逆转铜铝功能错位的衬铜管散热器

摘要：
本文提出铜铝复合散热器中铜铝功能错位的新问题，铜管焊接构造将散热器内外力错给铜管承担，唯一能逆转错位，把力让铝柱翼承担的新结构恰是古老的衬管结构。衬铜管中铜管仅起耐腐作用，不支承任何内外力，铜管壁厚0.3mm足可耐用40年。衬管结构的连接强度高于铜焊管一倍，还要比常用水暖管道多加一道填料挤压型密封。铜衬管散热器省铜69%，成本降18%，衬不锈钢管散热器成本更低，它将是高品质低价位的散热器新秀。
关键词：
铜铝功能 衬管结构 衬铜管散热器 衬不锈钢管散热器

现在散热器的品种很多，淋琅满目，产能早已供 过于求，采暖散热器行业面临着国内外市场更加激烈的竞争环境，能否在市场立足的关键是自主创新和产品开发。散热器产品的改革一直不断进行中，屈指数数能算上自主创新的散热器不多，大多是小改小革。钢制类散热器来自欧洲，压铸铝是欧洲风格，它的构造尺寸甚至散热量都类似国外同类产品，唯有铜铝复合散热器是我国自己创新，经近十年使用站住了脚，被广大用户认可的一款散热器。当然小改小革亦是进步，但使散热器变化不大，在当前的市场环境中更需自主创新的新产品，只有对散热器结构的根本改革，才能明显提升散热器性能。
散热器的结构先看铸铁散热器的结构。铸铁散热器的散热、承受内压外力、耐腐蚀三大功能均为铸铁，是单一材质整体铸造结构。单一材质没有材质选择功能或功能选择材质的问题。在铜铝复合散热器中，有铜铝二种以上材质，这就存在材质和功能合理的配合问题。铝材容易成型，传热性能又好，用它作为散热功能最佳。和铝复合的铜材，担当耐腐功能责无旁贷，至于铜材有没有必要承受内压和外力功能，就需进一步讨论了。
铜铝复合散热器由横水管和立管焊接连接组成，铜铝复合散热器是多种材质的焊接结构。铸铁散热器的难点是铸造，铜铝复合散热器的难点仍是焊接。经散热器行业共同努力，现已解决铜横水管和铜立管焊接技术，但因铜管价格昂贵，铜管管壁较簿，焊接连接强度不高，在连接横水管丝母时，如用力较小影响密封效果，容易漏水；如用力偏大，则连接的铜立管受不了安装必要的扭矩，产生变形甚至损坏，这是铜铝复合散热器反映较多的问题，除此之外，铜铝复合散热器暗存在铜铝功能错位问题。
铜铝复合中铜管多承担内压和外力功能的问题在于：铜铝复合散热器的规范规定，铜立管最小厚度0.6mm。按测定在采暖热水中紫铜管的腐蚀速度是0.005mm/年，推荐散热器使用年限15年，紫铜管的壁厚0.1mm已满足耐腐功能，但承受1.0Mpa内压，紫铜管壁厚就需0.5mm，耐压所需壁厚占到铜立管厚度83%，铜铝复合加铜管的主要目标是防腐，不是承压，但在壁厚占有比例中，铜管耐压是主，防腐是次，本末倒置了铜铝复合的功能位次，这就是所谓铜铝功能错位症状之一。铜铝功能错位症状之二是：散热器铝型材许用应力是33Mpa，紫铜管的许用应力是41.2Mpa，紫铜管大于铝型材许用应力。构件受力能力是材质许用应力和受力面或断面系数的乘积。铜铝复合的铜管在内铝管在外，铝管断面大于铜管，加上铝柱翼的断面，铝材的受力面积远远大于铜管，空心的铝型材，铝型材断面系数更大。综合应力和受力面二项受力能力的基本要素，铝型材的受力能力，无论是承受轴向力、断面的环向力、还是承受外力作用的扭力矩，都远远高于铜管。铜铝复合中承受能力强的铝材不用，反而用受力能力弱小的铜管来承受散热器的内压和外力。铜铝复合中铜铝功能错位造成稀有紫铜金属浪费，连接强度削弱，生产成本大幅度增加。
为什么会产生铜铝功能错位？是铜铝复合散热器的焊接结构造成的，属结构性矛盾。因立管一定要和横水管连接才能成为散热器，横水管和立管一焊接，就成为同一焊接件，成为同一的受力体系。在同一的受力体系中，横水管和立管均受这一体系所有力的作用。换句话说，因焊接结构错使铜铝复合的铜立管承受散热器的外力和内压力。
怎样改变铜铝复合散热器的连接结构，逆转铜铝功能错位？还得从焊接结构分析。任何连接结构的基本要求是连接牢固和严密。横水管和立管是焊接结构，焊接结构的特点是连接牢固和严密成一体，像一个连体婴儿，一项焊接连接起了二个作用。要达到连接的基本要求又能逆转铜铝功能错位的唯一新结构是，古老的衬管结构。若衬管结构衬的是铜管，铜铝复合散热器就是衬铜管散热器。
衬铜管散热器逆转了铜铝功能错位，横水管与铝柱翼由机械加结构胶双固定。对于Φ22铜立管，采暖试水压产生的盲板力是57kg，焊接连接铜管最大许可力为215Kg，衬铜管散热器的双固定许可受力是434Kg，双固定连接是焊接连接许可受力的二倍，正常安装拧丝不会扭曲散热器。水暖管道常用的密封是管丝加填料，管丝是受力，填料是密封。衬铜管散热器密封连接是，二道成形填料加上液体填料密封，它要比常用水暖管道多加一道密封，二道密封连接使横水管和立管连接更严密，确保散热器安全不漏水。
说了半天，所谓的衬铜管散热器不是和插接型散热器相似？答案很肯定，两者根本不同。插接型散热器横水管的管件插入立管中，插和接是固定，也是密封，立管是受力件，也是密封件，也是一个连体婴儿。在这里且不论插接型固定力是否足够，是否稳定，也不论插接型是否能保住密封，根本的区别在于：插接型散热器牢固和密封不分，插接型的接件-簿壁不锈钢管既承受散热器外力和内压力，还多承受很大的胀管应力，而衬铜管散热器根本不存在此类特征性的问题。顺便提出，有人在插接部位加密封胶以加强插接的密封。要知道密封胶只能起密封作用，不能作为固定的胶，插接型是靠过盈插入产生一定的胀力来固定横水管和立管，插接处加了密封胶，则丧失或减弱原有的固定力。用户安装散热器后，一旦有足够大、不定方向、往复的热冷缩胀力作用插接散热器，横水管和立管将发生位移而漏水。
衬铜管散热器和压铸铝用“O”形圈加激光焊接的双重密封复合连接的差异在何处？衬铜管散热器的成形填料和双重密封O形圈都是挤压型密封圈，最常用的密封，这一点相同，谁也不会，也不允许把最常用的密封划入自己的专利保护范围。压铸铝的特征是“O”形圈加激光焊接双重密封，衬铜管散热器是非焊接的机械加结构胶双固定和二道成形填料加液体填料密封，两者特征各不相同，不同的专利技术。客观地讲，激光焊和“O”形圈挤得很近，激光焊很容易烧伤“O”形圈，衬铜管散热器不存在此类问题，若感兴趣可以将衬铜管散热器的新结构引入压铸铝中，也许会开劈出另一片新天地。
归纳新结构的衬铜管散热器有益效果有：
⒈省铜生产成本低。
铜管是铝柱翼管的内衬管，衬铜管散热器的衬铜管只传递内压力，不支承任何力，衬铜管的功能仅是耐腐防腐。铜内衬管壁厚0.1mm能耐腐15年，照理说衬管壁厚0.1mm已符合要求，但管壁过分薄不好内衬，取铜衬管壁厚0.3mm，耐腐40多年比较适宜。
衬铜管散热器的铜立管不和横水管焊接，不要求横水管是铜管，另一个原因是横水管没有铝管复合，横水管没有理由，也没有必要一定用铜管。俗话说得好，好钢用在刀刃上，现在是好铜用在衬管上。把横水管的紫铜省下来，横水管两端头黄铜丝堵也省下来，尽可能节省稀有金属，节约贵重材料资源。厚钢管替代铜横水管，增大散热器刚度，内防腐也很好处理。横水厚钢管可用现有的任一种内防腐，还能用热镀锌防腐，更推荐涂塑内防腐。交通大学介电与功能材料研究所研究员周师岳，在“第二届采暖散热器综合工艺技术与发展论坛暨相关配套件产品展示交易洽谈会” 说，散热器“产品的结构如果打开了，可以用粉末涂料来进行施工，而且施工的效率肯定比常规的提高几倍甚至几十倍。”粉末内防腐的工效高，综合成本价将比溶剂型内防腐涂层低。衬铜管散热器打开了散热器产品的结构，完全能用粉末涂料防腐，不但成本低，生产没有污染，散热器生产过程更环保。

衬铜管散热器最大限度降低了铜耗，去消了铜横水管，衬铜管壁厚0.3mm。以Φ22铜立管的H=600mm衬铜管散热器计，每柱散热器耗铜0.314Kg降至0.098Kg，省铜69%。除去增加钢横水管及其附件所需费用，每柱散热器约省7元，生产成本约降18%，耐腐年限增至40多年，散热器内连接强度高于铜焊管一倍，还要比常用水暖管道多加一道密封。总之，衬铜管散热器的性能全面大幅度提高，生产成本明显下降。

⒉衬管结构构成低价位的衬不锈钢管散热器。
不锈钢和铜的耐腐能力相当，不锈钢管价比铜管低近一半，市场曾纷纷推出不锈钢水道散热器，火红了一阵,短时期内频频漏水而消失在市场中。熔焊高温改变不锈钢材的金相组织结构，丧失了不锈钢的耐腐蚀性能，熔焊是不锈钢的致命点。衬管结构中衬的是不锈钢管，就成了内衬不锈钢管散热器。衬管结构的水道连接没有焊接，没有不锈钢的致命点，再推荐用薄壁不锈钢无缝管，不锈钢管水道中无任何焊缝，杜绝熔焊高温改变不锈钢材性能的可能，防止不锈钢的悲剧重现。
衬管结构的衬不锈钢管散热器性能和衬铜管散热器的性能完全相同，不再重复叙述，价位如何？大概的比较就知。目前薄壁不锈钢无缝管3万每吨，壁厚0.3mm；薄壁无缝钢管0.9万每吨，壁厚要1.5mm，不锈钢管和钢管容重差1.6%，取等值比价格没有多大的误差，从壁厚和价格的比例可知，散热器用不锈钢无缝管要比用无缝钢管便宜，何况钢管还有耐腐防腐处理费用；2.5mm厚钢管4千元每吨，壁厚是不锈钢无缝管的8.3倍，价格比是1/7.5倍，一般认为厚钢管的钢铝复合散热器便宜，但衬不锈钢管散热器价位更低，而且衬不锈钢管还有降价的空间，若熟练掌握衬不锈钢管技术，不锈钢管壁厚减到0.2mm，能耐腐30年仍高于采暖散热器行业的规定。衬不锈钢管散热器有许多优势能成为市场新秀，高性能适合中高挡装饰的家庭，低价位又能拿到批量工程的定单，适用范围广，以致能影响各散热器在市场中定位，衬不锈钢管散热器首先会抢夺钢铝复合散热器市场份额，若铝型材价1.5万/吨，簿钢板0.45万/吨，衬不锈钢管散热器还会与钢制柱翼散热器拚抢客户。
⒊新工艺。
焊接是散热器的关键工艺之一。新结构衬管散热器的管道连接没有焊接，但它有部件还要焊接。按行业惯例，一般用闪光电阻焊、氩弧焊等熔焊。熔焊焊接会产生尖角毛刺、暗缝、夹缝，在焊件内部无法补修；产生的高温改变了材质性能，又会引发局部腐蚀。钢制散热器原本容易生锈，加上焊接不利因素，钢制散热器漏水大多发生在焊接连接处。对于平整的内防腐涂料表面，形成均匀的涂层才能有防腐能力，因焊接的缺陷，涂料防腐效果很难有保证。
摩擦焊是成熟、节能环保的焊接技术，因散热器本体构造限制，至今未在散热器行业应用。新结构散热器构造的焊接部件可以用常用的熔焊，更适合用非熔焊的摩擦焊。因为：
①焊接质量好而且稳定。例如锅炉蛇形管和汽车排气门摩擦焊的废品率，由原来闪光焊的10%和1.4%分别下降到0.01%。焊件尺寸精度高。焊接的柴油机预燃室全长的最大误差为±0.1%mm。
②焊接生产率高。例如发动机排气门双头自动摩擦焊机的生产率可达到800～1200件／h。每件焊接时间以秒计，一般只需零点几秒至几十秒，是其它焊接方法如熔焊、钎焊不能相比的。询问西安摩擦焊机生产厂，包含装卸工件时间，焊部件150～200件／h。尤其需要注意的是不需考级焊工操作。
③生产费用低，产率高。由于焊机功率小，焊接时间短，故可节省电能。摩擦焊与闪光焊比较，节省电能80～90%左右。此外工件焊接余量小；焊前工件不需特殊加工清理；本部件管内不产生焊接飞边，管外焊接飞边不必去除；不需填充材料和保护气体等。因此加工成本与电弧焊比较，可以降低30%左右。询问西安摩擦焊机生产厂，我们的加工件每台消耗7千瓦时电能，再也没有其他消耗。相当每个焊接头3.5～4.6分，加人工工资的全部费用为0.1～0.13元/每个焊接头，比起0.5元/每个氩弧焊接头要经济得多。
④环保，无污染。焊接过程不产生烟尘或有害气体，不产生飞溅，没有弧光和火花，没有放射线。摩擦焊技术被誉为未来的绿色焊接技术。
⒋新外观。
用户购买散热器先看外观，看中了外观才会进一步问散热器性能及价格。外观是艺术，没有一个标准能划分那个散热器达到好看，那个散热器被划为外观不合格。但外观有规律性可遵守，据散热器行家说，散热器要经看，耐看，协调，吸引人。有些国外散热器的外观看起来确实舒服，浅浅的颜色、简洁的线条、完整的柱体，非常简洁时尚。据观察，国外散热器没有把散热器分为上中下三大块的分段。现有散热器的扣罩和柱翼分界太明了，尤其是散热器园形横水管下的矩形孔，没有任何装饰处理，遗忘的一角，散热器只能看正面，不能看侧面。有的产品用挡板遮掩一下，看起来像补了一个补丁，效果不佳。赶时髦，新结构散热器甩掉三分段的老样，装扮成一整体的新颜。首先统一扣罩和柱翼外貌风格及色调，尤如穿上一套合身的套装扣罩。其次延伸柱翼高度填补横水管下矩形孔。请看效果图。效果图中显示出一个简洁时尚新外观的散热器。由于装扮套装扣罩，额外增了6.4%散热面，相应加大散热量，当然要多消耗一点铝型材。
新外观、新结构、新工艺的三新衬管散热器，性能大幅度提高，生产成本价格明显下降，这都以相关行业成熟可靠的标准、工艺设备、产品的基础上，经本人多年投入大量资金研制出来的。三新衬管散热器的技术是可靠的，散热器性能全面大幅度提升是客观的。欢迎合作发展，谋共嬴。最后加一句，正告那些正人君子者，照搬仿冒必受到法律追究。

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