CN102744879B - 一种氟塑料换热器的薄壁微管的焊接方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种氟塑料换热器的薄壁微管的焊接方法，其特征在于：利用金属浴为热载体加热氟塑料薄壁微管，在金属浴内放置一焊接模具，并将列管放置在焊接模具内，使在焊接模具内的氟塑料端板热膨胀受阻，产生径向压力与插在氟塑料薄壁微管中的膨胀芯子热膨胀的压力叠加，使熔融状态下氟塑料端板与氟塑料薄壁微管组成的列管在压力作用下熔为一体，达到焊接的目的。

Description

一种氟塑料换热器的薄壁微管的焊接方法及装置

技术领域

本发明涉及一种化工材料的制作方法，具体涉及一种可熔融加工氟塑料（FEP）换热器的制作方法。主要用于生产氟塑料（FEP）换热器的制作。本发明还涉及一种实现上述方法的焊接装置。

背景技术

氟塑料（FEP）换热器是近年来发展起来的用于强腐蚀介质中的防腐换热设备。由于它具有优异的化学稳定性（可耐所有酸、碱、盐及有机溶剂）和表面不粘性，使用温度宽（-200～205℃）及优良的耐老化性能、户外使用寿命长达20年以上，是一类优良的防腐材料。

氟塑料（FEP）换热器系采用薄壁微管制作（管径≤Φ10mm，管壁厚度≤0.5mm），体积小，重量轻。由于管径小，管壁薄，换热面积大，换热效果好，是普通石墨换热器、金属换热器无法比拟的，是目前使用在强腐蚀介质中较理想的换热器与换热设备。同时，多年来通过与用户交流、沟通、协商改进，使产品结构日趋完善，换热器面积由原来10～40m2/台扩大至10～200m2/台，每台换热器的列管数由原来60～300根/台扩大至60～2000根/台。由于凝聚了广大用户予企业工程技术人员的智慧与力量，氟塑料（FEP）换热器在化工、冶炼、医药等行业与领域得到广泛的应用。

由于氟塑料（FEP）为可熔融聚合物,受热后转变为粘流态。因此氟塑料（FEP）换热器的薄壁微管插入同种材料的（FEP）端板孔内，其界面处受热后熔融一体，达到热熔融焊接的目的。现在一般氟塑料（FEP）换热器的薄壁微管都是采用单根列管熔融焊接法焊接。这种焊接方法随着用户的增加，需求量的迅猛增长，工序繁杂，费时多的单根列管熔融焊接法已无法适应生产需要。

因此很有必要对现有的氟塑料（FEP）换热器的薄壁微管的焊接工艺进行改进。

通过国内专利文献检索，没有发现有关于氟塑料（FEP）换热器的薄壁微管的焊接方面的文献，只是有关于氟塑料防腐换热器方面的专利，主要有如下一些：

1、中国专利申请号为CN200510094970.3，名称为“翅板抽屉式氟塑料防腐换热器及其制备工艺”的发明专利，该专利公开了一种翅板抽屉式氟塑料防腐换热器及其制备工艺。结构由金属外壳、高导热氟塑料换热器主体、两个金属―氟塑料复合封头组成；高导热氟塑料换热器主体由若干个氟塑料复合材料抽屉和两块氟塑料支撑板组成，在抽屉内焊接有氟塑料翅板。其制备工艺：(1)制作高导热高强度氟塑料复合材料矩形抽屉；(2)制作U形翅板；(3)将U形翅板焊接在抽屉内，(4)制作两块氟塑料支撑板，(5)将各个抽屉的安装在两块氟塑料支撑板的矩形孔内，制成高导热氟塑料换热器主体；(6)将高导热氟塑料换热器主体安装在换热器的金属外壳内；(7)制作两个金属―氟塑料复合封头；(8)把两个封头与换热器的金属外壳连接在一起，即制成成品。

2、中国专利申请号为CN200810023451.1，名称为“容器内衬防腐氟塑料板的方法”的发明专利，该专利公开了一种节能环保，制作方便，能耗极低的容器内衬防腐氟塑料板的方法，其包括以下步骤，制作多块防腐氟塑料板，多块防腐氟塑料板要求能拼接成容器内腔形状；将防腐氟塑料板需贴在容器内腔的一面加热至熔融状态，粘贴上玻璃纤维布；在容器内腔的表面涂高分子粘合剂；将防腐氟塑料板的有玻璃纤维布的一面与容器内腔表面贴合；贴合后的多块防腐氟塑料板拼接成容器内腔形状；将相邻防腐氟塑料板的接缝用焊机、焊丝进行热熔焊接。

上述这些专利显然与氟塑料（FEP）换热器的薄壁微管的焊接是没有关系的，因此如何改善氟塑料（FEP）换热器的薄壁微管的焊接所存在的实际问题，是提高氟塑料（FEP）换热器产量的一个重要问题，仍需要对氟塑料（FEP）换热器的薄壁微管的焊接的工艺进行进一步研究的必要。

发明内容

本发明的发明目的在于针对现有氟塑料（FEP）换热器的薄壁微管的焊接所存在的问题，提出一种氟塑料（FEP）换热器的薄壁微管的焊接工艺方法，该方法可以有效的解决氟塑料（FEP）换热器的薄壁微管采用单根列管熔融焊接法焊接工序繁杂，费时多问题。

本发明还涉及提出一种实现上述方法的焊接装置。

本发明采用的技术方案是：一种氟塑料（FEP）换热器的薄壁微管的焊接方法，利用金属浴为热载体加热氟塑料薄壁微管，在金属浴内放置一焊接模具，并将列管放置在焊接模具内，使在焊接模具内的氟塑料端板热膨胀受阻，产生径向压力与插在氟塑料薄壁微管中的膨胀芯子热膨胀的压力叠加，使熔融状态下氟塑料端板与氟塑料薄壁微管组成的列管在压力作用下熔为一体，达到焊接的目的。

进一步地，所述金属浴焊接法的工艺过程包括以下步骤：

1、根据用户要求换热器列管规格，挤出生产氟塑料薄壁微管；

2、根据换热器换热面面积大小，压制FEP端板；

3、根据列管规格，选择相适应的膨胀芯子；

4、根据换热器的结构，加上工折流板，制作与产品相适应的支架；

5、焊接模具准备，硅油涂覆与烘烤；

6、芯体组装；

7、金属浴的准备

8、熔融焊接、温度控制在295～330℃

9、冷却与卸模

10、产品水压测试与产品质量检测

进一步地，用于金属浴焊接法的金属其熔点应低于270℃，高于270℃时应无氧化分解，且金属浴焊接法的金属与FEP无物理或化学的变化反应。

进一步地，焊接采用加热器供热，控制柜控制设计的温度，选用通过标准化测定的玻璃温度计监测，使其温度始终控制在设计温度的±3℃之间。

进一步地，焊接过程中为了减少溢料，降低端板形变，采用了控制焊接模腔与端板间隙，以间接方式控制焊接的模腔内压力。经反复实践E=Φ·1/℃·e时（Φ-端板直径mm，1/℃-材料线胀系数，e-热焊接系数≤0.8），既满足端板与列管充分焊牢，又能保证端板变形小，同时冷却后又满足端板几何尺寸。

为了实现上述方法所提出的一种氟塑料（FEP）换热器的薄壁微管的焊接装置，包括一个浴盒，浴盒内装有金属浴液，金属浴液中有一焊接模具，在浴盒的底部外面设有加热器，加热器对浴盒内的金属浴液进行加热；加热器由带有温度控制器的控制器控制。

进一步地，所述的焊接模具包括一个模具体，模具体上端部盖有一对开压环，对开压环下面垫有减压环；在模具体的底部安装有多孔板，多孔板与减压环之间压有氟塑料端板，氟塑料端板的孔内插有氟塑料薄壁微管列管，在每一根氟塑料薄壁微管列管的内孔内塞有膨胀芯，在多孔板下面垫有底板，底板和多孔板一起与模具体固定在一起。

本发明的优点在于：

  1、金属浴焊接法热导快，温度均匀易控，适应不同规格，不同结构的换热器焊接，操作性强，适应性广；

2、金属浴焊接法可根据浴盒大小同时进行各块端板焊接，节约能源，与其它焊接方法相比，提高功效100～300倍；

3、金属浴焊接法与热风焊接法、手提焊枪烧焊法相比，毒性低，亦称无毒性焊接（焊接温度可控在安全加工范围），有利保护操作人员身体健康与环境保护；

4、金属浴焊接法占地面积小，无需特定环境。

5、金属浴焊接法所用的金属液可反复使用，降低焊接加工费用40%～50%；

本法焊接提高功效超过100～300倍，同时达到工件焊接面平整，焊口牢固、整齐美观的效果，产品经质量检测，合格率达到100%。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

从附图可以看出，本发明涉及一种氟塑料（FEP）换热器的薄壁微管的焊接方法，利用金属浴为热载体加热氟塑料薄壁微管，在金属浴内放置一焊接模具，并将列管放置在焊接模具内，使在焊接模具内的氟塑料端板热膨胀受阻，产生径向压力与插在氟塑料薄壁微管中的膨胀芯子热膨胀的压力叠加，使熔融状态下氟塑料端板与氟塑料薄壁微管组成的列管在压力作用下熔为一体，达到焊接的目的。

进一步地，所述金属浴焊接法的工艺过程包括以下步骤：

1、根据用户要求换热器列管规格，挤出生产氟塑料薄壁微管；

2、根据换热器换热面面积大小，压制FEP端板；

3、根据列管规格，选择相适应的膨胀芯子；

4、根据换热器的结构，加上工折流板，制作与产品相适应的支架；

5、焊接模具准备，硅油涂覆与烘烤；

6、芯体组装；

7、金属浴的准备

8、熔融焊接、温度控制在295～330℃

9、冷却与卸模

10、产品水压测试与产品质量检测

进一步地，根据氟塑料原材料的特性，其熔点为270℃，金属浴焊接法的最低工艺温度必须高于270℃，用于金属浴焊接法的金属其熔点应低于270℃，高于270℃时应无氧化分解，且金属浴焊接法的金属与FEP无物理或化学的变化反应。

进一步地，根据氟塑料材料特性，当温度≥400℃才能逐步分解，因此本法焊接（如图所示）采用加热器供热，控制柜控制设计的温度，选用通过标准化测定的玻璃温度计监测，使其温度始终控制在设计温度的±3℃之间。在实践操作过程中，根据换热器端板的大小不同，分别设定在300～330℃不等范围，在一定的时间内，均可达到端板与列管充分塑化互融。

进一步地，根据氟塑料材料特性，其线膨系数（1/℃）为8.3～10.5×10^-6，由于金属浴焊接在模具内完成，焊接过程中，其端板、列管及膨胀芯受热后均迅速膨胀。以Φ400端板为例，焊接温度330℃时其线膨胀值≥12mm，致使模具内压力聚增，从而导致端板中心鼓起或融料从模具间隙处溢出。冷却后，端板收缩变小。如何控制焊接过程中特定模具模腔内压力，是金属浴焊接法焊接技术的重点。因此，焊接过程中为了减少溢料，降低端板形变，采用了控制焊接模腔与端板间隙，以间接方式控制焊接的模腔内压力。经反复实践端板间隙（E）=Φ·1/℃·e时（Φ-端板直径mm，1/℃-材料线胀系数，e-热焊接系数≤0.8），既满足端板与列管充分焊牢，又能保证端板变形小，同时冷却后又满足端板几何尺寸。

为了实现上述方法所提出的一种氟塑料（FEP）换热器的薄壁微管的焊接装置，包括一个浴盒8，浴盒8内装有金属浴液9，金属浴液9中有一焊接模具12，在浴盒8的底部外面设有加热器10，加热器10对浴盒8内的金属浴液9进行加热；加热器10由带有温度控制器的控制器11控制。

进一步地，所述的焊接模具12包括一个模具体3，模具体3上端部盖有对开压环1，对开压环1下面垫有减压环2；在模具体3的底部安装有多孔板4，多孔板4与减压环2之间压有氟塑料端板13，氟塑料端板13的孔内插有氟塑料薄壁微管列管7，在每一根氟塑料薄壁微管列管7的内孔内塞有膨胀芯5，在多孔板4下面垫有底板6，底板6和多孔板4一起与模具体3固定在一起。

本发明的优点在于：

  1、金属浴焊接法热导快，温度均匀易控，适应不同规格，不同结构的换热器焊接，操作性强，适应性广；

2、金属浴焊接法可根据浴盒大小同时进行各块端板焊接，节约能源，与其它焊接方法相比，提高功效100～300倍；

3、金属浴焊接法与热风焊接法、手提焊枪烧焊法相比，毒性低，亦称无毒性焊接（焊接温度可控在安全加工范围），有利保护操作人员身体健康与环境保护；

4、金属浴焊接法占地面积小，无需特定环境。

5、金属浴焊接法所用的金属液可反复使用，降低焊接加工费用40%～50%；

本法焊接提高功效超过100～300倍，同时达到工件焊接面平整，焊口牢固、整齐美观的效果，产品经质量检测，合格率达到100%。

Claims (4)

1.一种氟塑料换热器的薄壁微管的焊接方法，利用金属浴为热载体加热氟塑料薄壁微管，其特征在于：在金属浴内放置一焊接模具，并将列管放置在焊接模具内，使在焊接模具内的氟塑料端板热膨胀受阻，产生径向压力与插在氟塑料薄壁微管中的膨胀芯子热膨胀的压力叠加，使熔融状态下氟塑料端板与氟塑料薄壁微管组成的列管在压力作用下熔为一体，达到焊接的目的；用于金属浴焊接法的金属其熔点应低于270℃，且高于270℃时应无氧化分解，金属浴焊接法的金属与氟塑料无物理或化学的变化反应；为了减少溢料，降低端板形变，采用了控制焊接模腔与端板间隙，以间接方式控制焊接的模腔内压力；端板间隙E=Φ·1/℃·e，其中Φ-端板直径mm，1/℃-材料线胀系数，e-热焊接系数≤0.8，既满足端板与列管充分焊牢，又能保证端板变形小，同时冷却后又满足端板几何尺寸。

2.如权利要求1所述的氟塑料换热器的薄壁微管的焊接方法，其特征在于：所述金属浴焊接法的工艺过程包括以下步骤：

1）根据用户要求换热器列管规格，挤出生产氟塑料薄壁微管；

2）根据换热器换热面面积大小，压制FEP端板；

3）根据列管规格，选择相适应的膨胀芯子；

4）根据换热器的结构，加上工折流板，制作与产品相适应的支架；

5）焊接模具准备，硅油涂覆与烘烤；

6）芯体组装；

7）金属浴的准备

8）熔融焊接、温度控制在295～330℃

9）冷却与卸模

10）产品水压测试与产品质量检测。

3.如权利要求1所述的氟塑料换热器的薄壁微管的焊接方法，其特征在于：焊接采用加热器供热，控制柜控制设计的温度在300～330℃，选用通过标准化测定的玻璃温度计监测，使其温度始终控制在设计温度的±3℃之间。

4.一种实现权利要求1的氟塑料换热器的薄壁微管的焊接装置，其特征在于：包括一个浴盒，浴盒内装有金属浴液，金属浴液中有一焊接模具，在浴盒的底部外面设有加热器，加热器对浴盒内的金属浴液进行加热；加热器由带有温度控制器的控制器控制；所述的焊接模具包括一个模具体，模具体上端部盖有一对开压环，对开压环下面垫有减压环；在模具体的底部安装有多孔板，多孔板与减压环之间压有氟塑料端板，氟塑料端板的孔内插有氟塑料薄壁微管列管，在每一根氟塑料薄壁微管列管的内孔内塞有膨胀芯，在多孔板下面垫有底板，底板和多孔板一起与模具体固定在一起。