現代の工業生産において、効率的な熱交換技術は、エネルギー利用の最適化と機器性能の向上に不可欠です。フィンチューブは、広く使用されている熱伝達要素として、熱交換管の表面にフィンを追加することにより、外部表面積を増加させ、熱交換効率を大幅に向上させます。しかし、フィンチューブに採用されている溶接プロセスは、最終的な熱伝達性能に無視できない影響を与えます。

フィンチューブの基本的な原理は、フィンによって提供される表面積の増加を利用して、管の内外の流体間の熱伝達を強化することです。高温の流体が管内を流れるか、低温の流体が外部表面を通過すると、熱は管壁を介してフィンに伝達され、フィンはそれを周囲の環境に放散します。火力発電所のボイラーでは、フィンチューブは高温の排ガスから熱を回収して空気を予熱したり、水を予熱したりすることができ、それによって燃焼効率が向上します。化学工業では、さまざまな化学反応プロセスにおける熱交換と伝達に使用されます。冷凍および空調システムでは、冷媒と空気または水との間の熱交換を促進し、温度を調整します。

高周波溶接は、高周波電流の表皮効果と近接効果に基づいています。溶接中、高周波電流は鋼帯と母管の外表面を急速に塑性または溶融状態に加熱し、巻き付けられた鋼帯の圧力下で溶接を完了します。この方法では、高品質の溶接が生成され、フィンの溶接接合率は最大95％に達する可能性があります。溶接中に熱が表面に集中するため、熱影響部は小さく、母材の特性への影響を最小限に抑えます。HF溶接は高速で、高い生産効率と低エネルギー消費を提供し、鋼管と鋼フィンまたは銅管と銅フィンなど、同様の材料を使用したフィンチューブの大量生産に適しています。工業用ラジエーター、ボイラー、その他の分野で広く使用されています。

レーザー溶接は、高エネルギー密度のレーザービームを使用して、フィンを母管に接合します。レーザー溶接は、接合部に最小限の熱抵抗で非常に高品質の溶接を生成し、熱が母管からフィンにスムーズに伝達されるようにします。レーザーパラメータを正確に制御することにより、フィンの形状と配置を正確に設計および製造し、管外の流体の流れを最適化し、対流熱伝達係数を向上させることができます。レーザー溶接フィンチューブは、熱伝達面積の増加に優れており、従来の溶接方法と比較して10％〜20％熱伝達効率を向上させることができます。優れた耐食性と高温性能により、火力発電所のボイラーや化学工業などの複雑な動作条件に適しています。

ガスシールド溶接は、アルゴンや二酸化炭素などのガスを保護媒体として使用して、溶接部を大気から保護し、溶接金属の酸化や窒化を防ぎます。これらの方法の中で、タングステンイナートガス（TIG）溶接は、高品質の溶接、美観的に優れた溶接外観、および小さな熱影響部を提供し、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金などの材料の溶接に適しています。ただし、溶接速度は比較的遅く、コストは高くなります。メタルイナートガス（MIG）およびメタルアクティブガス（MAG）溶接は、より速い溶接速度、高い生産効率、および高い溶着速度を提供し、さまざまな金属材料の溶接に使用できます。ただし、より高いオペレーターのスキルが必要であり、ガスシールドが効果的でない場合、気孔などの欠陥が発生する可能性があります。ガスシールド溶接は、高品質と大量生産が要求される用途、たとえば自動車用ラジエーターや空調熱交換器で広く使用されています。

ろう付けは、母材の融点よりも低い融点を持つフィラーメタルを使用します。アセンブリとフィラーメタルは、フィラーメタルの融点を超え、母材の融点未満の温度に加熱され、液体フィラーメタルが母材を濡らし、接合部の隙間を埋め、拡散して接続を形成します。軟ろう付けは、450℃未満の融点を持つフィラーメタルを使用し、低い溶接温度を伴い、母材の特性への影響が最小限に抑えられますが、接合強度が低くなります。低負荷で中程度の動作温度の用途に適しています。硬ろう付け（または銀ろう付け/ろう接）は、450℃を超える融点を持つフィラーメタルを使用し、より高い負荷と温度にさらされるフィンチューブ溶接に適した、より高い強度接合を生成します。ろう付けは、アルミニウムおよび銅フィンチューブに一般的に使用され、冷凍および空調などの業界で広く適用されています。

溶接プロセスは、フィンと母管間の接続の品質を直接決定し、それによって接触熱抵抗に影響を与えます。HF溶接やレーザー溶接などの方法は、接触熱抵抗の低い緊密な接続を作成し、熱が母管からフィンに効率的に伝達されるようにし、その後の放熱プロセスの強固な基盤を確立します。対照的に、手動アーク溶接の品質は、溶接工のスキルレベルによって大きく異なり、接触熱抵抗が高くなり、熱伝達を妨げる可能性があります。

高品質の溶接は、フィンと母管間の接続の完全性を保証し、熱漏れや伝達中の障害を引き起こす可能性のある隙間や欠陥を回避します。たとえば、HF溶接は通常、事実上隙間がなく、漏れのリスクを大幅に削減し、熱交換中の機器の安全で安定した動作を保証し、より高い熱伝達効率に貢献します。逆に、ガスシールド溶接が不十分なガス保護を受け、気孔などの欠陥が発生した場合、溶接の連続性と強度が損なわれ、その後の熱伝達効率が低下する可能性があります。

溶接プロセスは、フィンの構造的完全性に大きな影響を与えます。レーザー溶接は、プロセスを正確に制御し、意図したフィンの形状と配置を維持し、流体の流れを最適化し、対流熱伝達係数を向上させることができます。ろう付け中、温度と保持時間が適切に制御されていない場合、フィラーメタルの浸食や母材の過熱などの問題が発生し、フィンの構造的完全性に影響を与え、熱伝達効率が低下する可能性があります。

さまざまなフィンチューブ溶接プロセスは、溶接品質、接触熱抵抗、フィンの構造的完全性などの要因を通じて、熱伝達効率に大きな影響を与えます。高周波溶接は、高い溶接接合率、低い接触熱抵抗、および高い生産速度により、工業用途で強力な熱伝達性能を発揮します。レーザー溶接は、高精度、低熱抵抗、および最適化された流体の流れという利点を活かし、複雑な動作条件および非常に高い熱伝達効率を要求する用途に優れています。ガスシールド溶接とろう付けは、それぞれの適切な材料とアプリケーションシナリオで重要な役割を果たします。実際のアプリケーションでは、フィンチューブの動作環境、材料要件、およびコストに関する考慮事項などの要因に基づいて、適切な溶接プロセスを包括的に選択する必要があります。これにより、フィンチューブが最適な熱伝達効率を達成し、工業プロセスの効率的な運用を強力にサポートします。