پروسه اکسپند لوله مسی به فین آلومینیمی در کویل فین لوله

پروسه اکسپند (Expand) اتصال لوله مسی به فین آلومینیمی در کویل‌های فین-لوله یکی از عملیات کلیدی در ساخت مبدل‌های حرارتی است. هدف اصلی این پروسه ایجاد تماس مکانیکی و حرارتی پایدار بین لوله و فین به‌طوری که هدایت حرارتی بین سطح داخلی لوله و سطح فین حداکثر شود و در عین حال استحکام مکانیکی و دوام سیکلیک سازه تضمین گردد.

مراحل و روش‌ها

1. آماده‌سازی و هم‌محوری: ابتدا لوله‌های مسی و مجموعه فین‌ها بر روی قالب یا هولدر قرار می‌گیرند؛ لازم است پنجره‌های فین دقیقاً با قطر خارجی لوله منطبق شوند تا در حین اکسپند چیدمان جابه‌جا نشود. هم‌محوری و کنترل فاصله‌ها برای جلوگیری از تنش‌های نامتقارن حیاتی است.
2. پیش‌برش و تمیزکاری: لوله‌ها از نظر سطح داخلی و خارجی و فین‌ها از نظر لبه‌ها بررسی و تمیز می‌شوند. سطح تماس باید عاری از آلودگی، اکسید یا روغن باشد تا تماس فلزی مستقیم برقرار گردد.
3. عملیات اکسپند مکانیکی یا هیدرولیکی: دو روش اصلی وجود دارد:
   • اکسپند مکانیکی (شکاف یا رولر): ابزار اکسپند مکانیکی با یک ابزار مخروطی یا رولر وارد لوله می‌شود و با شعاع قابل تنظیم قطر لوله را به سمت بیرون افزایش می‌دهد تا فین‌ها فشرده شوند.
   • اکسپند هیدرولیکی: با فشار هیدرواستاتیک داخلی، لوله از داخل به صورت یکنواخت به سمت بیرون کشیده می‌شود. این روش توزیع تنش یکنواخت‌تر و احتمال ترک خوردگی کمتر دارد.
4. کنترل پارامترها: پارامترهای کلیدی شامل میزان افزایش قطر (گزارش‌شده به صورت درصد یا میکرومتر)، نرخ اکستنشن، سرعت عملیات و توالی اکسپند چند مرحله‌ای هستند. معمولا اکسپند به صورت تدریجی و در چند مرحله انجام می‌شود تا تنش‌های پسماند کاهش یابد.
5. بازرسی کیفی: پس از اکسپند، تست‌های غیرمخرب (NDT) مانند تست نشت، آزمون فشار و بازرسی بصری جهت اطمینان از تماس کامل بین لوله و فین و عدم وجود ترک یا درز انجام می‌شود. همچنین اندازه‌گیری تماس سطحی و مقاومت حرارتی بین دو عضو می‌تواند انجام شود.

مزایا و دلایل کاربرد

• هدایت حرارتی بهینه: اکسپند صحیح تماس سطحی کامل بین لوله مسی و فین آلومینیومی ایجاد می‌کند که انتقال حرارت از سیال داخل لوله به فین و سپس به محیط را بهبود می‌بخشد.
• کاهش مقاومت حرارتی تماس: تماس فلزی مستقیم باعث کاهش مقاومت حرارتی بین دو فلز می‌شود، که افزایش کارایی تبادل حرارتی را در پی دارد.
• یکپارچگی مکانیکی و عمر طولانی‌تر: اتصال محکم از حرکت نسبی فین نسبت به لوله جلوگیری می‌کند و از خستگی مکانیکی ناشی از ارتعاشات و سیکل‌های حرارتی محافظت می‌نماید.
• کاهش نشت و افزایش ایمنی تحت فشار: زمانی که اکسپند و بازرسی صحیح انجام شود، احتمال نشت سیال کاهش یافته و قابلیت کار در فشارهای طراحی تضمین می‌گردد.
• بازده ساخت و اقتصادی بودن: روش‌های مکانیکی و هیدرولیکی اکسپند امکان تولید انبوه و تکرارپذیری بالایی دارند که هزینه تولید واحد را کاهش می‌دهد.
• انعطاف در طراحی: امکان استفاده از فین‌های با هندسه‌های مختلف و چگالی فین بالا بدون از دست دادن تماس حرارتی مناسب فراهم است.

در جمع‌بندی، پروسه اکسپند لوله مسی به فین آلومینیومی یک عملیات کلیدی مهندسی است که با کنترل دقیق پارامترهای فرآیندی می‌تواند هم کارایی حرارتی و هم دوام مکانیکی کویل فین-لوله را به طور قابل‌توجهی افزایش دهد.