CN109848499B - 一种复杂换热器芯体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复杂换热器芯体的制备方法，包括以下操作：清洗换热组件后将钎料均匀涂注在换热组件结合面；将内型面点焊定位在B、C段，保证内型面与B、C段紧贴合；进行芯体整体装配后将整体换热器芯体组件放入真空钎焊炉进行整体真空钎焊，钎焊完毕后冷却至常温出炉。本发明采用的真空钎焊方法，可实现带有复杂换热器芯体的制作，该方法工装结构简单、方案简单快捷、成本低；同时可有效解决真空钎焊工艺中组件装配定位难、焊接过程组件变形等难题。
Description
技术领域
本发明属于精密加工技术领域，涉及一种复杂换热器芯体的制备方法。
背景技术
对于某些大型复杂换热器芯体由超过2000个不锈钢冲压件组成，在换热器内部形成长通道不串压的复杂腔体结构。工作时，此种复腔结构中的薄壁组件对流过其中的不同温度的双介质进行热交换以降低温差，同时还要求能耐温、耐压、耐腐蚀等特殊环境下工作。这些组件有如下特点：1、多为薄壁冲压折弯件，且形状特异；2、数量多(超过2000件)且多层叠装结构，内部封闭，开段窄小；3、需要整体连接形成两个独立的长流通腔体，相互不能串压；4、形成的两组腔体要承受＞5MPa/10min的压力；5、制作后的芯体≤0.5mm，便于组装在密封的筒体内。由于芯体结构特异、内部封闭、开段窄小、单组件壁薄，进行组合焊接时焊缝多达20000多条，因此制作难度很大。
对于如此复杂的芯体结构，一般采用熔焊、钎焊、扩散焊、胶接等几种工艺来制作。然而由于芯体内部封闭，开段窄小，熔焊组焊工艺无法实现连接要求；浸渍钎焊、电阻钎焊、火焰钎焊、高频钎焊受芯体结构限制亦无法满足连接要求；扩散焊受此结构限制无法施压，也无法进行；胶接工艺因材料影响热交换率，且连接强度有限，所以也不可实现。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种复杂换热器芯体的制备方法，可以实现大型复杂换热器芯体的制作，以满足严苛环境条件下的工况应用。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种复杂换热器芯体的制备方法，包括以下操作：
1)将复杂换热器芯体的内型面充分清洗后，在其待钎表面上预置钎料：将膏状钎料用注射器均匀涂注在内型面的待钎表面上，待钎料凝固后打磨平整；
将内型面按照设计要求点焊在C段薄板上，每38～40mm定位一个内型面，保证内型面与C段薄板紧贴合；
将内型面按照设计要求点焊在B段薄板上，每38～40mm定位一个内型面，保证内型面与B段薄板紧贴合；
2)按照复杂换热器芯体的设计要求，将B段薄板与C段薄板相扣合装配，装配时先从中间开始装配，然后按照顺序对应的向上下、左右两边装配；其中上下装配调整椭圆度≤0.5mm，左右平行延伸；一段装配完成后在最外侧放置束环后拉紧；
将装配后的组件平放在多个平行排布的V型工装上，V型工装与束环一一对应；
3)打开炉门将组件装入真空钎焊炉进行第一次真空钎焊，抽真空后加热到1000～1100℃时，分压500～600Pa，钎焊保持20～30min；
钎焊完成后随炉真空冷却到200～300℃充填惰性气体，使炉内压力平衡后出炉；
4)拆卸束环工装后，再在组件表面通过氩弧焊焊接流道腔F腔；
5)按设计要求，在组件的上下顶端安装搭板处固定箔状钎料，然后用储能点焊机将搭板定位；再将组件用束环均匀固定拉紧后放置在V型工装上，V型工装与束环一一对应；
6)打开炉门将组件装入真空钎焊炉进行第二次真空钎焊，抽真空后加热到1010～1050℃时，分压500～600Pa，钎焊保持20～30min；钎焊完成后随炉真空冷却，待炉内压力平衡后出炉，完成复杂换热器芯体的制备。
所述的清洗是将复杂换热器芯体的零件在清洁的汽油中清洗除油后并吹干，然后再将零件放入的无水乙醇中用毛刷清洗待钎表面，清洗干净的零件从无水乙醇中取出后立即用热吹风机吹干。
所述的膏状钎料是将粉状钎料HBCu58MnCo用粘结剂调成膏状，然后通过注射器注射在内型面的外凸面和延伸面上。
所述的内型面与B段薄板、C段薄板装配间隙不大于0.08mm，且内型面之间的平行度不大于0.1mm。
所述的第一次真空钎焊时，抽真空为：抽真空冷态真空度：1×10-2Pa，工作真空度：100-500Pa；
抽真空后的加热程序为：以120℃/h的速率加热到450℃，保温60min；
再以180℃/h的速率加热到700℃，分压100Pa，保温20min；
再以360℃/h的速率加热到900℃，分压150Pa，保温120min；
再以500℃/h的速率加热到1020℃，分压500Pa，在1020℃±5℃钎焊，保持30min；
钎焊后的冷却程序为：以240℃/h的速率冷却到700℃，随炉真空冷却到200℃充填惰性气体，使炉内压力达到9×104Pa后出炉。
所述的在组件的上下顶端安装搭板处固定箔状钎料HBNi82CrSiB，然后用储能点焊机将搭板定位。
第二次真空钎焊时，抽真空为：冷态真空度：1×10-2Pa，工作真空度：3×10-2Pa加热程序：
抽真空后的加热程序为：以120℃/h的速率加热到450℃，保温40min；
再以180℃/h的速率加热到950℃，保温120min；
以500℃/h的速率加热到1020℃开始钎焊；
钎焊：在1020℃±5℃钎焊时，保持30min；
冷却程序：以240℃/h的速率冷却到700℃，随炉真空冷却气体冷却，冷却到65℃后出炉。
所述的氩弧焊焊接时，焊丝选择￠1.2H12Cr26Ni21，氩弧焊要求：电流30-50A，气流3-5L/min；焊缝致密、均匀、连续，分段点焊，各层焊接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的复杂换热器芯体的制备方法，针对所制备的复杂换热器芯体组件结构内部封闭，开段狭小，单件又均为薄壁冲压件，组件焊缝累计多达20100条的严苛要求；采用内型面预置钎料，然后再进行定位装配，在装配时满足其装配要求，实现了高精度的装配与预置钎料的同时进行；然后将组配的组件用束环施加预紧力放置在V型工装，这是整体组合焊接如何控制变形是成败的关键，因为零件多为薄壁冲压件，内部都存在很大应力，且B、C段之间又为不同内型面连接，存在严重重力分布不均，如何让其中的应力相互抵消，或者平缓消失是解决变形的关键，为此本发明制作了V型工装作为控变工装，组件放置在V型面时可以两边受力，实现了一次成型的控制。
最后氩弧焊焊接亦非常重要，要求即不能影响钎焊焊缝，又要密封，而且不能变形；因此本发明采用小电流，双面惰性气体保护快速焊接方法进行。
附图说明
图1为本发明待制备的复杂换热器芯体的结构示意图；
图2为内型面钎料预置示意图；
图3为内型面在C段薄板排列示意图；
图4为B段薄板与内型面的装配定位示意图；
图5为C段与内型面的装配定位示意图；
图6为为束环与V型工装示意图；
图7为组件与V型工装装配示意图；
图8为搭板定位后的组件装配示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1-图8，本发明针对已有设计方案的复杂换热器芯体，提出一种复杂换热器芯体的制备方法，包括以下操作：
1)将复杂换热器芯体的内型面充分清洗后，在其待钎表面上预置钎料：将膏状钎料用注射器均匀涂注在内型面的待钎表面上，待钎料凝固后打磨平整；
将内型面按照设计要求点焊在C段薄板上，每38～40mm定位一个内型面，保证内型面与C段薄板紧贴合；
将内型面按照设计要求点焊在B段薄板上，每38～40mm定位一个内型面，保证内型面与B段薄板紧贴合；
2)按照复杂换热器芯体的设计要求，将B段薄板与C段薄板相扣合装配，装配时先从中间开始装配，然后按照顺序对应的向上下、左右两边装配；其中上下装配调整椭圆度≤0.5mm，左右平行延伸；一段装配完成后在最外侧装配束环后拉紧；
将装配后的组件平放在多个平行排布的V型工装的V型面上，V型工装与束环一一对应；
3)打开炉门将组件装入真空钎焊炉进行第一次真空钎焊，抽真空后加热到1000～1100℃时，分压500～600Pa，钎焊保持20～30min；
钎焊完成后随炉真空冷却到200～300℃充填惰性气体，使炉内压力平衡后出炉；
4)拆卸束环工装后，再在组件表面通过氩弧焊焊接流道腔F腔；
5)按设计要求，在组件的上下顶端安装搭板处固定箔状钎料，然后用储能点焊机将搭板定位；再将组件用束环均匀固定拉紧后放置在V型工装上，V型工装与束环一一对应；
6)打开炉门将组件装入真空钎焊炉进行第二次真空钎焊，抽真空后加热到1010～1050℃时，分压500～600Pa，钎焊保持20～30min；钎焊完成后随炉真空冷却，待炉内压力平衡后出炉，完成复杂换热器芯体的制备。
进一步的，所述的清洗是将复杂换热器芯体的零件在清洁的汽油中清洗除油后并吹干，然后再将零件放入的无水乙醇中用毛刷清洗待钎表面，清洗干净的零件从无水乙醇中取出后立即用热吹风机吹干。
所述的膏状钎料是将粉状钎料HBCu58MnCo用粘结剂调成膏状，然后通过注射器注射在内型面的外凸面和延伸面上。
进一步的，所述的内型面与B段薄板、C段薄板装配间隙不大于0.08mm，且内型面之间的平行度不大于0.1mm。
具体的，所述的第一次真空钎焊时，抽真空为：抽真空冷态真空度：1×10-2Pa，工作真空度：100-500Pa；
抽真空后的加热程序为：以120℃/h的速率加热到450℃，保温60min；
再以180℃/h的速率加热到700℃，分压100Pa，保温20min；
再以360℃/h的速率加热到900℃，分压150Pa，保温120min；
再以500℃/h的速率加热到1020℃，分压500Pa，在1020℃±5℃钎焊，保持30min；
钎焊后的冷却程序为：以240℃/h的速率冷却到700℃，随炉真空冷却到200℃充填惰性气体，使炉内压力达到9×104Pa后出炉。
具体的，所述的在组件的上下顶端安装搭板处固定箔状钎料HBNi82CrSiB，然后用储能点焊机将搭板定位。
具体的，第二次真空钎焊时，抽真空为：冷态真空度：1×10-2Pa，工作真空度：3×10-2Pa加热程序：
抽真空后的加热程序为：以120℃/h的速率加热到450℃，保温40min；
再以180℃/h的速率加热到950℃，保温120min；
以500℃/h的速率加热到1020℃开始钎焊；
钎焊：在1020℃±5℃钎焊时，保持30min；
冷却程序：以240℃/h的速率冷却到700℃，随炉真空冷却气体冷却，冷却到65℃后出炉。
具体的，所述的氩弧焊焊接时，焊丝选择￠1.2H12Cr26Ni21，氩弧焊要求：电流30-50A，气流3-5L/min；焊缝致密、均匀、连续，分段点焊，各层焊接。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种复杂换热器芯体的制备方法，其特征在于，包括以下操作：
1)将复杂换热器芯体的内型面充分清洗后，在其待钎表面上预置钎料：将膏状钎料用注射器均匀涂注在内型面的待钎表面上，待钎料凝固后打磨平整；
将内型面按照设计要求点焊在C段薄板上，每38～40mm定位一个内型面，保证内型面与C段薄板紧贴合；
将内型面按照设计要求点焊在B段薄板上，每38～40mm定位一个内型面，保证内型面与B段薄板紧贴合；
2)按照复杂换热器芯体的设计要求，将B段薄板与C段薄板相扣合装配，装配时先从中间开始装配，然后按照顺序对应的向上下、左右两边装配；其中上下装配调整椭圆度≤0.5mm，左右平行延伸；一段装配完成后在最外侧装配束环后拉紧；
将装配后的组件平放在多个平行排布的V型工装的V型面上，V型工装与束环一一对应；
3)打开炉门将组件装入真空钎焊炉进行第一次真空钎焊，抽真空后加热到1000～1100℃时，分压500～600Pa，钎焊保持20～30min；
钎焊完成后随炉真空冷却到200～300℃充填惰性气体，使炉内压力平衡后出炉；
4)拆卸束环工装后，再在组件表面通过氩弧焊焊接流道腔F腔；
5)按设计要求，在组件的上下顶端安装搭板处固定箔状钎料，然后用储能点焊机将搭板定位；再将组件用束环均匀固定拉紧后放置在V型工装上，V型工装与束环一一对应；
6)打开炉门将组件装入真空钎焊炉进行第二次真空钎焊，抽真空后加热到1010～1050℃时，分压500～600Pa，钎焊保持20～30min；钎焊完成后随炉真空冷却，待炉内压力平衡后出炉，完成复杂换热器芯体的制备。
2.如权利要求1所述的复杂换热器芯体的制备方法，其特征在于，所述的清洗是将复杂换热器芯体的零件在清洁的汽油中清洗除油后并吹干，然后再将零件放入的无水乙醇中用毛刷清洗待钎表面，清洗干净的零件从无水乙醇中取出后立即用热吹风机吹干。
3.如权利要求1所述的复杂换热器芯体的制备方法，其特征在于，所述的膏状钎料是将粉状钎料HBCu58MnCo用粘结剂调成膏状，然后通过注射器注射在内型面的外凸面和延伸面上。
4.如权利要求1所述的复杂换热器芯体的制备方法，其特征在于，所述的内型面与B段薄板、C段薄板装配间隙不大于0.08mm，且内型面之间的平行度不大于0.1mm。
5.如权利要求1所述的复杂换热器芯体的制备方法，其特征在于，所述的第一次真空钎焊时，抽真空为：抽真空冷态真空度：1×10-2Pa，工作真空度：100-500Pa；
抽真空后的加热程序为：以120℃/h的速率加热到450℃，保温60min；
再以180℃/h的速率加热到700℃，分压100Pa，保温20min；
再以360℃/h的速率加热到900℃，分压150Pa，保温120min；
再以500℃/h的速率加热到1020℃，分压500Pa，在1020℃±5℃钎焊，保持30min；
钎焊后的冷却程序为：以240℃/h的速率冷却到700℃，随炉真空冷却到200℃充填惰性气体，使炉内压力达到9×104Pa后出炉。
6.如权利要求1所述的复杂换热器芯体的制备方法，其特征在于，所述的组件在上下顶端安装搭板处固定箔状钎料HBNi82CrSiB，然后用储能点焊机将搭板定位。
7.如权利要求1所述的复杂换热器芯体的制备方法，其特征在于，第二次真空钎焊时，抽真空为：冷态真空度：1×10-2Pa，工作真空度：3×10-2Pa加热程序：
抽真空后的加热程序为：以120℃/h的速率加热到450℃，保温40min；
再以180℃/h的速率加热到950℃，保温120min；
以500℃/h的速率加热到1020℃开始钎焊；
钎焊：在1020℃±5℃钎焊时，保持30min；
冷却程序：以240℃/h的速率冷却到700℃，随炉真空冷却气体冷却，冷却到65℃后出炉。
8.如权利要求1所述的复杂换热器芯体的制备方法，其特征在于，所述的氩弧焊焊接时，焊丝选择￠1.2H12Cr26Ni21，氩弧焊要求：电流30-50A，气流3-5L/min；焊缝致密、均匀、连续，分段点焊，各层焊接。
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