板式换热器的制造方法

板式换热器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及制造永久连接的板式换热器(1)的方法，所述板式换热器(1)包括具有高于1100℃的固相线温度、提供在彼此旁边并与用于第一介质的第一板空隙(4)和用于第二介质的第二板空隙(5)形成板组(3)的多个金属换热器板(2)，其中所述第一板空隙(4)和所述第二板空隙(5)以交替顺序提供在所述板组(3)中，其中各换热器板(2)包括传热区域(10)和包括围绕传热区域(10)延伸的弯曲边缘(15)的边缘区域(11)，其中所述板(2)的第一表面(16)形成凸形形状且所述板的第二表面(17)形成凹形形状，其中所述传热区域(10)包括突起(18)和凹陷(19)的波纹，其中所述板的波纹和所述弯曲边缘(15)通过压制所述板提供。本发明还涉及通过所述方法制造的板式换热器(1)。
【专利说明】板式换热器
[0001] 背景 本发明涉及制造板式换热器的方法和通过所述方法制造的板式换热器。

【技术领域】
[0002] 可使用不同的方法来连接具有高熔融温度的合金。在本文中，"高熔融温度"为高 于900°C的熔融温度。焊接（welding)是常用的方法，其中将母体金属在有或没有其他材料 的情况下熔融，即，通过熔融和再凝固产生铸造产物。
[0003] 硬焊（brazing)是通过引入在高于450°C烙融的液态金属连接紧密靠近的固态金 属的方法。硬焊接缝通常在选择适当的填料合金时产生，母体金属表面是清洁的并在加热 到硬焊合金的流动温度期间保持清洁，且使用合适的接缝设计。在该过程期间，硬焊填料在 高于450°C的温度下熔融，S卩，在低于欲连接的母体金属的液相线温度的温度下形成液体界 面。为了实现硬焊，该液体界面应该良好地润湿且流动。
[0004] 软焊（soldering)是其中两种或更多种金属物品通过填料金属即软焊剂熔融并 流动到接缝中而连接的方法，该软焊剂具有比工件低的熔点。在硬焊中，填料金属在比软焊 剂高的温度下熔融，但工件金属不会熔融。在软焊和硬焊之间的差别是基于填料合金的熔 融温度。通常将450°C的温度用作在软焊和硬焊之间的实际界点（delineating point)。
[0005] 通常，硬焊的程序包括施用与在欲连接的母体金属之间的间隙或空隙接触的硬焊 填料。在加热过程期间，硬焊填料熔融并填充欲连接的间隙。在硬焊过程中，有三个主要阶 段，其中第一阶段被称作物理阶段。物理阶段包括硬焊填料的润湿和流动。第二阶段通常 在给定的连接温度下出现。在该阶段期间，存在固-液相互作用，其伴随着实质性的质量传 递。在该阶段，马上连接液态填料金属的母体金属体积溶解或与该填料金属反应。同时，来 自液相的少量元素渗透到固态母体金属中。组分在连接区域中的该重新分配引起填料金属 组成的改变，且有时导致填料金属的凝固的发生。与第二阶段重叠的最后阶段的特征在于 形成最终接缝微观结构并在接缝的凝固和冷却期间进展。
[0006] 连接两个金属部件（母体材料）的另一方面为瞬时液相扩散连接（TLP连接），其 中当来自中间层的熔点抑制元素在连接温度下移动到金属部件的晶格和晶界中时发生扩 散。固态扩散过程随后导致在连接界面处组成的改变且不同的中间层在比母体材料低的温 度下熔融。因此，液体的薄层沿界面铺展以在比任一金属部件的熔点低的温度下形成接缝。 连接温度的降低引起熔体凝固，且该相随后可通过保持在连接温度下一段时间而扩散开， 进入金属部件中。
[0007] 诸如焊接、硬焊和TLP-连接的连接方法成功地连接金属部件。然而，焊接具有其 局限性，因为其可能非常昂贵或者当它们难以接近时，甚至不可能产生许多接缝。硬焊也具 有其局限性，例如，其有时难以恰当地施用或甚至难以确定最合适的填料金属。TLP-连接在 面临连接不同材料时是有利的，但具有其局限性。例如，常常难以找到合适的中间层且在欲 填充大间隙的情况下或当欲形成相对较大的接缝时，该方法并不真的适合产生接缝。
[0008] 因此，在选择某一连接方法时涉及到许多因素。同样关键的因素有成本、生产率、 安全性、工艺速度和连接金属部件的接缝的性质以及在连接之后金属部件本身的性质。即 使上述方法具有它们的优点，但是仍然需要将作为目前方法的补充使用的连接方法，特别 是在考虑像成本、生产率、安全性和工艺速度的因素时。
[0009] 概述 本发明的目的在于改进上述技术和现有技术。具体地讲，其目的在于提供以简单且可 靠的方式、同时仍然在板式换热器的板之间制造坚固的接缝来制造永久连接的板式换热器 的方法。
[0010] 为了实现这些目的，提供了制造包括具有高于1100°C的固相线温度的多个金属换 热器板的永久连接的板式换热器的方法。所述板提供在彼此旁边且与用于第一介质的第一 板空隙和用于第二介质的第二板空隙形成板组（plate package)，其中所述第一板空隙和 所述第二板空隙以交替顺序提供在所述板组中。各换热器板包括传热区域和包括围绕所述 传热区域延伸的弯曲边缘的边缘区域。所述板的第一表面形成凸形形状，所述板的第二表 面形成凹形形状且所述传热区域包括突起和凹陷的波纹。所述板的波纹和所述弯曲边缘通 过压制所述板提供。所述方法包括以下步骤： 将熔融抑制组合物施用在第一板的第一凸形表面的至少一部分上，所述熔融抑制组合 物包含： ?包含至少25重量％用于降低所述第一板的熔融温度的硼和硅的熔融抑制组分，和 ?任选的用于促进所述熔融抑制组合物施用在所述第一表面上的粘合剂组分， 通过将所述板堆叠成板组使第二板的第二凹形表面与在所述第一板的第一凸形表面 上的所述熔融抑制组合物接触， 将所述第一板和所述第二板加热到高于ll〇〇°C的温度，所述第一板的第一凸形表面由 此熔融，使得所述第一板的表面层熔融且与所述熔融抑制组分一起，形成在所述第一板和 所述第二板之间的接触点处与所述第二板接触的熔融金属层，和 让所述熔融金属层凝固，从而在所述板组中的所述板之间的接触点处获得接缝并且所 述弯曲边缘形成在所述板组中的所述板的弯曲边缘之间的紧密配合。
[0011] 所述板的金属可具有例如铁_、镍-和钴-基金属合金的形式，因为它们通常具有 高于1KKTC的固相线温度。所述板不可为不具有高于1KKTC的固相线温度的纯铜、铜基合 金、纯铝或铝基合金。在所述金属板中的金属或甚至所述金属板本身可称为"母体金属"或 "母体材料"。在本文中，"铁-基"合金为其中铁具有在合金的所有元素中的最大重量百分 数（重量％)的合金。相应的情形也适用于镍-、钴-、铬-和铝-基合金。
[0012] 如所指出，所述熔融抑制组合物包含至少一种组分，所述组分为熔融抑制组分。任 选地，所述熔融抑制组合物包含粘合剂组分。对降低至少所述第一板的熔融温度作出贡献 的熔融抑制组合物的所有物质或部分视为所述熔融抑制组分的一部分。将熔融抑制组合物 的并不涉及降低至少所述第一板的熔融温度，而是"粘合"熔融抑制组合物的部分视为所述 粘合剂组分的一部分，因此其形成例如糊浆、漆料或浆料。当然，所述熔融抑制组分可包含 其他组分，诸如少量的填料金属。然而，所述填料金属不可能代表超过75重量％的熔融抑 制组分，因为至少25重量％的熔融抑制组分包含硼和硅。如果填料金属包含在所述熔融抑 制组合物中，则其始终是所述熔融抑制组分的一部分。
[0013] 在本文中，"硼和硅"是指按重量％计算的在所述熔融抑制组分中硼和硅的和。在 此，重量％是指通过将质量分数乘以100确定的重量百分数。如所知，物质在组分中的质量 分数为该物质的质量浓度（该物质在组分中的密度）与组分的密度的比率。因此，例如， 至少25重量％的硼和硅是指在100g熔融抑制组分样品中硼和硅的总重量为至少25g。显 然，如果粘合剂组分包含在所述熔融抑制组合物中，则硼和硅在所述熔融抑制组合物中的 重量％可能小于25重量％。然而，在所述熔融抑制组分中始终存在至少25重量％的硼和 硅，如上指出，其还包含可包含的任何填料金属，即填料金属始终被视为所述熔融抑制组合 物的一部分。
[0014] "硼"包括在所述熔融抑制组分中的所有硼，其包括元素硼以及在硼化合物中的 硼。相应地，"硅"包括在所述熔融抑制组分中的所有硅，其包括元素硅以及在硅化合物中的 硅。因此，硼和硅在所述熔融抑制组分中可由在各种硼和硅化合物中的硼和硅来表示。
[0015] 显然，所述熔融抑制组合物与常规硬焊物质完全不同，因为相对于熔融抑制物质 如硼和硅，常规硬焊物质具有多得多的填充金属。通常，硬焊物质具有小于18重量％的硼 和娃。
[0016] 所述方法的优势在于可减少或甚至排除填料金属，和其可适用于用不同材料制成 的金属板。当然，所述熔融抑制组合物也可施用在所述第二金属板上。
[0017] 所述硼可来源于元素硼和选自以下化合物中的至少任一种的硼化合物的硼中的 任一种：碳化硼、硼化硅、硼化镍和硼化铁。所述硅可来源于元素硅和选自以下化合物中的 至少任一种的娃化合物的娃中的任一种：碳化娃、硼化娃和娃铁。
[0018] 所述熔融抑制组分可包含至少40重量％的硼和硅，或甚至可以包含至少85重量％ 的硼和硅。这意味着，如果存在任何填料金属，则其分别以小于60重量％、小于15重量％的 量存在。所述熔融抑制组分甚至可以包含至少95重量％的硼和硅。
[0019] 硼可构成所述熔融抑制化合物的硼和硅含量的至少10重量％。这意味着，当所述 熔融抑制组分包含至少25重量％的硼和硅时，则所述熔融抑制组分包含至少至少2. 5重 量％的硼。硅可构成所述熔融抑制化合物的硼和硅含量的至少55重量％。
[0020] 所述烙融抑制组分可包含小于50重量％的金属元素,或小于10重量％的金属元 素。所述金属元素对应于上文论述的"金属填料"。所述少量金属元素或金属填料十分明显 地区分开所述熔融抑制组合物与例如已知硬焊组合物，因为已知的硬焊组合物包含至少60 重量％的金属元素。在此，"金属元素"例如包括所有过渡金属，其为在周期表的d区的元 素，包括在周期表上的3-12族。这意味着，例如铁（Fe)、镍（Ni)、钴（Co)、铬（Cr)和钥（Mo) 为"金属元素"。不是"金属元素"的元素有惰性气体、卤素及以下元素：硼（B)、碳（C)、硅 来自化合物硼化镍，则该化合物的镍部分为在该金属元素中所包括的金属元素，在一个实 施方案中，其应该小于50重量％，且在另一实施方案中，小于10重量％。
[0021] 所述板的厚度可为0. 3-0. 6_且所述熔融抑制组合物的施用则可包括在第一金 属部件的表面上每平方毫米施用平均0.02-0. 12mg硼和硅。在第一板的表面上每平方毫米 施用平均〇. 02-0. 12mg硼和娃包括经由例如第二板的任何间接施用，例如,将硼和娃从第 二板转移到第一板。因此，本文中提到的硼和硅不必一定直接施用在第一金属部件上，只要 其仍然对第一板的表面层的熔融作出贡献即可。
[0022] 第一板的厚度可为0. 6-1. 0mm且所述熔融抑制组合物的施用则可包括在第一板 的表面上每平方毫米施用平均0. 02-1. Omg硼和硅。如前所述，该施用还包括经由第二板间 接"施用"。
[0023] 第一板的厚度可大于1. Omm且所述熔融抑制组合物的施用则可包括在第一板的 表面上每平方毫米施用平均0. 02-5. Omg硼和硅。
[0024] 所述熔融抑制组合物的施用可在压制所述板之前进行。所述熔融抑制组合物的施 用供选地可在压制所述板之后进行。
[0025] 所述熔融抑制组合物的施用还可在将所述板堆叠成板组之后通过使含有所述熔 融抑制组合物的悬浮液涌过所述板组来进行。
[0026] 所述熔融抑制组合物的施用可借助于丝网印刷或借助于溅射到切割成板的螺旋 管上来进行。
[0027] 所述第一表面可具有大于由在所述第一表面部分上的接触点限定的面积的面积， 从而在形成接缝时在熔融金属层中的金属流到所述接触点。所述流动通常由毛细管作用引 起。
[0028] 所述表面的面积可为由所述接触点限定的面积的至少10倍。所述表面的面积可 能甚至更大（或所述接触点相对较小），诸如为由所述接触点限定的面积的至少20或30 倍。所述表面的面积是指熔融金属在此流动以形成接缝的表面的面积。
[0029] 所述表面的面积可为所述接缝的横截面积的至少3倍。所述表面的面积可能甚至 更大（或所述接缝的横截面积相对较小），诸如其为由所述接触点限定的面积的至少6或 10倍。所述接缝的横截面积可定义为所述接缝横跨与定位所述接触点的表面平行的平面的 横截面积，所述接缝在该位置具有最小的伸长（横截面积）。
[0030] 所述接缝可包含至少50重量％或至少85重量％或甚至100重量％的金属（金属 元素），在加热之前，所述金属为第一金属部件或第二金属部件中任一个的一部分。这通过 让金属部件的金属流到接触点并形成接缝来实现。以此方式形成的接缝完全不同于通过硬 焊形成的接缝，因为通过硬焊形成的接缝通常包含至少90重量％金属，在硬焊之前，所述金 属为用于形成接缝的硬焊物质的填料金属的一部分。
[0031] 所述板可包含以下任一种： i) >50重量％ Fe、〈13重量％ Cr、〈1重量％ Mo、〈1重量％ Ni和〈3重量％ Μη ; ii) >90 重量 ％ Fe ; iii) >65 重量 ％ Fe 和 >13 重量 ％ Cr ; iv) >50 重量 ％ Fe、>15. 5 重量 ％ Cr 和 >6 重量 ％ Ni ; v) >50 重量 ％ Fe、>15. 5 重量 ％ Cr、1-10 重量 ％ Mo 和 >8 重量 ％ Ni ; vi) >97 重量 ％ Ni ; vii) >10 重量 ％ Cr 和 >60 重量 ％ Ni ; viii) >15 重量 ％ Cr、>10 重量 ％ Mo 和 >50 重量 ％ Ni ; ix) >70 重量 ％ Co ;和 x) >10 重量 ％ Fe、0. 1-30 重量 ％ Mo、0. 1-30 重量 ％ Ni 和 >50 重量 ％ Co。
[0032] 上述意味着第一板以及第二板可用许多不同的合金制成。显然，上述实例的余量 为如在工业内常见的其他金属或元素。
[0033] 根据另一方面，提供包括具有高于1100°C的固相线温度的多个金属换热器板的板 式换热器。所述板提供在彼此旁边且与用于第一介质的第一板空隙和用于第二介质的第二 板空隙形成板组，其中所述第一板空隙和所述第二板空隙以交替顺序提供在所述板组中。 各换热器板包括传热区域和包括围绕所述传热区域延伸的弯曲边缘的边缘区域。所述板的 第一表面形成凸形形状，所述板的第二表面形成凹形形状且所述传热区域包括突起和凹陷 的波纹。所述板的波纹和所述弯曲边缘通过压制所述板提供。所述板式换热器根据上述方 法或其实施方案中的任一个制造。
[0034] 根据本发明的另一方面，所述板式换热器包括通过接缝与第二板连接的第一板， 所述板具有高于1KKTC的固相线温度，其中所述接缝包含至少50重量％的金属元素，所述 金属元素从围绕所述接缝且为第一板和第二板中任一个的一部分的面积（A1)中提取出。
[0035] 所述方法、所述产物和所述熔融抑制组合物的不同目的、特点、方面和优点将从以 下详述以及附图中显而易见。
[0036] 附图简述 现例如参考随附的示意图描述本发明的实施方案，其中： 图1为现有技术的板式换热器的侧视图， 图2为根据图1的板式换热器的平面图， 图3为根据图1的板式换热器的横截面图， 图4为根据本发明的方法用于连接在板式换热器中的板的方法的流程图， 图5显示在描述两个金属部件可如何连接的许多实施例中使用的压板， 图6为在图5中显示的板和平板之间的接缝的横截面的相片， 图7显示其中测量的接缝宽度作为熔融抑制组合物的施用量（g/3500mm2)的函数绘制 的图形，包括趋势线， 图8显示其中基于测量宽度计算的接缝的填充面积作为熔融抑制组合物的施用量 (g/3500mm2)的函数绘制的另一图形，包括趋势线， 图9显示其中在其中接缝比板材料坚固或与板材料同样坚固的拉伸试验样品的％作为 熔融抑制组合物的施用量（g/3500mm2)的函数绘制的另一图形，包括趋势线，及 图10显示已经连接的其他试验样品的图片。
[0037] 发明详述 参考附图，公开了板式换热器，分别参见图1、图2和图3。板式换热器1包括多个换热 器板2,多个换热器板2提供在彼此旁边，用于与用于第一介质的第一板空隙4和用于第二 介质的第二板空隙5 -起形成板组3。第一板空隙4和第二板空隙5以交替顺序提供在板 组3中，即每隔一个板空隙为第一板空隙4且每隔一个板空隙为第二板空隙5,参见图3。
[0038] 在图1-3中公开的板式换热器1具有彼此永久连接的换热器板2。两个最外面的 换热器板可形成端板或可被端板替代。
[0039] 板式换热器1还包括入口通道和出口通道6-9,它们布置成将第一介质传送到第 一板空隙4和将其从第一板空隙4传送出来及将第二介质传送到第二板空隙5和将其从第 二板空隙5传送出来。各换热器板2延伸主延伸面p，且包括传热区域10和围绕传热区域 10延伸的边缘区域11。各换热器板1还包括两个舷窗区域12和13,它们分别提供在换热 器板1的第一末端1A和换热器板1的第二末端1B处。舷窗区域12和13位于边缘区域11 内，且更具体地在边缘区域11和传热区域10之间。各舷窗区域12、13包括至少两个舷窗 14,它们与相应入口通道和出口通道6-9对准。各换热器板1还包括周围外部凸缘或弯曲 边缘15。弯曲边缘或凸缘15提供在外部或形成边缘区域11的外部部分。应当注意，换热 器板2还可具有沿换热器板1的外周的一部分延伸的外部弯曲边缘15。因此，板2各自具 有具有凸形形状的第一表面16和具有凹形形状的第二表面17。
[0040] 传热区域10包括突起18和凹陷19的波纹。所述凹陷和突起例如可形成为隆起 和凹槽或凹坑。
[0041] 板2可用例如铁_、镍-和钴-基金属合金制成，因为这些合金通常具有高于 1KKTC的固相线温度。这些板不可用不具有高于1100°C的固相线温度的纯铜、纯铝或 铝-基合金制成。例如，这些板通常可用铁-、镍-和钴-基合金制成。
[0042] 在板2中的金属或甚至板2本身可称为"母体金属"或"母体材料"。在本文中， "铁-基"合金为其中铁具有在该合金中的所有元素的最大重量百分数（重量％)的合金。 相应的情形也适用于例如镍_、铜_、钴_、铬-和铝-基合金。
[0043] 参考图4,示出了用于连接板式换热器1的板2的方法的流程图。板2可用如上所 述的不同材料制成。
[0044] 在第一步骤201中，将熔融抑制组合物20施用在板的第一凸形表面16的至少一 部分上。可将熔融抑制组合物20仅施用在凸形表面16的一部分上或施用在基本上全部凸 形表面16上。在一个供选的实施方案中，还可将熔融抑制组合物20施用在板2的第二凹 形表面17上，但是施用量小于在第一凸形表面16上施用的熔融抑制组合物的量。
[0045] 该施用本身可通过常规技术，例如，如果熔融抑制组合物包含粘合剂组分，通过喷 雾、丝网印刷、辊轧或涂漆进行；如果不使用粘合剂组分，通过PVD或CVD或仅用熔点抑制剂 进行。
[0046] 熔融抑制组合物20包含至少一种组分，该组分为熔融抑制组分。任选地，该熔融 抑制组合物包含粘合剂组分。将熔融抑制组合物的对降低至少第一金属部件的熔融温度作 出贡献的所有物质或部分视为该熔融抑制组分的一部分。将熔融抑制组合物的并不涉及降 低至少第一金属部件的熔融温度，而是"粘合"熔融抑制组合物的部分视为粘合剂组分的一 部分，因此其形成例如糊浆、漆料或浆料。当然，该熔融抑制组分可包含其他组分，诸如少量 的填料金属。然而，所述填料金属不可代表大于75重量％的熔融抑制组分，因为至少25重 量％的熔融抑制组分包含硼和硅。如果填料金属包含在该熔融抑制组合物中，则其始终是 该熔融抑制组分的一部分。
[0047] 在本文中，"硼和硅"是指如以重量％计算的在该熔融抑制组分中硼和硅的和。在 此，重量％是指通过将质量分数乘以100确定的重量百分数。如所知，物质在组分中的重量 分数为该物质的质量浓度（该物质在组分中的密度）与组分的密度的比率。因此，例如，至 少25重量％的硼和硅是指在100g熔融抑制组分样品中硼和硅的总重量为至少25g。显然， 如果粘合剂组分包含在该熔融抑制组合物中，则硼和硅在该熔融抑制组合物中的重量％可 能小于25重量％。然而，在该熔融抑制组分中始终存在至少25重量％的硼和硅，如上指出， 其还包含可包含的任何填料金属，即填料金属始终被视为该熔融抑制组合物的一部分。 [0048] "硼"包括在该熔融抑制组分中的所有硼，其包括元素硼和在硼化合物中的硼。相 应地，"硅"包括在该熔融抑制组分中的所有硅，其包括元素硅以及在硅化合物中的硅。因 此，硼和硅在该熔融抑制组分中可由在各种硼和硅化合物中的硼和硅来表示。
[0049] 显然，该熔融抑制组合物与常规硬焊物质完全不同，因为相对于熔融抑制物质如 硼和硅，常规硬焊物质具有多得多的填充金属。通常，硬焊物质具有小于18重量％的硼和 硅。
[0050] 所述方法的优势在于可减少或甚至排除填料金属，和其可适用于用不同材料制成 的金属部件。其还可用于各种应用中，例如用于连接传热板或另外通过例如焊接或常规硬 焊连接的任何合适金属物体。
[0051] 在本发明的另一实施方案中，将熔融抑制组合物20施用在随后切割成板2的螺旋 管上。
[0052] 在以下步骤202中，使第二板22的第二凹形表面17与熔融抑制组合物20在第一 板21的第一凸形表面16上的接触点23处接触。通过堆叠第一板和第二板，产生板组3。 这可手动地或通过采用常规自动化生产系统自动地进行。当然，也可将熔融抑制组合物20 施用在第二板22的第二凹形表面17上。
[0053] 该硼可来源于元素硼和选自以下化合物中的至少任一种的硼化合物的硼中的任 一种：碳化硼、硼化硅、硼化镍和硼化铁。该硅可来源于元素硅和选自以下化合物中的至少 任一种的娃化合物的娃中的任一种：碳化娃、硼化娃和娃铁。
[0054] 该熔融抑制组分可包含至少40重量％的硼和硅，或甚至可以包含至少85重量％ 的硼和硅。这意味着，如果存在任何填料金属，则其分别以小于60重量％、小于15重量％的 量存在。该熔融抑制组分甚至可以包含至少95重量％的硼和硅。
[0055] 硼可构成该熔融抑制化合物的硼和硅含量的至少10重量％。这意味着，当该熔融 抑制组分包含至少25重量％的硼和硅时，则该熔融抑制组分包含至少至少2. 5重量％的硼。 娃可构成该烙融抑制化合物的硼和娃含量的至少55重量％。
[0056] 该熔融抑制组分可包含小于50重量％的金属元素或小于10重量％的金属元素。 所述金属元素对应于如上论述的"金属填料"。所述少量金属元素或金属填料区分开熔融抑 制组合物20与例如已知硬焊组合物，因为已知的硬焊组合物包含至少60重量％的金属元 素。在此，"金属元素"例如包括所有过渡金属，其为在周期表的d区的元素，包括在周期表 上的3-12族。这意味着，例如铁（Fe)、镍（Ni)、钴（Co)、铬（Cr)和钥（Mo)为"金属元素"。 不是"金属元素"的元素有惰性气体、卤素及以下元素：硼（B)、碳（C)、硅（Si)、氮（N)、磷 (P)、砷（As)、氧（0)、硫（S)、硒（Se)和碲（Tu)。应该注意到，例如，如果硼来自化合物硼化 镍，则该化合物的镍部分为在这些金属元素中所包括的金属元素，在一个实施方案中，其应 该小于50重量％，且在另一实施方案中，小于10重量％。
[0057] 板2可具有0. 3-0. 6mm的厚度且熔融抑制组合物20的施用201则可包括在第一 板21的第一凸形表面16上每平方毫米施用平均0. 02-0. 12mg硼和硅。在第一凸形表面16 的表面上每平方毫米施用平均0. 02-0. 12mg硼和硅包括经由例如第二凹形表面17的任何 间接施用，例如，将硼和硅从第二板22转移到第一板21。因此，本文中提到的硼和硅不必一 定直接施用在第一板21上，只要其仍然对第一板21的第一凸形表面16的表面层的熔融作 出贡献即可。
[0058] 板2可具有0. 6-1. 0mm的厚度且熔融抑制组合物20的施用则可包括在板2的表 面上每平方毫米施用平均〇. 02-1. Omg硼和硅。
[0059] 板2可具有大于1. 0mm的厚度且该熔融抑制组合物的施用则可包括在板2的表面 上每平方毫米施用平均0. 02-5. Omg硼和硅。
[0060] 该熔融抑制组合物可施用在具有大于由接触点23限定的面积的面积的表面上， 从而当形成接缝时在熔融金属层中的金属流动到接触点。所述流动通常由毛细管作用引 起。
[0061] 该熔融组分表面的面积可为由接触点23限定的面积的至少10倍。该表面的面积 可能甚至更大（或该接触点相对较小），诸如为由该接触点限定的面积的至少20或30倍。 该表面的面积是指熔融金属在此流动以形成接缝的表面的面积。当然，该熔融抑制组合物 可施用在第一板21的全部第一凸形表面16上。
[0062] 该表面的面积可为该接缝的横截面积的至少3倍。该表面的面积可能甚至更大 (或该接缝的横截面积相对较小），诸如其为由该接触点限定的面积的至少6或10倍。该 接缝的横截面积可定义为该接缝横跨与定位该接触点的表面平行的平面的横截面积，该接 缝在该位置具有最小的伸长（横截面积）。
[0063] 所述接缝可包含至少50重量％或至少85重量％或甚至100重量％的金属（金属 元素），在加热之前，所述金属为板2中任一个的一部分。这通过让板的金属流到接触点23 并形成接缝来完成。以此方式形成的接缝完全不同于通过硬焊形成的接缝，因为通过硬焊 形成的接缝通常包含至少90重量％金属，在硬焊之前，所述金属为用于形成接缝的硬焊物 质的填料金属的一部分。
[0064] 第一板2可包含以下任一种： i) >50重量％ Fe、〈13重量％ Cr、〈1重量％ Mo、〈1重量％ Ni和〈3重量％ Μη ; ii) >90 重量 ％ Fe ; iii) >65 重量 ％ Fe 和 >13 重量 ％ Cr ; iv) >50 重量 ％ Fe、>15. 5 重量 ％ Cr 和 >6 重量 ％ Ni ; v) >50 重量 ％ Fe、>15. 5 重量 ％ Cr、1-10 重量 ％ Mo 和 >8 重量 ％ Ni ; vi) >97 重量 ％ Ni ; vii) >10 重量 ％ Cr 和 >60 重量 ％ Ni ; viii) >15 重量 ％ Cr、>10 重量 ％ Mo 和 >50 重量 ％ Ni ; ix) >70 重量 ％ Co ;和 x) >10 重量 ％ Fe、0. 1-30 重量 ％ Mo、0. 1-30 重量 ％ Ni 和 >50 重量 ％ Co。
[0065] 上述意味着板2可用许多不同的合金制成。显然，上述实例的余量为如在工业内 常见的其他金属或元素。
[0066] 在下一步骤203中，将板组3加热到高于1KKTC的温度。精确温度可在以下实施 例中见到。在该加热期间，第一板21的第一凸形表面16熔融并形成表面层24且与熔融抑 制组分一起形成在第一板21和第二板22之间的接触点23处与第二板22的第二凹形表面 17接触的熔融金属层25。当这发生时，该熔融金属层的金属流向接触点23。
[0067] 在最终步骤204中，让熔融金属层25凝固，从而在板组3的板之间的接触点23处 获得接缝26且弯曲边缘15在板组3中的板2的弯曲边缘15之间形成紧密配合，即已经流 到接触点23的金属凝固。通过将熔融抑制组合物20仅施用201在板2的凸形表面16上， 意外地发现发生板2的形状改变，使得板2的凸形形状变得甚至更凸，即弯曲边缘15在板 组3中彼此产生非常紧密且适贴的配合，这比在已知硬焊技术的情况下变得更加紧密。实 际上，在弯曲边缘15之间也比原始距离更紧密。比较起来，如果熔融抑制组合物20仅施用 在凹形表面17上，则间隙在弯曲表面15之间增加。当共混物与该表面合金化时，发生形状 改变，这也意味着由于该合金化在该表面中将存在压缩应力。如果熔融抑制组合物施用在 凸形表面16和凹形表面17两者上，则在两种表面上都将存在压缩应力，引起板2和板组3 的疲劳强度增加。
[0068] 该凝固通常包括将温度降低到常温。然而，凝固还在温度降低之前在接缝区域中 重新分配组分（硼和硅）的物理过程期间发生。
[0069] 根据上文描述，虽然已经描述并显示了本发明的各种实施方案，但是本发明不受 此约束，而其还可在以下权利要求书中限定的主题的范围内以其他方式体现。各种熔融抑 制组合物也可与用于金属部件的各种金属组合。例如，熔融抑制组合物（共混物）A3. 3可 与用316钢制成的金属部件组合。 实施例
[0070] 现在提供许多实验和实施例来描述适合板的材料；熔融抑制组合物23的组成，应 该使用的熔融抑制组合物的量；加热的合适温度、应该加热多久等。因此，这些实验和实施 例的结果用于先前描述的实体，如第一板、第二板、熔融抑制组合物、接触点、接缝等，即先 前描述的实体可合并关于以下实验和实施例描述的相应的有关特点。在下文中，将熔融抑 制组合物称为"共混物"。可将金属板称为"母体金属"。
[0071] 图5显示用于举例说明可如何连接两个金属部件的板150。板150为圆形压板，其 直径为42mm，具有0.4mm的厚度且用316L(SAE钢号）型不锈钢制成。压板150具有各自约 20mm长的两个压梁v和h。梁v代表左梁且梁h代表右梁。"v"和"h"在以下实施例5和 9中使用。
[0072] 图6显示在图5中所示类型的板150和平板之间的接缝的横截面。在板150的梁 和该平板之间的接触点处产生接缝。为了估计形成该接缝的金属的量，进行以下近似和计 算。
[0073] 据估计在该接缝的中心处的体积可以忽略。因此，将接缝在宽度如宽度B(在该实 施例中，1.21mm或更小）上产生的金属体积设定为零。在梁v的具有（X-B)/2的距离的外 侦牝金属已经聚积。当在平板上施用共混物（熔融抑制组合物）时，将板固持在一起且加热 板的表面层至熔融且以熔融形式的金属通过毛细管作用从邻近区域传输到接缝的区域，由 此形成构成该接缝的金属体积。
[0074] 可以通过估计在接缝的中心的各侧上形成两个三角形来计算面积。在该三角形中 的角度α测量为28°。总测量宽度为X且中心宽度为B。这两个三角形的总面积A因此 为A = 2·(((Χ-Β)/2) .((X-B)/〗）.tan (α))/2。当B 测量为 1.21mm时，则A = 2·(((Χ -1. 21)/2) · ((X-l. 21)/2) Kan(28))/2。流到缝隙以形成接缝的硬焊合金的总产生体积将为 该面积乘两个梁v、h的长度。一些所形成的硬焊合金并不流到缝隙，而是留在施用共混物 的表面上。
[0075] 图7为显示作为共混物的不同实施方案的施用量（g/3500mm2,即克/3500平方毫 米）的函数的测量宽度，具有趋势线。试验的结果示于表8和表9 (参见以下实施例5)和 图7中。图3的趋势线基于函数Y = K · X + L，其中Y为面积，K为线的斜率，X为共混物 的施用量且L为常数。测量宽度和估计面积的结果由图7图示。共混物的施用量（参见表 8 和表 9)为 0· 06g/3500mm2-0. 96g/3500mm2,其对应于约 0· 017mg/mm2-0. 274mg/mm2。
[0076] 测量共混物的趋势线Y = K · X + L，其中Y为接缝宽度，K为线的斜率，X为共混 物的施用量且L为常数，参见图表面15 3 (Fig. surface 15 3)。因此，硬焊接缝的宽度为： Y (对于A3. 3的宽度）=1. 554 + 9. 922 ·(共混物A3. 3的施用量） Y (对于B2的宽度）=0· 626 + 10. 807 ·(共混物B2的施用量） Y (对于C1的宽度）=0· 537 + 8. 342 ·(共混物C1的施用量） Y (对于的宽度）=〇· 632 + 7. 456 ·(共混物R)的施用量）。
[0077] 如从图7中观察到，将在共混物A3. 3、B2、Cl、D0. 5、E0. 3和R)当中的共混物 A3. 3给出了作为共混物的施用量的函数的在接缝中的硬焊合金的最高量。样品R)在低于 0. 20g/3500mm2时未给出任何实质性接缝。
[0078] 图8显示绘制具有趋势线的基于作为共混物施用量（g/3500mm2)的函数的测量宽 度的硬焊接缝的计算填充面积的另一图形。测量共混物的趋势线Y = K · X-L，其中Y为面 积，K为线的斜率，X为共混物的施用量且L为常数，参见图8。对于图7,硬焊接缝的面积 为： Y (对于A3. 3的面积）=4. 361 ·(共混物A3. 3的施用量）-0· 161 Y (对于B2的面积）=3. 372 ·(共混物B2的施用量）-0· 318 Y (对于C1的面积）=2. 549 ·(共混物C1的施用量）-0· 321 Y (对于的面积）=〇· 569 ·(共混物R)的施用量）-0· 093。
[0079] 基于在图8中的图形对于所产生体积的估计，例如对于0. 18g/3500mm2的量，排除 样品(由于"没有"硬焊接缝）和样品D0. 5(由于数据太少），对于样品给出在板之间的 接缝中硬焊合金的产生体积的值，参见下文： 体积（A3. 3) =0· 63 ·长度 40 (20 · 2) = 25. 2mm3 体积（B2) = (λ 30 ·长度 40 (20 · 2) = 12. 0mm3 体积（Cl) = 0· 12 ·长度 40 (20 · 2) = 4. 8mm3 体积（Ε0· 3) = 0· 10 ·长度 40 (20 · 2) = 4. 0mm3。
[0080] 图9显示另一图形，其中％(百分比）为作为共混物的施用量（即g/3500mm2)的 函数的拉伸实验的成功率，其中接缝比板材料坚固或与板材料一样坚固。当板比接缝坚固 时，引起接缝破裂，结果设定为零。对于接缝比板材料坚固的样品，结果的差别没有统计显 著性。
[0081] 图10显示通过借助于共混物形成接缝来连接的另一样品。该图片显示存在在两 个板之间形成的接缝。该样品来自实施例10。
[0082] 在下文中，为了说明本发明，更详细地提供了实施例。
[0083] 进行在这些实施例中的试验以研究当将硅施用在母体金属的试验样品的表面上 (即，在金属部件上）时硅Si是否能够产生"硬焊合金"。并且，为了降低硬焊合金的熔点， 加入不同量的硼B。硼还用于改变硬焊合金的润湿特性。还研究了所试验共混物的性质。 在这些实施例中，重量％为重量百分比且原子％为原子百分比。在此，"硬焊合金"是指在硅 和硼引起母体金属（金属部件）的一部分或层熔融时形成的合金。"硬焊合金"因此包含该 共混物和来自母体金属的金属元素。
[0084] 如果没有陈述其他情况，则对于所有试验，在将硅和硼的共混物的样品加到试验 样品中之前，母体金属的试验样品都通过盘洗且用丙酮来清洁。
[0085] 实施例1 实施例1涉及欲试验的硅和硼的共混物的样品的制备。C1号共混物样品通过在来自 Busch & Holm的Varimixer BEAR中共混118. 0g结晶硅粉（粒径325目，99. 5%(基于金 属），7440_21_3,来自 Alfa Aesar-Johnsson Matthey Company)与 13.06g 结晶硼粉（粒 径 325 目，98%(基于金属），7440_42_8,来自 Alfa Aesar-Johnsson Matthey Company)和 77.0g Nicorobraz S-30粘合剂（来自Wall Colmonoy)以生成208g糊楽，参见样品Cl。所 有试验样品都根据与共混物样品Cl相同的程序来制备。样品汇总于表2中。所制备的共 混物对应于先前论述的"熔融抑制组合物"。在该共混物中的硼和硅对应于熔融抑制组合物 的"熔融抑制组分"且在该共混物中的粘合剂对应于熔融抑制组合物的"粘合剂组分"。

【权利要求】
1. 制造永久连接的板式换热器（1)的方法，所述永久连接的板式换热器（1)包括具有 高于1KKTC的固相线温度、提供在彼此旁边且与用于第一介质的第一板空隙（4)和用于第 二介质的第二板空隙（5)形成板组（3)的多个金属换热器板（2)，其中所述第一板空隙（4) 和所述第二板空隙（5)以交替顺序提供在所述板组（3)中， 其中各换热器板（2)包括传热区域（10)和包括围绕所述传热区域（10)延伸的弯曲边 缘（15)的边缘区域（11)， 其中所述板（2)的第一表面（16)形成凸形形状且所述板的第二表面（17)形成凹形形 状， 其中所述传热区域（10)包括突起（18)和凹陷（19)的波纹， 其中所述板的波纹和所述弯曲边缘（15)通过压制所述板（2)提供， 所述方法包括 将熔融抑制组合物（20)施用（201)在第一板（21)的第一凸形表面（16)的至少一部 分上，所述熔融抑制组合物（20)包含： ?包含至少25重量％用于减小所述第一板（21)的熔融温度的硼和硅的熔融抑制组 分，和 ?任选的用于促进所述熔融抑制组合物（20)在所述第一凸形表面（16)上的施用 (201)的粘合剂组分， 通过将所述板（21、22)堆叠成板组（3)使第二板（22)的第二凹形表面（17)与在所述 第一板（21)的第一凸形表面（16)上的所述熔融抑制组合物（20)接触（202)， 将所述第一板（21)和所述第二板（22)加热（203)到高于1KKTC的温度，所述第一板 (21)的第一凸形表面（16)由此熔融，使得所述第一板（21)的表面层（24)熔融，并与所述 熔融抑制组分（20) -起形成熔融金属层（25)，所述熔融金属层（25)在所述第一板（21)和 所述第二板（22)之间的接触点（23)处与所述第二板（22)接触，和 让所述熔融金属层（25)凝固，使得在所述板组（3)中的板（2)之间的所述接触点（23) 处获得接缝（26)且使得所述弯曲边缘（15)在所述板组（3)中的板（2)的弯曲边缘（15) 之间形成紧密配合。
2. 权利要求1的方法，其中所述硼来源于元素硼和选自以下化合物中的任一种的硼化 合物的硼中的任一种：碳化硼、硼化硅、硼化镍和硼化铁。
3. 权利要求1或2的方法，其中所述硅来源于元素硅和选自以下化合物中的任一种的 娃化合物的娃中的任一种：碳化娃、硼化娃和娃铁。
4. 权利要求1-3中任一项的方法，其中所述熔融抑制组分包含至少40重量％的硼和 硅。
5. 权利要求1-4中任一项的方法，其中所述熔融抑制组分包含至少85重量％的硼和 硅。
6. 权利要求1-5中任一项的方法，其中硼构成所述熔融抑制化合物的硼和硅含量的至 少10重量％。
7. 权利要求1-6中任一项的方法，其中硼构成所述熔融抑制化合物的硼和硅含量的至 少55重量％。
8. 权利要求1-7中任一项的方法，其中所述烙融抑制组分包含小于50重量％的金属兀 素。
9. 权利要求1-8中任一项的方法，其中所述熔融抑制组分包含小于10重量％的金属元 素。
10. 权利要求1-9中任一项的方法，其中所述第一板具有0. 3-0. 6mm的厚度且所述熔融 抑制组合物0的施用（201)包括在所述第一板（21)的第一凸形表面（16)上每平方毫米 施用平均〇. 02-0. 12mg硼和硅。
11. 权利要求1-9中任一项的方法，其中所述第一金属部件的厚度为0. 6-1. 0mm且所述 熔融抑制组合物0的施用（201)包括在所述第一板（21)的第一凸形表面（16)上每平方 毫米施用平均〇. 02-1. Omg硼和娃。
12. 权利要求1-11中任一项的方法，其中所述熔融抑制组合物（20)的施用（201)包 括： 加热（203)所述板（2)直至所述熔融抑制组合物结合到所述第一板（21)的第一凸形 表面（16)上，和 在所述熔融抑制组合物0中的所有硼和硅与在所述第一板0中的金属形成化合物之 前，降低所述板（2)的温度。
13. 权利要求1-12中任一项的方法，其中所述熔融抑制组合物（20)的施用（201)在压 制所述板之前进行。
14. 权利要求1-11中任一项的方法，其中所述熔融抑制组合物（20)的施用（201)在压 制所述板之后进行。
15. 权利要求1-11中任一项的方法，其中所述熔融抑制组合物（20)的施用（201)在将 所述板堆叠成板组（3)之后通过使含有所述熔融抑制组合物的悬浮液涌过所述板组来进 行。
16. 权利要求1-11中任一项的方法，其中所述熔融抑制组合物（20)的施用（201)借助 于丝网印刷进行。
17. 权利要求1-11中任一项的方法，其中所述熔融抑制组合物（20)的施用（201)借助 于溅射到切割成板（2)的螺旋管上进行。
18. 权利要求1-17中任一项的方法，其中所述第一表面（16)具有大于由在所述表面 (16)上的接触点（23)限定的面积（A2)的面积（A1)，从而在所述熔融金属层（25)中的金 属在允许（204)所述接缝（26)形成时流到所述接触点（23)。
19. 权利要求18的方法，其中所述凸形表面（16)的面积（A1)为由所述接触点（26)限 定的面积（A2)的至少10倍。
20. 权利要求18或19的方法，其中所述表面（16)的面积（A1)为所述接缝（26)的横 截面积（A3)的至少3倍。
21. 权利要求1-20中任一项的方法，其中所述接缝（26)包含至少50重量％的金属，在 所述加热（203)之前，所述金属为所述板（2)中任一个的一部分。
22. 权利要求1-21中任一项的方法，其中所述板（2)包含>50重量％ Fe、〈13重量％ Cr、〈1重量％ Mo、〈1重量％ Ni和〈3重量％ Μη。
23. 权利要求1-21中任一项的方法，其中所述板（2)包含>90重量％ Fe。
24. 权利要求1-21中任一项的方法，其中所述板（2)包含>65重量％ Fe和>13重量％ Cr〇
25. 权利要求1-21中任一项的方法，其中所述板（2)包含>50重量％ Fe、>15. 5重量％ Cr和>6重量％ Ni。
26. 权利要求1-21中任一项的方法，其中所述板（2)包含>50重量％ Fe、>15. 5重量％ Cr、1-10 重量 ％ Mo 和 >8 重量 ％ Ni。
27. 权利要求1-21中任一项的方法，其中所述板（2)包含>97重量％ Ni。
28. 权利要求1-21中任一项的方法，其中所述板（2)包含>10重量％ Cr和>60重量％ Ni。
29. 权利要求1-21中任一项的方法，其中所述板（2)包含>15重量％ Cr、>10重量％ Mo和>50重量％ Ni。
30. 权利要求1-21中任一项的方法，其中所述板（2)包含>70重量％ Co。
31. 权利要求1-21中任一项的方法，其中所述第一板包含>10重量％ Fe、0. 1-30重量％ Mo、0. 1-30 重量 ％ Ni 和 >50 重量 ％ Co。
32. 永久连接的板式换热器（1)，所述永久连接的板式换热器（1)包括具有高于1KKTC 的固相线温度、提供在彼此旁边且与用于第一介质的第一板空隙（4)和用于第二介质的第 二板空隙（5)形成板组（3)的多个金属换热器板（2)，其中所述第一板空隙（4)和所述第二 板空隙（5)以交替顺序提供在所述板组（3)中， 其中各换热器板（2)包括传热区域（10)和包括围绕所述传热区域（10)延伸的弯曲边 缘（15)的边缘区域（11)， 其中所述板（2)的第一表面（16)形成凸形形状且所述板的第二表面（17)形成凹形形 状， 其中所述传热区域（10)包括突起（18)和凹陷（19)的波纹， 其中所述板的波纹和所述弯曲边缘（15)通过压制所述板（2)提供， 其中所述板式换热器通过权利要求1-31中任一项的方法制造。
33. 权利要求32的板式换热器（1)，其包括通过接缝（26)与第二板（22)连接的第一 板（21)，所述板（2)具有高于1KKTC的固相线温度，其中所述接缝（26)包含至少50重量％ 金属元素，所述金属元素从围绕所述接缝（269且为所述第一板（1)和所述第二板（2)中任 一个的一部分的面积（A1)中提取出。
【文档编号】B23K35/00GK104302440SQ201380017042
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年3月27日 优先权日:2012年3月28日
【发明者】P.斯杰丁, K.瓦特 申请人:阿尔法拉瓦尔股份有限公司