في الإنتاج الصناعي الحديث، تعتبر تقنية التبادل الحراري الفعالة أمرًا بالغ الأهمية لتحسين استخدام الطاقة وتعزيز أداء المعدات. تعمل الأنابيب الزعانف، كعناصر نقل حرارة مستخدمة على نطاق واسع، على تحسين كفاءة التبادل الحراري بشكل كبير عن طريق زيادة مساحة السطح الخارجية من خلال إضافة زعانف على سطح أنبوب التبادل الحراري. ومع ذلك، فإن عملية اللحام المستخدمة لأنابيب الزعانف لها تأثير كبير على أدائها النهائي في نقل الحرارة.

المبدأ الأساسي للأنابيب الزعانف هو تعزيز نقل الحرارة بين السوائل داخل وخارج الأنبوب عن طريق الاستفادة من زيادة مساحة السطح التي توفرها الزعانف. عندما يتدفق سائل ساخن داخل الأنبوب أو يمر سائل بارد فوق السطح الخارجي، تنتقل الحرارة عبر جدار الأنبوب إلى الزعانف، والتي تقوم بعد ذلك بتبديدها في البيئة المحيطة. في غلايات محطات الطاقة، يمكن لأنابيب الزعانف استعادة الحرارة من غاز المداخن عالي الحرارة لتسخين الهواء أو الماء مسبقًا، وبالتالي تحسين كفاءة الاحتراق. في الصناعة الكيميائية، يتم استخدامها للتبادل الحراري والنقل في عمليات التفاعل الكيميائي المختلفة. في أنظمة التبريد وتكييف الهواء، تسهل عملية التبادل الحراري بين المبرد والهواء أو الماء لتنظيم درجة الحرارة.

يعتمد اللحام عالي التردد على تأثير الجلد وتأثير التقارب للتيار الكهربائي عالي التردد. أثناء اللحام، يقوم التيار عالي التردد بتسخين الشريط الفولاذي والسطح الخارجي للأنبوب الأساسي بسرعة إلى حالة بلاستيكية أو منصهرة، مما يؤدي إلى إكمال اللحام تحت ضغط الشريط الفولاذي الملفوف. تنتج هذه الطريقة لحامات عالية الجودة، مع نسبة ربط زعانف اللحام التي قد تصل إلى 95٪. نظرًا لتركز الحرارة على السطح أثناء اللحام، فإن المنطقة المتأثرة بالحرارة صغيرة، مما يقلل من التأثير على خصائص المادة الأساسية. اللحام عالي التردد سريع، ويوفر كفاءة إنتاج عالية واستهلاكًا منخفضًا للطاقة، وهو مناسب للإنتاج الضخم لأنابيب الزعانف باستخدام مواد مماثلة مثل الأنبوب الفولاذي مع الزعانف الفولاذية أو الأنبوب النحاسي مع الزعانف النحاسية. يستخدم على نطاق واسع في المشعات الصناعية والغلايات وغيرها من المجالات.

يستخدم اللحام بالليزر شعاع ليزر عالي الكثافة لربط الزعانف بالأنبوب الأساسي. ينتج اللحام بالليزر لحامات عالية الجودة للغاية مع الحد الأدنى من المقاومة الحرارية عند الوصلة، مما يسمح للحرارة بالانتقال بسلاسة من الأنبوب الأساسي إلى الزعانف. من خلال التحكم الدقيق في معلمات الليزر، فإنه يتيح التصميم والتصنيع الدقيق لشكل الزعانف وترتيبها، مما يحسن تدفق السوائل خارج الأنبوب ويعزز معامل انتقال الحرارة بالحمل. تتفوق الأنابيب الزعانف الملحومة بالليزر في زيادة مساحة نقل الحرارة ويمكنها تحسين كفاءة نقل الحرارة بنسبة 10٪ -20٪ مقارنة بطرق اللحام التقليدية. إن مقاومتها الجيدة للتآكل وأدائها في درجات الحرارة المرتفعة يجعلها مناسبة لظروف التشغيل المعقدة مثل تلك الموجودة في غلايات محطات الطاقة والصناعة الكيميائية.

يستخدم اللحام المحمي بالغاز غازات مثل الأرجون أو ثاني أكسيد الكربون كوسط واقٍ لحماية منطقة اللحام من الهواء الجوي، مما يمنع أكسدة ونيترة معدن اللحام. من بين هذه الطرق، يوفر لحام التنجستن بالغاز الخامل (TIG) جودة لحام عالية، ومظهر لحام جذاب من الناحية الجمالية، ومنطقة صغيرة متأثرة بالحرارة، مما يجعله مناسبًا لمواد اللحام مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم وسبائك الألومنيوم. ومع ذلك، فإن سرعة اللحام الخاصة به بطيئة نسبيًا، والتكاليف أعلى. يوفر لحام المعدن بالغاز الخامل (MIG) واللحام المعدني بالغاز النشط (MAG) سرعات لحام أسرع وكفاءة إنتاج عالية ومعدلات ترسيب عالية، ويمكن استخدامهما للحام مواد معدنية مختلفة. ومع ذلك، فإنها تتطلب مهارة أعلى للمشغل، ويمكن أن تحدث عيوب مثل المسامية إذا كانت حماية الغاز غير فعالة. يستخدم اللحام المحمي بالغاز على نطاق واسع في التطبيقات التي تتطلب جودة عالية وإنتاجًا كبيرًا على دفعات، مثل مشعات السيارات ومبادلات الحرارة لتكييف الهواء.

يستخدم اللحام بالنحاس معدن حشو بنقطة انصهار أقل من نقطة انصهار المواد الأساسية. يتم تسخين التجميع ومعدن الحشو إلى درجة حرارة أعلى من نقطة انصهار معدن الحشو ولكن أقل من نقطة انصهار المواد الأساسية، مما يسمح لمعدن الحشو السائل بتبليل المواد الأساسية، وملء فجوة الوصلة، والانتشار لتشكيل اتصال. يستخدم اللحام بالصهر الناعم معادن حشو بنقاط انصهار أقل من 450 درجة مئوية، ويتضمن درجات حرارة لحام منخفضة، وله تأثير ضئيل على خصائص المواد الأساسية، ولكنه يؤدي إلى قوة وصلة أقل. إنه مناسب للتطبيقات ذات الأحمال المنخفضة ودرجات حرارة التشغيل المعتدلة. يستخدم اللحام بالنحاس الصلب (أو اللحام بالنحاس الفضي/لحام اللحام) معادن حشو بنقاط انصهار أعلى من 450 درجة مئوية، مما ينتج وصلات ذات قوة أعلى مناسبة للحام أنابيب الزعانف المعرضة لأحمال ودرجات حرارة أعلى. يستخدم اللحام بالنحاس بشكل شائع لأنابيب الزعانف المصنوعة من الألومنيوم والنحاس ويستخدم على نطاق واسع في صناعات مثل التبريد وتكييف الهواء.

تحدد عملية اللحام بشكل مباشر جودة الاتصال بين الزعنفة والأنبوب الأساسي، وبالتالي تؤثر على المقاومة الحرارية للتلامس. تخلق طرق مثل اللحام عالي التردد واللحام بالليزر وصلات ضيقة ذات مقاومة حرارية منخفضة للتلامس، مما يسمح للحرارة بالانتقال بكفاءة من الأنبوب الأساسي إلى الزعنفة، مما يؤسس أساسًا متينًا لعملية تبديد الحرارة اللاحقة. في المقابل، يمكن أن تختلف جودة اللحام بالقوس اليدوي بشكل كبير اعتمادًا على مستوى مهارة اللحام، مما قد يؤدي إلى مقاومة حرارية أعلى للتلامس وإعاقة نقل الحرارة.

تضمن اللحامات عالية الجودة سلامة الاتصال بين الزعنفة والأنبوب الأساسي، وتجنب الفجوات أو العيوب التي قد تسبب تسرب الحرارة أو العوائق أثناء النقل. على سبيل المثال، تكون لحامات HF خالية عمليًا من الفجوات، مما يقلل بشكل كبير من مخاطر التسرب، مما يضمن التشغيل الآمن والمستقر للمعدات أثناء التبادل الحراري، والمساهمة في كفاءة نقل الحرارة الأعلى. على العكس من ذلك، إذا عانى اللحام المحمي بالغاز من حماية غير كافية للغاز مما يؤدي إلى عيوب مثل المسامية، فيمكن المساس باستمرارية وقوة اللحام، مما يقلل لاحقًا من كفاءة نقل الحرارة.

تؤثر عملية اللحام بشكل كبير على السلامة الهيكلية للزعانف. يسمح اللحام بالليزر بالتحكم الدقيق في العملية، والحفاظ على شكل الزعانف وترتيبها المقصود، وتحسين تدفق السوائل، وتعزيز معامل انتقال الحرارة بالحمل. أثناء اللحام بالنحاس، إذا لم يتم التحكم في درجة الحرارة ووقت التثبيت بشكل صحيح، فقد تحدث مشكلات مثل تآكل معدن الحشو أو ارتفاع درجة حرارة المادة الأساسية، مما يؤثر على السلامة الهيكلية للزعانف ويقلل من كفاءة نقل الحرارة.

تؤثر عمليات لحام أنابيب الزعانف المختلفة بشكل كبير على كفاءة نقل الحرارة من خلال عوامل مثل جودة اللحام، والمقاومة الحرارية للتلامس، والسلامة الهيكلية للزعانف. يوضح اللحام عالي التردد أداءً قويًا في نقل الحرارة في التطبيقات الصناعية نظرًا لنسبة ربط اللحام العالية، والمقاومة الحرارية المنخفضة للتلامس، وسرعة الإنتاج العالية. يتفوق اللحام بالليزر في ظروف التشغيل المعقدة والتطبيقات التي تتطلب كفاءة عالية للغاية في نقل الحرارة، والاستفادة من مزاياه المتمثلة في الدقة العالية، والمقاومة الحرارية المنخفضة، وتحسين تدفق السوائل. يلعب اللحام المحمي بالغاز واللحام بالنحاس أدوارًا مهمة في المواد وسيناريوهات التطبيقات المناسبة لكل منهما. في التطبيقات العملية، يجب تحديد عملية اللحام المناسبة بشكل شامل بناءً على عوامل مثل بيئة تشغيل أنبوب الزعانف، ومتطلبات المواد، واعتبارات التكلفة. يضمن هذا أن أنبوب الزعانف يحقق كفاءة نقل الحرارة المثلى، مما يوفر دعمًا قويًا للتشغيل الفعال للعمليات الصناعية.