Trong sản xuất công nghiệp hiện đại, công nghệ trao đổi nhiệt hiệu quả là yếu tố then chốt để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và nâng cao hiệu suất thiết bị. Ống cánh, là các bộ phận truyền nhiệt được sử dụng rộng rãi, cải thiện đáng kể hiệu quả trao đổi nhiệt bằng cách tăng diện tích bề mặt bên ngoài thông qua việc thêm cánh vào bề mặt ống trao đổi nhiệt. Tuy nhiên, quy trình hàn được sử dụng cho ống cánh có tác động không đáng kể đến hiệu suất truyền nhiệt cuối cùng của chúng.

Nguyên tắc cơ bản của ống cánh là tăng cường truyền nhiệt giữa các chất lỏng bên trong và bên ngoài ống bằng cách sử dụng diện tích bề mặt tăng lên do các cánh cung cấp. Khi một chất lỏng nóng chảy bên trong ống hoặc một chất lỏng lạnh đi qua bề mặt bên ngoài, nhiệt được truyền qua thành ống đến các cánh, sau đó tản nhiệt ra môi trường xung quanh. Trong các lò hơi của nhà máy điện, ống cánh có thể thu hồi nhiệt từ khí thải nhiệt độ cao để làm nóng sơ bộ không khí hoặc nước, do đó cải thiện hiệu quả đốt. Trong ngành hóa chất, chúng được sử dụng để trao đổi và truyền nhiệt trong các quá trình phản ứng hóa học khác nhau. Trong hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí, chúng tạo điều kiện trao đổi nhiệt giữa chất làm lạnh và không khí hoặc nước để điều chỉnh nhiệt độ.

Hàn cao tần dựa trên hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng lân cận của dòng điện cao tần. Trong quá trình hàn, dòng điện cao tần làm nóng nhanh dải thép và bề mặt bên ngoài của ống cơ sở đến trạng thái dẻo hoặc nóng chảy, hoàn thành mối hàn dưới áp lực của dải thép quấn. Phương pháp này tạo ra các mối hàn chất lượng cao, với tỷ lệ liên kết mối hàn cánh có thể đạt tới 95%. Vì nhiệt tập trung trên bề mặt trong quá trình hàn, vùng bị ảnh hưởng nhiệt nhỏ, giảm thiểu tác động đến các đặc tính vật liệu cơ bản. Hàn HF nhanh, mang lại hiệu quả sản xuất cao và tiêu thụ năng lượng thấp, đồng thời phù hợp với sản xuất hàng loạt ống cánh bằng cách sử dụng các vật liệu tương tự như ống thép có cánh thép hoặc ống đồng có cánh đồng. Nó được sử dụng rộng rãi trong bộ tản nhiệt công nghiệp, nồi hơi và các lĩnh vực khác.

Hàn laser sử dụng chùm tia laser mật độ năng lượng cao để nối các cánh vào ống cơ sở. Hàn laser tạo ra các mối hàn chất lượng cực cao với điện trở nhiệt tối thiểu tại mối nối, cho phép nhiệt truyền trơn tru từ ống cơ sở đến các cánh. Bằng cách kiểm soát chính xác các thông số laser, nó cho phép thiết kế và sản xuất chính xác hình dạng và cách bố trí cánh, tối ưu hóa dòng chảy chất lỏng bên ngoài ống và tăng cường hệ số truyền nhiệt đối lưu. Ống cánh hàn laser vượt trội trong việc tăng diện tích truyền nhiệt và có thể cải thiện hiệu quả truyền nhiệt từ 10% -20% so với các phương pháp hàn truyền thống. Khả năng chống ăn mòn tốt và hiệu suất nhiệt độ cao của chúng khiến chúng phù hợp với các điều kiện vận hành phức tạp như trong các lò hơi của nhà máy điện và ngành hóa chất.

Hàn khí bảo vệ sử dụng các loại khí như argon hoặc carbon dioxide làm môi trường bảo vệ để che chắn khu vực hàn khỏi không khí quyển, ngăn chặn quá trình oxy hóa và nitrat hóa của kim loại hàn. Trong số các phương pháp này, hàn Tungsten Inert Gas (TIG) mang lại chất lượng hàn cao, vẻ ngoài mối hàn đẹp mắt và vùng bị ảnh hưởng nhiệt nhỏ, khiến nó phù hợp với việc hàn các vật liệu như thép không gỉ, nhôm và hợp kim nhôm. Tuy nhiên, tốc độ hàn của nó tương đối chậm và chi phí cao hơn. Hàn Metal Inert Gas (MIG) và Metal Active Gas (MAG) mang lại tốc độ hàn nhanh hơn, hiệu quả sản xuất cao và tốc độ đắp cao, đồng thời có thể được sử dụng để hàn các vật liệu kim loại khác nhau. Tuy nhiên, chúng đòi hỏi kỹ năng vận hành cao hơn và các khuyết tật như xốp có thể xảy ra nếu việc bảo vệ bằng khí không hiệu quả. Hàn khí bảo vệ được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đòi hỏi chất lượng cao và sản xuất hàng loạt, chẳng hạn như bộ tản nhiệt ô tô và bộ trao đổi nhiệt điều hòa không khí.

Hàn thiếc sử dụng kim loại phụ có điểm nóng chảy thấp hơn so với vật liệu cơ bản. Cụm lắp ráp và kim loại phụ được nung nóng đến nhiệt độ trên điểm nóng chảy của kim loại phụ nhưng dưới điểm nóng chảy của vật liệu cơ bản, cho phép kim loại phụ lỏng làm ướt vật liệu cơ bản, lấp đầy khoảng trống mối nối và khuếch tán để tạo thành một kết nối. Hàn mềm sử dụng kim loại phụ có điểm nóng chảy dưới 450°C, liên quan đến nhiệt độ hàn thấp và có tác động tối thiểu đến các đặc tính vật liệu cơ bản, nhưng dẫn đến độ bền mối nối thấp hơn. Nó phù hợp với các ứng dụng có tải trọng thấp và nhiệt độ vận hành vừa phải. Hàn cứng (hoặc hàn bạc/hàn gió đá) sử dụng kim loại phụ có điểm nóng chảy trên 450°C, tạo ra các mối nối có độ bền cao hơn, phù hợp với việc hàn ống cánh chịu tải trọng và nhiệt độ cao hơn. Hàn thiếc thường được sử dụng cho ống cánh nhôm và đồng và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành như làm lạnh và điều hòa không khí.

Quá trình hàn xác định trực tiếp chất lượng của mối nối giữa cánh và ống cơ sở, do đó ảnh hưởng đến điện trở nhiệt tiếp xúc. Các phương pháp như hàn HF và hàn laser tạo ra các kết nối chặt chẽ với điện trở nhiệt tiếp xúc thấp, cho phép nhiệt truyền hiệu quả từ ống cơ sở đến cánh, thiết lập một nền tảng vững chắc cho quá trình tản nhiệt sau đó. Ngược lại, chất lượng hàn hồ quang thủ công có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào trình độ kỹ năng của thợ hàn, có khả năng dẫn đến điện trở nhiệt tiếp xúc cao hơn và cản trở quá trình truyền nhiệt.

Các mối hàn chất lượng cao đảm bảo tính toàn vẹn của mối nối giữa cánh và ống cơ sở, tránh các khoảng trống hoặc khuyết tật có thể gây rò rỉ nhiệt hoặc cản trở trong quá trình truyền. Ví dụ, các mối hàn HF thường không có khoảng trống, giảm đáng kể rủi ro rò rỉ, đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định của thiết bị trong quá trình trao đổi nhiệt và góp phần vào hiệu quả truyền nhiệt cao hơn. Ngược lại, nếu hàn khí bảo vệ bị thiếu sự bảo vệ của khí dẫn đến các khuyết tật như xốp, tính liên tục và độ bền của mối hàn có thể bị ảnh hưởng, sau đó làm giảm hiệu quả truyền nhiệt.

Quá trình hàn tác động đáng kể đến tính toàn vẹn cấu trúc của các cánh. Hàn laser cho phép kiểm soát chính xác quá trình, bảo tồn hình dạng và cách bố trí cánh dự kiến, tối ưu hóa dòng chảy chất lỏng và tăng cường hệ số truyền nhiệt đối lưu. Trong quá trình hàn thiếc, nếu nhiệt độ và thời gian giữ không được kiểm soát đúng cách, các vấn đề như xói mòn kim loại phụ hoặc quá nhiệt vật liệu cơ bản có thể xảy ra, ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cấu trúc của các cánh và làm giảm hiệu quả truyền nhiệt.

Các quy trình hàn ống cánh khác nhau có tác động đáng kể đến hiệu quả truyền nhiệt thông qua các yếu tố như chất lượng mối hàn, điện trở nhiệt tiếp xúc và tính toàn vẹn cấu trúc của cánh. Hàn cao tần thể hiện hiệu suất truyền nhiệt mạnh mẽ trong các ứng dụng công nghiệp do tỷ lệ liên kết mối hàn cao, điện trở nhiệt tiếp xúc thấp và tốc độ sản xuất cao. Hàn laser vượt trội trong các điều kiện vận hành phức tạp và các ứng dụng đòi hỏi hiệu quả truyền nhiệt cực cao, tận dụng các ưu điểm của nó về độ chính xác cao, điện trở nhiệt thấp và dòng chảy chất lỏng được tối ưu hóa. Hàn khí bảo vệ và hàn thiếc đóng vai trò quan trọng trong các vật liệu và kịch bản ứng dụng phù hợp tương ứng của chúng. Trong các ứng dụng thực tế, quy trình hàn thích hợp nên được chọn một cách toàn diện dựa trên các yếu tố như môi trường vận hành của ống cánh, yêu cầu về vật liệu và các cân nhắc về chi phí. Điều này đảm bảo rằng ống cánh đạt được hiệu quả truyền nhiệt tối ưu, cung cấp sự hỗ trợ mạnh mẽ cho hoạt động hiệu quả của các quy trình công nghiệp.