散热器用铜管的加工工艺与选用要求

 散热器在我国已经走过了一百三十余年的发展历程，材质从单一的铸铁变为以钢为主、多样化发展的格局。目前国内散热器生产厂家2000余家，市场上的销售的采暖散热器从材质上基本分为铜管铝翅对流散热器、钢制散热器、铜质散热器、不锈钢散热器、铜铝复合散热器等种类。其中铜管散热器被更多的企业所采用。

    随着社会的飞速发展，企业为了适应社会的需要、市场的发展与自身盈利的同步平衡，都在逐步进行不断调整。散热器行业也在保持住与市场的同步；传统钢制的散热器漏水频率较高，耐腐蚀能力也较弱；纯铝制散热器则热率相对较低。因此我们必须找到新的突破口，从材料省解决它，我们选中了新材料一铜。

    铜导热系数高，承压能力强，抗腐蚀能力远远高于普通铜管，是同比铜管的25倍左右。其中铜铝复合散热器更是充分发挥了铝和铜的双重优势，在成本与散热效果找到了最佳的平衡点。

    2、工艺选定

    2.1材质的选择

    众所周知，铜管常用的材质有T2、TU2、TP2等。纯铜T2，Cu+Ag≥99.9%；二号无氧铜TU2，Cu+Ag≥99.95%，0≤0.003%；二号磷脱氧铜TP2，Cu+Ag≥99.9%，P为0.015—0.04%。进过综合比对各种材质铜管的化学和力学性能，选定材质为二号磷脱氧铜。

    在二号磷脱氧铜中影响的纯铜性能的主要元素及其作用为：氧（０），稍微提高铜的强度，但不降低通的塑形和疲劳极限。氧对铜的电导率影响不大，微量氧可氧化高纯铜中的痕量杂质；另一方面CU20可与Bi、Sb、As等杂质起反应，形成高熔点的球状质点分布于晶粒内，消除了晶界脆性；磷（P），显著降低铜的电导率及热导率，但对铜的力学性能及焊接性能有良好的影响，并能提高铜熔体的流动性。

    2.2工艺线路的确认

    根据散热器用铜管的材质研究生产工艺路线，最终确定为连铸连轧法即水平连铸管坯一旋风铣面一三辊行星轧管机轧制一凸轮直拉机三联拉Φ2200倒立式盘拉机盘拉一精整复绕（在线探伤）一检验一包装。

    传统生产工艺有上引法和挤压法，上引法能够很好的控制氧含量使铜管坯达到无氧铜的标准，但用在散热器铜管此工艺有一知名缺点就是晶粒组织疏松，后续加工或使用时间较长都会出现漏点，影响使用寿命；挤压法生产散热器用铜管其经过挤压其晶粒组织精密承受压力和变形能力强，采用此法生产的散热器用铜管技术标准和力学性能都能达到客户要求，但挤压法耗能是很大的。综合上述方面考虑采用连铸连轧法。

    2.3具体工艺阐述

    2.3.1水平连铸管坯紫铜管坯

    水平连铸管坯紫铜管坯是连铸连轧法生产优质散热器用铜管的第一步工艺，其产品质量的好坏最终管坯起决定作用。为获得质量优良、稳定的铸造管坯，必须保证水平连铸工艺的稳定。

    水平连铸TP2紫铜管的牵引机构采用伺服系统，浇铸过程根据预先设定好的额浇铸工艺牵引管坯进行。牵引机构可提供“拉—停”“拉—停—拉”等运动方式。对牵引机的要求是运行稳定，不能有摆动、打滑现象，否则牵引出的TP2管坯会产生严重弯曲，弯曲的铸造管坯容易与辊道发生接触，严重时将模具订漏，一次冷却水进入铜液造成爆炸。

    理论上水平连铸可提供无限长得管坯，考虑到后续加工的能力，必须在一定长度进行定尺锯切。水平连铸TP2铜管使用带锯进行的线锯切，在线锯切机必须保证带锯条上下，左右方向准确、可靠的运行。当生产过程出现锯床异常或管坯被顶住无法正常生产时要立即启动急停按钮，将牵引机构停止，重新升温后方可铸造。

    结晶器是成产水平连铸TP2铜管的主要工具，其质量的好坏决定了铸造产品质量与模具使用寿命，水平连铸结晶器由石墨模、铜套、冷却水套3部分构成。结晶器的有效区域长度、石墨模具的密度、内表面粗糙度、喷水孔分水器的角度都影响铸造产品的质量。铜套内衬的导热性及冷却水水压和水温决定结晶器冷却强度。如果一次冷却强度不够，铸锭在被牵引出结晶器时外壳的厚度过薄，不足以承受二次冷却水的冷却强度会造成破裂，成为横向裂纹使铸造失败。

    2.3.2铣皮与轧制

    水平连铸的管坯经旋风铣皮机，将管坯上的氧化皮和表面缺陷铣掉便于后续的加工。

    连铸连轧法铣面后连铸管坯，在三辊行星轧管机轧制后的管材，管坯在大变形率作用下。由于轧件变形迅速、轧制中产生的变形热使铸态铜管在变形区内的温度迅速升高达到铜的再结晶温度以上，管坯由铸造状组织经轧辊碾压后破碎、发生动态再结晶，进过再结晶后成为完全再结晶组织。

    三辊行星轧制是在一个三个由轧头构成狭窄的区间，对铜管施以大变形量，使工件内部晶粒破碎及晶界滑移进而产生摩擦热，这些热量使变形区域金属铜的温度骤然升高，由于轧制过程连续进行，变形区内温度能够维持在一定的温度，促使铸态铜管未经预加热，但变形实质上是热变形。加之发生动态再结晶管坯快速进入冷却区，从而获得细小而又均匀的晶粒结构和表面光亮的管坯，内、外均有保护气体。由于取消传统挤轧法中的挤压工序，所以大大地降低生产成本。另外由于发生动态再结晶，使晶粒细化，部分铸造缺陷在大变形比作用下得到焊合，提高产品的成材率。

    2.3.2联拉、盘拉及探伤

    三联拉、盘拉工序，在合理分配延伸系数的前提下减少拉伸道次增加产品成材率，采用特殊工艺控制铜管表面拉拔油和防止表面氧化。

    在线探伤，通过涡流探伤仪（无损检测）保证铜管无内部的表面缺陷出厂。

    2.4散热器用铜管的选用

    散热器铜管的选用应综合考虑：

    1、使用寿命。铜管使用寿命的因素有材质、力学性能、有无内部缺陷决定。

    2、传热效率。这就要求铜管的壁厚薄同时强度高。

    3、抗腐蚀性能。组织结构细密，密度大，耐高压，弯曲变形量大，能适应冷热交换频繁、温差变化大的工作环境。