中冷器材料选择与强度匹配
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焊管、内翅片、外翅片等材料厚度与强度匹配，决定
了中冷器芯子焊接质量与中冷器总成的强度，关系到 中冷器的使用寿命。 焊管厚度大，强度高，如果外翅片厚度太薄，其强度 不足，在芯子装配夹紧时，外翅片的强度不足以使焊 管变形至其内表面与内翅片紧密接触，必然造成内翅 片与焊管内表面焊合率降低，甚至形不成焊接接头； 同时中冷器芯子在钎焊炉内加热时，由于焊管的热容 量大，加热时温升慢，强度下降慢，而内、外翅片的 温升快，强度下降快，其结果是加剧了内外翅片与焊 管管内外壁接触的不紧密程度。
主要内容
1、空空中冷器的作用与主要技术要求 2、空空中冷器复合翅片管失效与钎焊工艺问题 3、空空中冷器复合翅片管与翅片强度匹配 4、空空中冷器焊管尺寸的设计 5、空空中冷器复合翅片管材料偏析的控制要求 6、结论
1、增压中冷的作用
采用进气中冷技术降低进气温度、提高进气密度，改
1、材料减薄是必然趋势
减重已经成为汽车节能、环保、减排的主要手段之一，
对中冷器而言，材料减薄是降低重量、节约成本、提 高换热效率的主要手段； 从上世纪90年代空空中冷器推广使用以来，管壁厚度 已经减少约50%，内、外翅片厚度减少了20-30%， 部分厂家已经将材料厚度减少了30%以上
2、管与内、外翅片的强度匹配的意义
5、空空中冷的优势
空-空中冷器换热效率较水-空中冷器大大提高，最主
要的空空中冷器的冷侧为大气的环境温度，较水空中 冷的冷侧环境温度低50-60℃，中冷后的进气温度要 低30-50℃，更能有效的降低氮氧化物的排放，同时 发动机燃油经济性、排污染物排放、发动机功率输出 以及发动机寿命等都较水空中冷有明显提高。
2、排放标准与中冷器进气温度 缸内燃烧温度与氮氧化物排放量
燃烧温度与NOx数量
通过增压器技术，缩小发动机排量，可使经济性提高 20%以上，有效 降低汽车油耗和CO2排放。
4、中冷器的作用
中冷可降低进气温度，解决因增压比提高后进气温度
偏高，高温气体降低缸内混合气体密度而影响燃油燃 烧，以及进气温度偏高后而引起的进气温度与燃烧温 度的差减小，燃油燃烧的能量得不到有效释放的问题， 从而保证提高发动机功率输出、提高燃油经济性、降 低排放污染物的同时，保持发动机的使用性能与寿命
6、空空中冷器主要技术要求
随着排放法规的升级，中冷器的进气温度与压力越来越高
排放标准 欧Ⅱ 进气压力（bar）1.5 进气温度（℃）140165 欧Ⅲ 2.2 190220 欧Ⅳ-1 2.4 200230 欧Ⅳ-2 欧Ⅴ 2.7 3.5 225-260 250280 欧Ⅵ 4.0 300340
1、空空中冷器材料具有耐高温蠕变的能力。铝合金温度200 ℃时的蠕变应力 仅为100℃时的50%左右，由于应力的作用，铝合金晶界错位加剧，发生晶界 和晶内滑移，并很快出现断裂。 2、受限于车辆的设计，空空中冷器设计要以最小的体积获取最大的表面积以 期获得最大的换热性能，采用高换热性能的内翅片复合管件是实现中冷器高换 热性能的重要技术途径之一。
7、空空中冷器主要技术要求
由于进气温度高，铝合金材料易发生高温蠕变；由于冷却深度
大，中冷器冷凝水增加等原因，单级铝合金空空中冷器并不能 满足使用要求，因此通常采用水空中冷+空空中冷的两级中冷方 案，或者水空中冷+中空空中冷+后空空中冷等三级中冷的方案。 好的中冷器设计就是要以最小的内、外部阻力，获得最大的换 热性能；内、外部阻力与散热性能相匹配非常重要，虽然因为 不同工况的匹配方式不一样，很难在各个工况都能够很好的阻 力匹配，但必须在综合考虑，特别是大负荷时的阻力匹配。 除了冷却能力，还要考虑冷却的效率； 中冷器总是在高温和高压下工作，冷却深度大，压力脉动大， 压力冲击大，内部应力大，对材料与结构的强度要求高，因此 强度匹配非常重要，以避免提前失效。 气室破坏：铝合金温度200 ℃时的蠕变应力仅为100℃时的 50%左右，由于应力的作用，铝合金晶界错位加剧，发生晶界 和晶内滑移，并很快出现断裂。
3、管与翅片强度匹配模拟试验
单管变形压力，压缩到内翅 片与管内壁完全接触时
工艺匹配问题至 内翅片焊合率低
Leabharlann Baidu
外翅片与 焊管脱焊
3、造成失效的原因
钎料与工艺匹配不合理。中冷器复合翅片管钎料层可
以选择4045或4343，但是由于两种钎料的 熔点不同，钎焊温度与钎焊时间存在差异，不合理的 钎焊温度与钎焊时间必然造成焊缝缺陷。 2、焊管、内翅片、外翅片的材料厚度、材料状态等 选择不合理，导致零件的结构强度不匹配，内翅片与 焊管之间、外翅片与焊管之间存在间隙，焊接过程中 因间隙过大无法弥补而至无法形成正常焊缝。 3、焊管与翅片尺寸设计不合理，焊管内部宽度尺寸 大于内翅片高度尺寸过多，使内翅片与焊管内壁之间 间隙大，造成焊接不良。
1、中冷器使用过程中的失效
进气端气室与主片脱焊
或开裂 进气端主片与管头脱焊 或开裂 散热管开裂
2、中冷器制造过程中芯子钎焊失效
内翅片 未焊合
内翅片焊接不良：内
翅片焊合率不足或几 乎没有形成焊接接头； 外翅片焊接率不够， 或外翅片与散热管未 形成焊缝连接； 接触不紧密造成的
内翅片焊合率低
3、管与翅片强度匹配模拟试验
模拟夹紧试验（焊管 在外端）
装内翅片的管
焊管：0.45mm厚度、H14和H24状态的高频焊管，规格64×8.08mm 内翅片：0.09mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm厚度，状态H14，规 格7.15mm 外翅片：0.10mm、0.12mm、0.13mm、0.15mm厚度，状态H14，规 格8.9mm
善燃油经济性。 进气中冷技术能显著提高发动机功率密度、降低排放 和改善燃油消耗率。 增压中冷后，可以使发动机减少燃油消耗总量，使汽 车有害污染物排放的总量下降。 增加中冷可降低缸内燃烧火焰温度、氧浓度及高温下 停留时间，从而降低NO的生成，大幅度降低柴油机 排放颗粒物的含量、降低CO2排放。
了中冷器芯子焊接质量与中冷器总成的强度，关系到 中冷器的使用寿命。 焊管厚度大，强度高，如果外翅片厚度太薄，其强度 不足，在芯子装配夹紧时，外翅片的强度不足以使焊 管变形至其内表面与内翅片紧密接触，必然造成内翅 片与焊管内表面焊合率降低，甚至形不成焊接接头； 同时中冷器芯子在钎焊炉内加热时，由于焊管的热容 量大，加热时温升慢，强度下降慢，而内、外翅片的 温升快，强度下降快，其结果是加剧了内外翅片与焊 管管内外壁接触的不紧密程度。
主要内容
1、空空中冷器的作用与主要技术要求 2、空空中冷器复合翅片管失效与钎焊工艺问题 3、空空中冷器复合翅片管与翅片强度匹配 4、空空中冷器焊管尺寸的设计 5、空空中冷器复合翅片管材料偏析的控制要求 6、结论
1、增压中冷的作用
采用进气中冷技术降低进气温度、提高进气密度，改
1、材料减薄是必然趋势
减重已经成为汽车节能、环保、减排的主要手段之一，
对中冷器而言，材料减薄是降低重量、节约成本、提 高换热效率的主要手段； 从上世纪90年代空空中冷器推广使用以来，管壁厚度 已经减少约50%，内、外翅片厚度减少了20-30%， 部分厂家已经将材料厚度减少了30%以上
2、管与内、外翅片的强度匹配的意义
5、空空中冷的优势
空-空中冷器换热效率较水-空中冷器大大提高，最主
要的空空中冷器的冷侧为大气的环境温度，较水空中 冷的冷侧环境温度低50-60℃，中冷后的进气温度要 低30-50℃，更能有效的降低氮氧化物的排放，同时 发动机燃油经济性、排污染物排放、发动机功率输出 以及发动机寿命等都较水空中冷有明显提高。
2、排放标准与中冷器进气温度 缸内燃烧温度与氮氧化物排放量
燃烧温度与NOx数量
通过增压器技术，缩小发动机排量，可使经济性提高 20%以上，有效 降低汽车油耗和CO2排放。
4、中冷器的作用
中冷可降低进气温度，解决因增压比提高后进气温度
偏高，高温气体降低缸内混合气体密度而影响燃油燃 烧，以及进气温度偏高后而引起的进气温度与燃烧温 度的差减小，燃油燃烧的能量得不到有效释放的问题， 从而保证提高发动机功率输出、提高燃油经济性、降 低排放污染物的同时，保持发动机的使用性能与寿命
6、空空中冷器主要技术要求
随着排放法规的升级，中冷器的进气温度与压力越来越高
排放标准 欧Ⅱ 进气压力（bar）1.5 进气温度（℃）140165 欧Ⅲ 2.2 190220 欧Ⅳ-1 2.4 200230 欧Ⅳ-2 欧Ⅴ 2.7 3.5 225-260 250280 欧Ⅵ 4.0 300340
1、空空中冷器材料具有耐高温蠕变的能力。铝合金温度200 ℃时的蠕变应力 仅为100℃时的50%左右，由于应力的作用，铝合金晶界错位加剧，发生晶界 和晶内滑移，并很快出现断裂。 2、受限于车辆的设计，空空中冷器设计要以最小的体积获取最大的表面积以 期获得最大的换热性能，采用高换热性能的内翅片复合管件是实现中冷器高换 热性能的重要技术途径之一。
7、空空中冷器主要技术要求
由于进气温度高，铝合金材料易发生高温蠕变；由于冷却深度
大，中冷器冷凝水增加等原因，单级铝合金空空中冷器并不能 满足使用要求，因此通常采用水空中冷+空空中冷的两级中冷方 案，或者水空中冷+中空空中冷+后空空中冷等三级中冷的方案。 好的中冷器设计就是要以最小的内、外部阻力，获得最大的换 热性能；内、外部阻力与散热性能相匹配非常重要，虽然因为 不同工况的匹配方式不一样，很难在各个工况都能够很好的阻 力匹配，但必须在综合考虑，特别是大负荷时的阻力匹配。 除了冷却能力，还要考虑冷却的效率； 中冷器总是在高温和高压下工作，冷却深度大，压力脉动大， 压力冲击大，内部应力大，对材料与结构的强度要求高，因此 强度匹配非常重要，以避免提前失效。 气室破坏：铝合金温度200 ℃时的蠕变应力仅为100℃时的 50%左右，由于应力的作用，铝合金晶界错位加剧，发生晶界 和晶内滑移，并很快出现断裂。
3、管与翅片强度匹配模拟试验
单管变形压力，压缩到内翅 片与管内壁完全接触时
工艺匹配问题至 内翅片焊合率低
Leabharlann Baidu
外翅片与 焊管脱焊
3、造成失效的原因
钎料与工艺匹配不合理。中冷器复合翅片管钎料层可
以选择4045或4343，但是由于两种钎料的 熔点不同，钎焊温度与钎焊时间存在差异，不合理的 钎焊温度与钎焊时间必然造成焊缝缺陷。 2、焊管、内翅片、外翅片的材料厚度、材料状态等 选择不合理，导致零件的结构强度不匹配，内翅片与 焊管之间、外翅片与焊管之间存在间隙，焊接过程中 因间隙过大无法弥补而至无法形成正常焊缝。 3、焊管与翅片尺寸设计不合理，焊管内部宽度尺寸 大于内翅片高度尺寸过多，使内翅片与焊管内壁之间 间隙大，造成焊接不良。
1、中冷器使用过程中的失效
进气端气室与主片脱焊
或开裂 进气端主片与管头脱焊 或开裂 散热管开裂
2、中冷器制造过程中芯子钎焊失效
内翅片 未焊合
内翅片焊接不良：内
翅片焊合率不足或几 乎没有形成焊接接头； 外翅片焊接率不够， 或外翅片与散热管未 形成焊缝连接； 接触不紧密造成的
内翅片焊合率低
3、管与翅片强度匹配模拟试验
模拟夹紧试验（焊管 在外端）
装内翅片的管
焊管：0.45mm厚度、H14和H24状态的高频焊管，规格64×8.08mm 内翅片：0.09mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm厚度，状态H14，规 格7.15mm 外翅片：0.10mm、0.12mm、0.13mm、0.15mm厚度，状态H14，规 格8.9mm
善燃油经济性。 进气中冷技术能显著提高发动机功率密度、降低排放 和改善燃油消耗率。 增压中冷后，可以使发动机减少燃油消耗总量，使汽 车有害污染物排放的总量下降。 增加中冷可降低缸内燃烧火焰温度、氧浓度及高温下 停留时间，从而降低NO的生成，大幅度降低柴油机 排放颗粒物的含量、降低CO2排放。