Dans la production industrielle moderne, une technologie d'échange thermique efficace est cruciale pour optimiser l'utilisation de l'énergie et améliorer les performances des équipements. Les tubes à ailettes, en tant qu'éléments de transfert de chaleur largement utilisés, améliorent considérablement l'efficacité de l'échange thermique en augmentant la surface externe grâce à l'ajout d'ailettes sur la surface du tube d'échange thermique. Cependant, le procédé de soudage employé pour les tubes à ailettes a un impact non négligeable sur leurs performances de transfert de chaleur ultimes.

Le principe fondamental des tubes à ailettes est d'améliorer le transfert de chaleur entre les fluides à l'intérieur et à l'extérieur du tube en utilisant la surface accrue fournie par les ailettes. Lorsqu'un fluide chaud circule à l'intérieur du tube ou qu'un fluide froid passe sur la surface externe, la chaleur est transférée à travers la paroi du tube vers les ailettes, qui la dissipent ensuite dans l'environnement. Dans les chaudières des centrales électriques, les tubes à ailettes peuvent récupérer la chaleur des gaz de combustion à haute température pour préchauffer l'air ou l'eau, améliorant ainsi l'efficacité de la combustion. Dans l'industrie chimique, ils sont utilisés pour l'échange et le transfert de chaleur dans divers processus de réaction chimique. Dans les systèmes de réfrigération et de climatisation, ils facilitent l'échange de chaleur entre le réfrigérant et l'air ou l'eau pour réguler la température.

Le soudage haute fréquence est basé sur l'effet de peau et l'effet de proximité du courant électrique haute fréquence. Pendant le soudage, le courant haute fréquence chauffe rapidement la bande d'acier et la surface extérieure du tube de base jusqu'à un état plastique ou fondu, complétant la soudure sous la pression de la bande d'acier enroulée. Cette méthode produit des soudures de haute qualité, avec un rapport de liaison des ailettes pouvant atteindre 95 %. Étant donné que la chaleur est concentrée sur la surface pendant le soudage, la zone affectée par la chaleur est petite, minimisant l'impact sur les propriétés du matériau de base. Le soudage HF est rapide, offre une grande efficacité de production et une faible consommation d'énergie, et convient à la production de masse de tubes à ailettes utilisant des matériaux similaires tels que le tube en acier avec des ailettes en acier ou le tube en cuivre avec des ailettes en cuivre. Il est largement utilisé dans les radiateurs industriels, les chaudières et autres domaines.

Le soudage laser utilise un faisceau laser à haute densité d'énergie pour joindre les ailettes au tube de base. Le soudage laser produit des soudures d'une qualité extrêmement élevée avec une résistance thermique minimale au niveau du joint, permettant à la chaleur de se transférer en douceur du tube de base aux ailettes. En contrôlant avec précision les paramètres du laser, il permet une conception et une fabrication précises de la forme et de la disposition des ailettes, optimisant l'écoulement du fluide à l'extérieur du tube et améliorant le coefficient de transfert de chaleur par convection. Les tubes à ailettes soudés au laser excellent dans l'augmentation de la surface de transfert de chaleur et peuvent améliorer l'efficacité du transfert de chaleur de 10 % à 20 % par rapport aux méthodes de soudage traditionnelles. Leur bonne résistance à la corrosion et leurs performances à haute température les rendent adaptés aux conditions de fonctionnement complexes telles que celles des chaudières de centrales électriques et de l'industrie chimique.

Le soudage sous protection gazeuse utilise des gaz tels que l'argon ou le dioxyde de carbone comme milieu protecteur pour protéger la zone de soudure de l'air atmosphérique, empêchant l'oxydation et la nitruration du métal de soudure. Parmi ces méthodes, le soudage au gaz tungstène inerte (TIG) offre une qualité de soudure élevée, une apparence de soudure esthétiquement agréable et une petite zone affectée par la chaleur, ce qui le rend adapté au soudage de matériaux tels que l'acier inoxydable, l'aluminium et les alliages d'aluminium. Cependant, sa vitesse de soudage est relativement lente et les coûts sont plus élevés. Le soudage au gaz métal inerte (MIG) et le soudage au gaz actif métal (MAG) offrent des vitesses de soudage plus rapides, une grande efficacité de production et des taux de dépôt élevés, et peuvent être utilisés pour souder divers matériaux métalliques. Cependant, ils nécessitent une compétence plus élevée de l'opérateur, et des défauts tels que la porosité peuvent survenir si la protection gazeuse est inefficace. Le soudage sous protection gazeuse est largement utilisé dans les applications exigeant une qualité élevée et une production en grande série, telles que les radiateurs automobiles et les échangeurs de chaleur de climatisation.

Le brasage utilise un métal d'apport dont le point de fusion est inférieur à celui des matériaux de base. L'assemblage et le métal d'apport sont chauffés à une température supérieure au point de fusion du métal d'apport mais inférieure au point de fusion des matériaux de base, permettant au métal d'apport liquide de mouiller les matériaux de base, de remplir l'espace du joint et de se diffuser pour former une connexion. Le brasage tendre utilise des métaux d'apport avec des points de fusion inférieurs à 450°C, implique des températures de soudage basses et a un impact minimal sur les propriétés du matériau de base, mais entraîne une résistance du joint plus faible. Il convient aux applications avec de faibles charges et des températures de fonctionnement modérées. Le brasage fort (ou brasage à l'argent/soudage au brasage) utilise des métaux d'apport avec des points de fusion supérieurs à 450°C, produisant des joints plus résistants adaptés au soudage de tubes à ailettes soumis à des charges et des températures plus élevées. Le brasage est couramment utilisé pour les tubes à ailettes en aluminium et en cuivre et est largement appliqué dans des industries telles que la réfrigération et la climatisation.

Le procédé de soudage détermine directement la qualité de la connexion entre l'ailette et le tube de base, influençant ainsi la résistance thermique de contact. Des méthodes comme le soudage HF et le soudage laser créent des connexions serrées avec une faible résistance thermique de contact, permettant à la chaleur de se transférer efficacement du tube de base à l'ailette, établissant ainsi une base solide pour le processus de dissipation de chaleur ultérieur. En revanche, la qualité du soudage à l'arc manuel peut varier considérablement en fonction du niveau de compétence du soudeur, ce qui peut entraîner une résistance thermique de contact plus élevée et entraver le transfert de chaleur.

Des soudures de haute qualité garantissent l'intégrité de la connexion entre l'ailette et le tube de base, évitant les lacunes ou les défauts qui pourraient provoquer des fuites de chaleur ou une obstruction pendant le transfert. Par exemple, les soudures HF sont généralement pratiquement sans lacune, ce qui réduit considérablement les risques de fuite, assurant un fonctionnement sûr et stable de l'équipement pendant l'échange de chaleur et contribuant à une plus grande efficacité du transfert de chaleur. Inversement, si le soudage sous protection gazeuse souffre d'une protection gazeuse inadéquate entraînant des défauts tels que la porosité, la continuité et la résistance de la soudure peuvent être compromises, réduisant par la suite l'efficacité du transfert de chaleur.

Le procédé de soudage a un impact significatif sur l'intégrité structurelle des ailettes. Le soudage laser permet un contrôle précis du processus, préservant la forme et la disposition prévues des ailettes, optimisant l'écoulement du fluide et améliorant le coefficient de transfert de chaleur par convection. Pendant le brasage, si la température et le temps de maintien ne sont pas correctement contrôlés, des problèmes tels que l'érosion du métal d'apport ou la surchauffe du matériau de base peuvent survenir, affectant l'intégrité structurelle des ailettes et réduisant l'efficacité du transfert de chaleur.

Différents procédés de soudage des tubes à ailettes ont un impact significatif sur l'efficacité du transfert de chaleur grâce à des facteurs tels que la qualité de la soudure, la résistance thermique de contact et l'intégrité structurelle des ailettes. Le soudage haute fréquence démontre de fortes performances de transfert de chaleur dans les applications industrielles en raison de son rapport de liaison de soudure élevé, de sa faible résistance thermique de contact et de sa vitesse de production élevée. Le soudage laser excelle dans les conditions de fonctionnement complexes et les applications exigeant une efficacité de transfert de chaleur extrêmement élevée, tirant parti de ses avantages en termes de haute précision, de faible résistance thermique et d'écoulement de fluide optimisé. Le soudage sous protection gazeuse et le brasage jouent des rôles importants dans leurs matériaux et scénarios d'application respectifs. Dans les applications pratiques, le procédé de soudage approprié doit être sélectionné de manière globale en fonction de facteurs tels que l'environnement de fonctionnement du tube à ailettes, les exigences matérielles et les considérations de coût. Cela garantit que le tube à ailettes atteint une efficacité de transfert de chaleur optimale, fournissant un soutien solide au fonctionnement efficace des processus industriels.