CN112775512A - 一种不锈钢蜂窝式换热器及其真空钎焊方法 - Google Patents

一种不锈钢蜂窝式换热器及其真空钎焊方法 Download PDF

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吴保磊
王明康
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胡振
王锡武山
孙建新
李斌斌
王峰峰
孙学敏
***
张涛
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Abstract

本发明公开一种不锈钢蜂窝式换热器及其真空钎焊方法，钎焊方法包括：首先对换热器部件表面清理，其次在每一个部件表面涂抹钎料后利用装配工装进行组装，然后放入真空炉中保温预热，以获得良好的焊接条件，保证了焊接过程热输入均匀稳定，最后进行钎焊，炉冷至室温；不锈钢蜂窝式换热器采用不锈钢型材进行拼装，材料利用率高，节约成本；经真空钎焊固定形成蜂窝式换热器，部件少，整体结构简单，将焊接好外框后将圆管和三棱柱通过工装定位组装，真空一次钎焊成型，生产效率高；钎缝组织均匀，部件结构强度高。

Description

一种不锈钢蜂窝式换热器及其真空钎焊方法
技术领域
本发明涉及散热器加工技术领域，尤其涉及一种不锈钢蜂窝式换热器及其真空钎焊方法。
背景技术
换热器在国民经济和化工生产领域中对产品质量、能量利用率以及***经济性、可靠性起着举足轻重的作用。蜂窝式换热器结构紧凑且换热效率高，具有重要的研究价值。
蜂窝体构件是不锈钢蜂窝式换热器的主要部件，加工方法包括深孔加工、激光打孔方法、孔板复叠方法和整体铸造成型等。深孔加工的技术难度大，成本高，材料消耗量大、生产效率低；激光打孔法加工孔径较小且深度较浅；采用孔板复叠方法加工的部件结构强度不高，成本较高；整体铸造成型方法成本较高，组织不均匀，易产生气孔等缺陷。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种不锈钢蜂窝式换热器及其真空钎焊方法，本发明采用一次性钎焊成型，生产效率高，钎缝组织均匀，生产的不锈钢蜂窝式换热器结构强度高。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种不锈钢蜂窝式换热器，包括圆管、三棱柱和外挡板；圆管和三棱柱间隔排布镶嵌固定在外挡板组成的外框中焊接固定形成蜂窝式换热器。
进一步，圆管、三棱柱和外挡板之间通过真空钎焊固定连接。
一种不锈钢蜂窝式换热器的真空钎焊方法，包括以下步骤：
步骤一，将圆管、三棱柱和外挡板进行清理，保证各部件表面清洁，然后将几块外挡板进行定位焊接形成外框结构；
步骤二，在圆管和三棱柱表面及外框内表面分别涂抹钎料后利用装配工装进行组装，然后放入真空炉中保温使各部件和钎料预热到钎焊温度；
步骤三，在钎焊温度进行钎焊，钎焊后随炉冷却到室温。
进一步，所述步骤一中清理过称为：首先，将圆管、三棱柱和外挡板用丙酮进行超声清洗去除部件表面的油污、铁锈；然后，采用王水对工件进行酸洗，直至露出金属光泽；最后酒精超声清洗后，吹干，洁净封装。
进一步，所用钎料为镍基膏状钎料BNi2。
进一步，所述步骤二中预热过称为：
①对真空炉进行加热，以15℃/min的加热速率加热至150℃，保温45min，保证真空炉真空度为10-2Pa以下；
②以15℃/min的加热速率加热至300℃，保温1小时同时进行除气；
③以15℃/min的加热速率加热至450℃，保温20min，保证真空炉真空度为10-3Pa；
④以10℃/min的加热速率加热至900℃，保温15min；
进一步，所述步骤三中钎焊时，经步骤二预热后以10℃/min的加热速率加热至1050℃，保温20min，进行焊接，焊接过程中的真空炉真空度为10-3Pa。
进一步，所述步骤三中钎焊后以10℃/min～20℃/min降温速率冷却至200℃后，随炉冷却到室温即可。
进一步，所述步骤二中组装时，将待焊的换热器部件进行工装定位，保证钎焊焊缝间距在40-100μm之间。
进一步，所述述步骤二中预热前对真空炉样品台、内屏蔽层和炉盖密封圈用酒精清洗，待焊接部件放入真空炉后进行抽真空，保证真空度达到10-2Pa以下，即可进行加热焊接。
本发明具有以下有益效果：
本发明不锈钢蜂窝式换热器，由圆管和三棱柱间隔排布镶嵌后固定在外挡板组成的外框中，然后经真空钎焊固定形成蜂窝式换热器，部件少，整体结构简单，将焊接好外框后将圆管和三棱柱通过工装定位组装，真空一次钎焊成型，生产效率高，钎缝组织均匀，部件结构强度高，采用不锈钢型材进行拼装，材料利用率高，节约成本。
进一步，根据换热器工作所处环境的特点，以及304不锈钢自身的力学性能，选择高温镍基膏状钎料BNi2进行钎焊，因为其具有很强的润湿性和较低的液相温度，熔化温度间隔小，具有良好的流动性等特征，对装配好的工件进行定位，挤压以及焊接，保证钎料每一部分的均匀性和工件装配的可靠性。
进一步，通过装配工装进行组装后放入真空炉中，分别在150℃、300℃、450℃、900℃进行保温，保证炉中真空度处于10-2Pa以下，获得了良好的焊接条件，保证了焊接过程热输入均匀稳定，保证焊接质量；最后在1050℃进行钎焊，以10℃/min～20℃/min的冷却速率冷却至200℃后，随炉冷却到室温，保证了冷却速度不会对钎焊焊缝产生影响，保证整体焊接强度，提高蜂窝式换热器整体强度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的整体结构示意图
图2为本发明实施例提供的图1的正视图
图3为本发明实施例提供的图2的内部结构正视图
图4为本发明实施例提供的图2的外部结构正视图
图5为本发明实施例提供的图4的上部正视图
图6为本发明实施例提供的图3的构件结构示意图
图7为本发明实施例提供的焊接工装夹具示意图
图8为本发明实施例提供的焊接工装夹具与换热器组装示意图
附图说明：1-圆管，2-三棱柱，3-钎料层，4-外挡板。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
本发明不锈钢蜂窝式换热器，包括圆管1、三棱柱2和外挡板4；圆管1和三棱柱2间隔排布镶嵌后固定在外挡板4组成的外框中，然后经真空钎焊固定形成蜂窝式换热器。
不锈钢蜂窝式换热器的真空钎焊方法，包括如下工序：
步骤一、焊前准备
焊前对待焊工件表面依次进行打磨，用丙酮超声清洗10min，去除部件表面的油污、铁锈等杂质；然后采用王水对工件进行30s酸洗，直至露出金属光泽；最后酒精超声10min后，吹干，洁净封装。采用自主设计半自动TIG焊接平台，对工件盖板进行定位焊接，焊接成附图4和图5所示的焊接结构，保证装配的可靠性，提高焊接质量。
步骤二、焊接装配
根据换热器工作所处环境的特点，以及304不锈钢自身的力学性能，选择高温镍基膏状钎料BNi2进行钎焊，因为其具有很强的润湿性和较低的液相温度，熔化温度间隔小，具有良好的流动性等特征。将膏状钎料均匀涂覆在每一个工件表面，然后将外挡板4的焊接结构放平，将如图6的三棱柱2和圆管1的结构依次摆放在外挡板4的焊接结构上，最后将另一半外挡板4的焊接结构按横截面方向滑移，装配在上所述结构中，形成附图1-图3所示的焊接结构，此过程中每一部分的装配间隙保证在40-100μm之间，以保证焊缝良好成型。装配完成后，采用附图7所示的工装夹具，对装配好的工件进行定位，挤压以及焊接，以保证钎料每一部分的均匀性和工件装配的可靠性，形成附图8所示结构图。
步骤三、炉中钎焊
焊前对真空炉样品台、内屏蔽层和炉盖密封圈用酒精清洗。放样后，对炉中进行抽真空，保证真空度达到10-2Pa以下，即可进行加热焊接。
根据膏状钎料本身具备的一些特征，设定如下的焊接工艺曲线：
①对炉子进行加热，以15℃/min的加热速率加热至150℃，保温45min，这个过程中钎料膏中会有大量水分蒸发，进行长时间保温可以去除钎料膏中的水分，很好保证真空度处于10-2Pa这个数量级，保证钎料不被氧化。
②以15℃/min的加热速率加热至300℃，保温1小时，这个过程由于钎料膏中部分粘合剂会大量蒸发，所以要进行除气，进行长时间保温可以使得炉中气氛被快速抽走，很好保证了真空度。
③以15℃/min的加热速率加热至450℃，保温20min，这个过程保证钎料膏中粘结剂产生的气体全部被抽走，保证真空度达到10-3Pa。
④以10℃/min的加热速率加热至900℃，保温15min，可以使得工件整体受热均匀，以保证焊接热输入量均匀稳定。
⑤以10℃/min的加热速率加热至1050℃，保温20min，进行焊接。钎焊温度过高和保温时间过长都会使得母材出现大量溶蚀。焊接过程中的真空度保证在10-3Pa，这样可以保证焊接过程稳定，使得焊接质量提升。
⑥以10℃/min～20℃/min的冷却速率冷却至200℃后，随炉冷却到室温即可，这样保证了冷却速度不会对钎焊焊缝产生影响。
参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种不锈钢蜂窝式换热器，其特征在于：包括圆管(1)、三棱柱(2)和外挡板(4)；圆管(1)和三棱柱(2)间隔排布镶嵌固定在外挡板(4)组成的外框中焊接固定形成蜂窝式换热器。
2.根据权利要求1所述的不锈钢蜂窝式换热器，其特征在于：圆管(1)、三棱柱(2)和外挡板(4)之间通过真空钎焊固定连接。
3.一种权利要求1或2所述的不锈钢蜂窝式换热器的真空钎焊方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，将圆管(1)、三棱柱(2)和外挡板(4)进行清理，保证各部件表面清洁，然后将几块外挡板(4)进行定位焊接形成外框结构；
步骤二，在圆管(1)和三棱柱(2)表面及外框内表面分别涂抹钎料后利用装配工装进行组装，然后放入真空炉中保温使各部件和钎料预热到钎焊温度；
步骤三，在钎焊温度进行钎焊，钎焊后随炉冷却到室温。
4.根据权利要求3所述的不锈钢蜂窝式换热器的真空钎焊方法，其特征在于所述步骤一中清理过称为：首先，将圆管(1)、三棱柱(2)和外挡板(4)用丙酮进行超声清洗去除部件表面的油污、铁锈；然后，采用王水对工件进行酸洗，直至露出金属光泽；最后酒精超声清洗后，吹干，洁净封装。
5.根据权利要求3所述的不锈钢蜂窝式换热器的真空钎焊方法，其特征在于：所用钎料为镍基膏状钎料BNi2。
6.根据权利要求5所述的不锈钢蜂窝式换热器的真空钎焊方法，其特征在于所述步骤二中预热过称为：
①对真空炉进行加热，以15℃/min的加热速率加热至150℃，保温45min，保证真空炉真空度为10-2Pa以下；
②以15℃/min的加热速率加热至300℃，保温1小时同时进行除气；
③以15℃/min的加热速率加热至450℃，保温20min，保证真空炉真空度为10-3Pa；
④以10℃/min的加热速率加热至900℃，保温15min。
7.根据权利要求6所述的不锈钢蜂窝式换热器的真空钎焊方法，其特征在于：所述步骤三中钎焊时，经步骤二预热后以10℃/min的加热速率加热至1050℃，保温20min，进行焊接，焊接过程中的真空炉真空度为10-3Pa。
8.根据权利要求7所述的不锈钢蜂窝式换热器的真空钎焊方法，其特征在于：所述步骤三中钎焊后以10℃/min～20℃/min降温速率冷却至200℃后，随炉冷却到室温即可。
9.根据权利要求7所述的不锈钢蜂窝式换热器的真空钎焊方法，其特征在于：所述步骤二中组装时，将待焊的换热器部件进行工装定位，保证钎焊焊缝间距在40-100μm之间。
10.根据权利要求7所述的不锈钢蜂窝式换热器的真空钎焊方法，其特征在于：所述述步骤二中预热前对真空炉样品台、内屏蔽层和炉盖密封圈用酒精清洗，待焊接部件放入真空炉后进行抽真空，保证真空度达到10-2Pa以下，即可进行加热焊接。
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