PL207358B1

PL207358B1 - Method of increasing the metallic elements heat exchange surface area

Info

Publication number: PL207358B1
Application number: PL388550A
Authority: PL
Inventors: Grabas Bogusław
Original assignee: Politechnika Swietokrzyska
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2010-12-31
Also published as: PL388550A1; UA103770C2

Abstract

The unique character of the method of remelting of a surface in the presence of a steam channel is related to the fact that during the remelting process a processed element is subjected to vibrations. The vibrations parameters are uniform at any given point of the remelted element. The element surface remelting method is unique since the process is performed at a temperature below the ebullition temperature and during the remelting process the element being processed is subjected to vibrations. The surface is remelted using a laser or electron beam.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób zwiększania powierzchni wymiany ciepła elementów metalowych lub wykonanych ze stopów metali.The present invention relates to a method of increasing the heat transfer surface area of metal or metal alloy elements.

Radiatory i wymienniki ciepła stanowią istotny element pracy wielu urządzeń przemysłowych (np. układy elektroniczne, klimatyzatory, układy chłodzenia reaktorów jądrowych) czy domowego użytku (np. komputery osobiste, odbiorniki RTV). Odpowiednio przygotowane powierzchnie tych urządzeń odbierają ciepło od elementów pracujących i przekazują to ciepło czynnikowi chłodzącemu stykającemu się z tymi powierzchniami. Czynnik chłodzący może odbierać ciepło bez lub ze zmianą fazy.Radiators and heat exchangers are an important element of the operation of many industrial devices (e.g. electronic systems, air conditioners, nuclear reactor cooling systems) or home use (e.g. personal computers, RTV receivers). Properly prepared surfaces of these devices receive heat from the working elements and transfer this heat to the coolant in contact with these surfaces. The coolant can absorb heat without or with a phase change.

Wraz z postępującą miniaturyzacją urządzeń przemysłowych coraz większego znaczenia nabiera problem odprowadzania dużych strumieni ciepła przez powierzchnię.With the progressive miniaturization of industrial devices, the problem of removing large heat fluxes through the surface becomes more and more important.

Z polskiego opisu patentowego PL201106 znany jest sposób zwiększania powierzchni wymiany ciepła elementów metalowych, lub wykonanych ze stopów metali, który charakteryzuje się tym, że dokonuje się przetopienia powierzchni w obecności kanalika parowego powstałego w wyniku działania skoncentrowanej wiązki laserowej. Przetopienia dokonuje się strumieniem plazmy lub wiązką elektronową. Sam proces przetopienia prowadzony jest w sposób impulsowy, pulsacyjny lub ciągły. Przetopienie prowadzone jest z wytworzeniem lica i grani przetopu lub też z wytworzeniem podcięcia lica przetopu.The Polish patent description PL201106 describes a method of increasing the heat transfer surface of metal elements or elements made of metal alloys, which is characterized by remelting the surface in the presence of a steam channel formed as a result of the action of a concentrated laser beam. Melting is performed with a plasma stream or an electron beam. The remelting process itself is conducted in a pulsed, pulsed or continuous manner. Remelting is carried out to form the cut face and root, or to create an undercut of the cut face.

Celem wynalazku jest wykorzystanie techniki przetapiania, która to technika w prosty sposób umożliwia wytworzenie na powierzchni struktur odznaczających się równocześnie zwiększoną chropowatością i powierzchnią wymiany ciepła.The object of the invention is the use of the remelting technique, which technique in a simple manner makes it possible to produce on the surface of structures characterized by both increased roughness and a heat exchange surface.

Istota rozwiązania, według wynalazku polega na tym, że jednocześnie podczas przetapiania element poddaje się wibracji. Parametry wibracji dobiera się tak, aby były jednakowe dla każdego punktu elementu.The essence of the solution according to the invention consists in the fact that simultaneously the element is subjected to vibrations during remelting. Vibration parameters are chosen to be the same for each point of the element.

Wynalazek pozwala na uzyskanie w jednej operacji kilkakrotnego zwiększenia powierzchni wymiany ciepła.The invention makes it possible to obtain a several-fold increase in the heat exchange surface in one operation.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny przez przetop poddany wibracji, fig. 2 - przekrój A-A z fig. 1, fig. 3 przekrój poprzeczny przez przetop poddany wibracji o innych parametrach wiązki laserowej niż pokazany na fig. 1, fig. 4 - przekrój B-B z fig. 3, fig. 5 - zarys grzbietu lica przetopu z fig. 1, fig. 6 - zarys grzbietu lica przetopu z fig. 3, a fig. 7 - zarys grzbietu lica przetopu nie poddawanego wibracji.The subject of the invention is shown in the drawing examples, in which fig. 1 shows a cross-section through a vibrated penetration, fig. 2 - a cross-section AA in fig. 1, fig. 3 - a cross-section through a vibrating penetration with different parameters of the laser beam than the one shown. in fig. 1, fig. 4 - section BB from fig. 3, fig. 5 - outline of the ridge of the weld face from fig. 1, fig. 6 - outline of the ridge of the weld face from fig. 3, and fig. 7 - outline of the ridge of the weld face from fig. remelting not subjected to vibrations.

Przetop pokazany na fig. 1 i fig. 2 był poddany wibracji o parametrach: częstotliwości f = 180 Hz przy amplitudzie około 3 mm. Parametry przetopu wynosiły: moc lasera 3000 W i prędkość przesuwu wiązkiThe penetration shown in Fig. 1 and Fig. 2 was subjected to vibrations with the parameters: frequency f = 180 Hz with an amplitude of about 3 mm. The remelting parameters were: 3000 W laser power and beam speed

1500 mm/min. Powierzchnia przetopu, według PN 87 - M/ -0425/2, charakteryzuje się chropowatością o wskaźnikach odpowiednio R_z = 65,7 μm i R_c = 48,3 μm. Zarys grzbietu lica przetopu obrazuje fig. 5.1500 mm / min. The surface of the penetration, according to PN 87 - M / -0425/2, is characterized by a roughness with the indices R _z = 65.7 μm and R _c = 48.3 μm, respectively. The outline of the ridge of the fusion face is shown in Fig. 5.

W przypadku pokazanym na fig. 3 i fig. 4 przetop był realizowany przy parametrach wibracji: częstotliwości f = 180 Hz i amplitudzie około 3 mm oraz parametrach przetopu: moc lasera 3000 W i prędkości przesuwu wiązki 1000 mm/min.In the case shown in Fig. 3 and Fig. 4, penetration was performed with the vibration parameters: frequency f = 180 Hz and amplitude of about 3 mm, and the penetration parameters: laser power 3000 W and beam speed 1000 mm / min.

Powierzchnia przetopu, według PN 87 - M/ - 0425/2, charakteryzuje się chropowatością o wskaźnikach odpowiednio R_z = 98 μm i R_c = 77,6 μm. Zarys grzbietu lica przetopu obrazuje fig. 6.The surface of the penetration, according to PN 87 - M / - 0425/2, is characterized by a roughness of R _z = 98 μm and R _c = 77.6 μm, respectively. The outline of the ridge of the fusion face is shown in Fig. 6.

Dla porównania, na fig. 7, przedstawiono zarys lica przetopu nie poddawanego wibracji. Parametry przetopu: moc lasera 3000 W, prędkość przesuwu wiązki laserowej 1500 mm/min. W tym przypadku powierzchnia przetopu, według PN 87 - M/ - 0425/2, charakteryzuje się chropowatością o wskaźnikach odpowiednio R_z = 12 μm i R_c = 8,77 μm.For comparison, Fig. 7 shows the outline of the non-vibrated weld face. Remelting parameters: laser power 3000 W, laser beam speed 1500 mm / min. In this case, the weld surface, according to PN 87 - M / - 0425/2, is characterized by a roughness of R _z = 12 μm and R _c = 8.77 μm, respectively.

We wszystkich przypadkach pomiar grzbietu lica przetopów dokonywany był przy użyciu profilometru stykowego Talysurf 4.In all cases, the ridge of the penetration face was measured with a Talysurf 4 contact profilometer.

Przetopy poddane wibracji posiadają zdecydowanie, kilkakrotnie, wyższe parametry określające chropowatość a tym samym kilkakrotnie zwiększoną powierzchnię wymiany ciepła.Vibrated melts have significantly, several times higher parameters determining the roughness and thus the heat exchange surface several times increased.

Claims

Patent claims

A method of increasing the heat exchange surface of metal or metal alloy elements, in which the surface is remelted in the presence of a steam channel, characterized in that the element is subjected to vibrations during remelting.

2. The method according to p. The method of claim 1, wherein the vibration parameters, frequency and amplitude are selected to be equal for each point of the element.