[發明專利]一種汽車散熱器釬焊工藝的NB連續式釬焊芯體加熱方法

在審

• 申請號: 201910248747.1
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109926675A
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 楊駿;程瑞成;陶偉平
• 申請（專利權）人: 安徽雙樺熱交換系統有限公司
• 主分類號: B23K1/00
• 分類號: B23K1/00;B23K1/008;B23K3/04;G06F17/50
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 吳肖敏

1.一種汽車散熱器釬焊工藝的NB連續式釬焊芯體加熱方法，該方法包括以下步驟：

S1：建立芯體加熱模型，該模型對芯體表面邊界熱流計算方法如下：

(1)爐膛對芯體輻射熱交換的單位有效熱流為：

芯體表面由對流獲得的單位有效熱為：

q₂＝a·(T_f-T_s) (3-2)

則芯體在爐內獲得的總有效熱流為：

式中：

T_f、T_s--------分別表示爐氣和芯體表面溫度，K；

a----------爐氣對芯體的對流給熱系數，W/(m2·℃)

C_gwm-------爐氣和爐壁對芯體輻射傳熱的導來輻射系數，W/(m2·K4)；

σ₀---------斯蒂芬－波爾茨曼常數，σ₀＝5.67×10^-8W/(m2·K4)；

C_gwm-------

ε------------黑度

------------角度系數

g-------------爐氣

ω-------------爐墻

s-------------芯體

在計算的過程中，可以將式(3-3)用輻射換熱的形式表達：

其中：Φ—總括熱吸收率；

T_f—爐溫，K；

(2)總括熱吸收率法是使用輻射形式表達芯體熱流的參數，是對芯體加熱模型進行的簡化處理，因此，精確的計算總括熱吸收率是保證模型準確性重要保證之一，由以上描述可知總括熱吸收率是綜合性的參數，爐子結構、熱電偶安裝位置、加熱管的數量與間距、氣體成分等因素都能影響參數的確定，總括熱吸收率的計算方法分為理論計算法和實驗計算法，采用試驗的方法求解總括熱吸收率，理論計算法如下：

由

可得到，

其中：ε_gws—導來輻射系數；

q—熱流密度，J/m²s；

T_f—爐膛溫度溫，K；

T_g—爐內氣體溫度，K；

T_s—芯體表面溫度，K

(3)實驗法：

1)、第一種方法(表面溫度梯度法)：

q＝Φ·σ·δT⁴

因此，

其中：

但是由于芯體表面溫度梯度難以確定，這種方法不適合實際應用；

2)、第二種方法(焓增法)：

q＝G·δi

q＝Φ·σ·δT⁴

因此，

其中：G—產量，kg/h；

i—熱焓，kJ/kg，

3)、第三種方法(斷面溫差法)：

q＝Φ·σ·(δT)⁴

因此，

其中：k—形狀系數；

s—芯體透熱深度，m；

δt—斷面溫差，℃，

本研究選用焓增法計算總括熱吸收率，實驗數據使用本研究配套的“黑匣子”實驗進行采集，依據實驗時爐內芯體中心位置所對應的位置，求得爐膛內部各位置的總括熱吸收率，由于通過該方法求得的上下爐膛總括熱吸收率是非連續性的，因此需要將上述數據連續化，因此本文將所得各點值連線成沿爐長方向分布的函數(其中x表示爐內位置點距離爐頭的距離)：

S2芯體加熱過程數學描述：芯體在連續釬焊爐中的加熱過程是一個非穩態的過程，在模型假設和上述條件下，為求得芯體的溫度，需要對芯體的受熱過程進行數學描述，由傅立葉定律可得一維不穩定導熱的偏微分方程：

式中：

t(x,τ)——芯體沿厚度方向的溫度分布，℃；

c(t)——芯體的比熱，為芯體溫度的函數，kJ/(kg·K)；

ρ(t)——芯體的密度，為芯體溫度的函數,kg/m3；

λ(t)——芯體的導熱系數，為芯體溫度的函數,W/(m·K)；,

c(t),ρ(t),λ(t)——均為溫度的函數，

芯體受熱的熱流邊界條件為：

初始條件為：

t(x,τ)|_τ＝0＝t₀ (3-15)

式中：

q_u,q_b----------分別為芯體上、下表面的單位熱流，W/m2；

T_u,T_b-----------分別為芯體上、下表面溫度，K；

φ_u,φ_b-----------分別為芯體上、下表面的總括熱吸收率，W/(m2·K4)；

T_fu,T_fb----------分別為上、下爐膛溫度，K；

2s--------------芯體的厚度，m；

τ---------------時間，s，

要對加熱爐實現數學模型控制，還必須將芯體導熱微分方程離散成能用數值解法的差分方程；

S3芯體導熱微分方程的離散：芯體的加熱過程是關于時間和空間共同作用的一個過程：空間上，芯體內部導熱是發生在厚度方向上；時間上，芯體在不同時間會停留在沿爐長方向上的不同位置，因此，可以將芯體厚度(n)和加熱時間(i)進行劃分，則位于時空網格節點上的任意節點的溫度可表示成：

設n為沿芯體厚度方向上的空間節點，同時在厚度方向上等分n-1層，n＝1,2,3…,n-1，n＝2s/Δx；設i為時間節點，把芯體加熱時間分為e層，e＝τ/Δτ，對(3-10)式使用顯式差分格式進行方程離散，可得到離散方程：

對(3-18)整理后可得：

其中：傅里葉數，

對于邊界N點(上邊界)，由式(3-12)

同理可得：

聯合(3-21)、(3-22)可得：

將(3-23)帶入(3-19)得：

同理，對于1點(下邊界)，根據(3-11)可得其差分方程為：

綜合起來，對于厚度為2s的芯體，分穩態導熱差分方程為：

芯體上表面(n＝2s)：

芯體內部(0<n<2s):

芯體下表面(n＝0):

離散方程的截斷誤差為：

對于采用一種差分算法求解實際問題，應考慮其穩定性和收斂性.如果在任一時間層上引入的誤差在其后的計算中能得到控制，即逐漸消失或保持有界，則稱差分格式是穩定的；當時間和空間網格均趨于零時，若在所有網格節點上差分方程的解與該節點上微分方程精確解的偏差趨于零，則稱差分格式是收斂的，因此，對于金屬內部節點，差分格式的穩定性條件為：

內部點：

邊界點：

其中：畢渥數

通過式(3-26)可以知道，加熱爐加熱過程中，當知道加熱爐爐溫分布，芯體的初始溫度，就可以求出芯體在爐內任意時刻任意位置的溫度；

根據以上差分方程進行編程，可以準確的計算出不同位置芯體內部各點的溫度情況，建立芯體溫度計算模型；

S4模型的求解技巧：在確定產量的情況下，選擇爐溫最高溫度與最低溫度，采用區間逼近的方法調節爐內各點的溫度，通過芯體溫度模型計算出芯體內部各點溫度，找出芯體最小內部溫差的爐溫制度；

根據該模型編寫程序，通過調整網帶速度和芯體擺放間隙找到滿足釬焊要求的溫度，也可以模擬出芯體在爐內各位置的溫度情況。

2.根據權利要求1所述的一種汽車散熱器釬焊工藝的NB連續式釬焊芯體加熱方法，其特征在于：所述該方法采用的是NB連續式釬焊爐，內部采用氮氣保護，爐體分為脫脂區、噴淋區、烘干區、釬焊區、冷卻區以及取件區。除噴淋區，其他區域采用網帶作為傳動部件，噴淋區采用鏤空鋼條作為傳動部件。