢固地結合，其中要借助加熱與熱軋的形式開展工作。

開展復合焊接工作時，要確保所焊縫處保持連續均勻，而且在開展焊接前應清理釬焊板、芯層鑄錠的表面，確保釬焊板的表面以及芯層鑄錠表面油脂以及灰塵等清除干凈。一旦其表面出現雜質，那么芯層和釬焊板間會出現氣泡，對其質量會帶來嚴重影響。另外，復合工作前應做到測量芯層以及釬焊層間厚度，之后在將所有的數據以及鑄造標號等共同輸入計算機系統中，以備后續查閱。

（2）科學開展熱軋工作。針對完成復合后的材料，需要在加熱爐中進行預熱，滿足450～500℃才能進行軋制。前幾道的熱軋工作是非常重要的部分。在進行軋制工作時，如果釬焊板與芯材鑄錠間未能良好結合，那么，其兩者間將會出現不同的變形，只有確保其兩者間良好結合，才能保障兩者變形一致。而要想確保所生產的材料有嚴格公差，就要了解軋制時所呈現的壓下量、各合金、各合金組合的具體變形情況等，而這些內容要在生產實踐中才能得到。開展熱軋工作時，其中的乳化液作用非常關鍵，因此要對其做到全面監控。只有確保熱軋板型滿足要求，才能確保熱軋工作輥型滿足標準要求，在對工作輥型進行控制時，應以乳化液為基礎來對熱軋變形接觸為主進行合理的冷卻與潤滑。而且乳化液也能對板材的表面進行有效的清洗，對于復合材料熱軋，應確保軋機保持穩定后才能開展軋制工作。熱軋中應重視對溫度、厚度、板型的控制，這是確保后續工作良好開展的關鍵。

3.3 有序開展冷軋施工

確保材料溫度冷卻到室溫后，就可以進行冷軋操作。針對復合材料冷軋操作和一般性的工業材料冷軋形式大致相同。但針對熱傳輸材料來說，很多客戶對于其厚度公差有著嚴格的要求，如厚度應控制在0.1mm的翅片材料，它的公差主要控制在±0.005mm之間。另外，應確保設備的能力Cpk值控制在高于1.33之間。針對各種用途不同熱傳輸材料機械性能有相應的要求。一般采用的狀態包括H1X(H12～H18)或O態，其中的H1X狀態材料，要求在實現最終冷軋前開展成品退火，對于O態，是需要在進行冷軋后開展成品退火。

在開展冷軋各種時，應以最終的壓下量控制以及退火程序設計讓熱傳輸材料所呈現的機械性能以及狀態等都可以滿足顧客需求。開展軋制工作時，要注重對軋制油質量監控系統以及吹掃系統進行合理的運用，由此杜絕鋁材表面在實施退火時出現油斑，不然會導致客戶在進行釬焊時出現問題和困擾。另外，值得注意的是，軋制時應杜絕液壓油泄漏問題給軋制油帶來污染，需要對軋制油開展合理的過濾，并且也可以運用軋制油膠質測試以及黏度與添加劑含量監控等形式確保軋制油質量達到標準要求。退火時，應重視卷材放置的形式，各種合金、規格卷材要運用相應的退火工藝，這樣才能更好地確保油斑得到清除，并對其進行合理的控制。

3.4 有效開展精整與包裝工作

針對實際運用在生產汽車的熱交換器的熱傳輸材料，很多都是15～300mm寬度卷材為基礎，結合其最終使用途徑的不同，其材料主要包括翅片料、管料、頭板料以及側板料等。要想確保剪切工作更順利地開展，要確保材料在實施縱剪剪切時保持平整度。而且其材料在實施剪切前，如果必要，會開展連續張力矯直，由此實現卷材板形得到改善。在這樣工作中選擇良好的縱剪刀具是得到良好卷材邊部的重要部分，待完成剪切后的材料邊部情況，對于客戶良好的釬焊也是非常重要的，要確保材料側面和表面保持垂直角度，不能出現毛刺、錯層以及扭曲變形等問題出現。完成縱剪工作后，要運用真空吸盤以及其他輔助設施等，針對卷材結合需求開展水平、垂直等包裝發展。一些客戶會針對自身設備情況的差異，會對內芯、包裝的高度、包裝的重量以及防潮和防腐等有不同的需求。

3.5 對質量進行科學控制和檢測

針對整個生產過程中，必須對所有的工序開展嚴格且完善的質量控制以及檢驗工作，保障其完全滿足要求后才能將其轉入下一個工序。針對整個生產環節，要針對產品開展化學成分的檢驗，厚度、寬度以及長度的測量，卷徑、機械性能以及復合率等進行測試。針對較為特殊的材料，如抗塌陷材料，會對其開展抗塌陷性能的試驗。針對這些工作的開展都是為了給客戶交付高質量的產品，確保鋁板帶箔材產品滿足國家標準以及客戶需求。

4 結語

針對熱交換用鋁板帶箔材的產品的生產施工，要嚴格地按照國家標準以及客戶具體要求開展施工，確保其質量得到良好的控制，嚴格落實各項施工標準，做到層層把關，只有如此，才能生產出滿足客戶要求和符合標準的優質鋁板帶箔材產品。