CN102782438A - 制造板式热交换器的方法 - Google Patents

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Abstract

制造板式热交换器的方法，该方法包括以下步骤：对板进行冲压，在每个板中形成至少一个形式为中空截锥的突出部；对板的表面进行清洁；通过连续地将一个板的突出部安装入相邻板的对应开口中以组成板组件，其中板的相邻表面之间保持有特定的间隙，形成通过热载体的通道。而且，制备基于碳酸氢铜和镍盐的焊膏化合物溶液，所述板组件浸入该焊膏化合物溶液中；此后对施加的焊膏化合物溶液进行干燥。随后，将板组件放入高温直通式炉子中，在高温直通式炉子中提供有含有游离氢的保护介质；沿着板组件的移动路径提供两个温度区，其中在第一温度区中对板组件进行退火，在第二温度区中使用铜基合金焊接并覆盖板组件。所述方法能够制造高质量的板式热交换器，该热交换器耐腐蚀，且在焊接区域具有密封性，由此保证了长寿命。

Description

制造板式热交换器的方法
技术领域
本发明涉及制造板式热交换装置的方法，更具体地涉及制造板式热交换器的方法。
背景技术
现今的一个难题是如何制造满足所有主要运行要求的热交换器，例如，长工作寿命，在供热季开始时进行调试的情况下特别重要的承受压力的巨大变化的能力，在零下环境温度维持强度特性的能力，以及在明火中运行的能力。
RU2038563C1公开了一种制造片状管式热交换器的方法，该方法包括在各个板的表面上施加黄铜固体润滑剂层，及对板进行冲压，其中每个板配置有形式为中空截锥的突出部，中空截锥随后安装法兰。板结合为一叠，使得一个板的突出部同另一个板的凹槽啮合，由此提供通过热载体的通道。然后板叠放入直通式炉子中，在1100℃进行焊接。同时，所施加的黄铜层构成焊料，对板叠中的板进行焊接。
根据已知的热交换器制造方法，很难使施加到金属板上的黄铜层的厚度维持一致，这在对板进行冲压和组装热交换器的过程中导致高废品率。当黄铜层的厚度小时，可能产生不可修复的废品，形式为起皱，折叠和其它不规则缺陷。当黄铜层的厚度大时，板会扭曲直至接触到相邻的板。根据已知方法制造的热交换器的质量和外观不够好，不够现代。
期刊“发明家和创新者”(Izobretatel’I racionalizator)在1988年第10期的18页公开了一种制造片状热交换器的方法，该方法为最接近的现有技术，其中板被冲压，每个板配置有形式为中空截锥的突出部。接着板结合为一叠，使得一个板的突出部同另一个板的凹槽啮合，由此提供通过热载体的通道。然后板叠浸入焊膏的水溶液中，该水溶液含有细粉形式的碳酸氢铜，板叠进一步被引导至高温直通式炉子中，在1100℃到1150℃使用铜基合金焊接并覆盖板叠。
然而，如以下所解释的那样，根据上述方法制造的热交换器的覆盖层质量及相应的强度特性和运行性能不够现代。
冲压的结果是制造板所用的金属被施加应力，引起金属颗粒之间的距离增加。如果该应力之后未能消除(即，金属未退火)，在焊接过程中，熔化的铜可能会沿着金属颗粒的边界渗透，形成填充有焊料的裂缝。这会降低热交换器板的强度和耐腐蚀性。
此外，塑性应变区域会产生应力点，该应力点导致板变形，例如扭曲和弯曲，由此导致相邻板的壁的厚度变化。由此，突出部的相邻表面之间的间隙在某些区域是变化的，这对焊接质量是不利的。在运行过程中在这些区域可能会导致焊接失效，由此整个产品报废。
在冲压板的过程中，通常使用一些润滑剂。大多数的润滑剂为油基的并需要在焊接之前去除。即使使用无油润滑剂(如皂乳剂)，形式为灰尘，污垢，碳黑和类似物的掺杂物也会遗留在板的表面上。板表面上的润滑剂或污垢颗粒的痕迹阻止焊膏溶液均匀覆盖在板上，由此降低焊接焊缝的质量和覆盖层的质量。
制备焊膏并进一步制备焊接所用的板叠对获得高品质的覆盖层而言是非常重要的。
根据已知方法，紧接着施加焊膏溶液之后(即，未进行预先干燥)，板叠放入直通式炉子中，其中温度保持在在1100℃到1150℃(即，高于铜的熔化温度的温度)。在这样的高温下，在直通式炉子的入口区域可能会产生源自焊膏溶液的覆盖层的弯曲和层离，进一步导致突出部的不良焊接和较低的板覆盖层质量。
不良的突出部焊接引起腐蚀，降低热交换器的寿命，不能满足在测试和运行过程中，特别是在热载体压力急剧升高情况下的可靠性要求。
因此，根据已知方法制造的制备的热交换器的质量和运行性能不能使人满意并且不够现代。
发明内容
本发明的目的为开发一种制造板式热交换器的方法，在该方法中，归功于制备板组件和在高温炉子中提供合适的焊接条件，保证了焊接的高质量和板组件表面的铜基合金覆盖层的高质量，因此，当使用要求保护的方法制备板式热交换器时可以保证板式热交换器的长寿命和高运行性能。
该目的通过制造板式热交换器的方法实现，该方法包括：对板进行冲压，每个板中提供有至少一个形式为中空截锥的突出部；通过连续地将一个板的突出部安装入相邻板的对应开口中以组成板组件；其中板的相邻表面之间保持有预定的间隙，形成通过热载体的通道；制备基于碳酸氢铜和镍盐的焊膏溶液，板组件浸入该焊膏溶液中；将施加了焊膏溶液的板组件放入高温直通式输送式炉子中，在板组件的移动过程中使用铜基合金焊接并覆盖板组件，根据本发明，所述方法的特征在于其包括在组成板组件之前对每个板的表面进行清洁；在将板组件放入高温直通式输送式炉子之前对施加的焊膏溶液进行干燥；在高温直通式输送式炉子中提供有含有游离氢的保护介质；沿着板组件的移动路径提供两个温度区，其中在第一温度区中对板组件进行退火，在第二温度区中使用铜基合金焊接并覆盖板组件。
要求保护的方法能够制造高质量的板式热交换器，该板式热交换器具有耐腐蚀性及焊接区域的密封性，这保证了长寿命。根据要求保护的方法制造的板式热交换器能够在热载体压力急剧变化的条件下以及腐蚀性的环境中成功运行。
将焊膏用水稀释以获得1.85至1.95g/ccm的浓度是有利的。
为提供高质量的焊接，制备具有上述浓度的焊膏溶液是特别重要的，由此溶液可以保持在板上以及突出部上，同时溶液可以均匀分布在上述表面上。实验发现，制备的浓度为1.85至1.95g/ccm的溶液符合上述要求。
以不高于150℃的温度对施加的焊膏溶液进行干燥是有利的。
在强制通风炉中对施加的焊膏溶液进行干燥是有利的。
优选在第一温度区中以950-1050℃范围中的温度对板组件进行退火。
以高于铜的熔化温度而不高于1100℃的范围中的温度使用铜基合金焊接并覆盖板组件是很重要的。
使用碱性清洁剂或酸性清洁剂来清洁每个板的表面是合适的。
设置板组件的移动速度是有利的，该移动速度对于在第一温度区中对板组件进行退火和在第二温度区中使用铜基合金覆盖板组件而言是足够的。
优选地，板组件穿过高温直通式输送式炉子的移动速度设置为每分钟150-300毫米。
从技术观点考虑，在使用铜基合金焊接并覆盖板组件之后，在高温直通式输送式炉子的冷却室中将板组件冷却至不高于150℃的温度是有利的。
通过小心制备焊接所用的板组件，即：将润滑剂和污垢颗粒从板的表面清洁掉，对所施加的焊膏溶液进行干燥，对板组件进行退火，以及在高温直通式输送式炉子中提供条件以保证焊接的质量和使用铜基合金覆盖板组件的质量，根据所保护的方法制造的板式热交换器的高质量得以保证。
有利的是，在冷却板组件之后，额外将板组件浸入基于碳酸氢铜和镍盐的焊膏溶液中，该焊膏溶液通过用水稀释焊膏制备，浓度为1.7至1.8g/ccm，以不高于150℃的温度对施加的焊膏溶液进行干燥，将板组件放入高温直通式输送式炉子中，在该高温直通式输送式炉子中提供有含游离氢的保护介质，以及在高于铜的熔化温度而不高于1100℃的温度使用铜基合金额外地覆盖板组件。
额外的工序循环为板组件表面的铜基合金覆盖层提供增加的厚度及改善的均匀性，由此帮助消除板组件表面的可能的不规则缺陷(例如凹痕和杂质)，并提供均匀的耐腐蚀覆盖层。
根据本发明制造的板式热交换器具有高运行性能，这是通过板的铜基合金覆盖层的高质量以及对通过热载体的通道进行的可靠焊接来保证的。
根据所保护的方法制造的板式热交换器事实上不易受腐蚀的影响，并可以在包括如腐蚀环境的各种环境条件下长时间使用。
本发明进一步通过实施方式具体描述，该实施方式是非限制性和非排他的，落入要求保护的制造板式热交换器的方法的范围之内。
附图说明
本发明参考附图进行解释，其中：
图1为根据要求保护的方法制造的板式热交换器的表面的比例放大照片；
图2与图1相同，不同之处在于使用铜基合金对板组件进行了额外覆盖。
实施发明的最佳实施方式
要求保护的制造板式热交换器的方法包括以下步骤。首先，对板进行冲压，在每个板中形成至少一个形式为中空截锥的突出部。接着对每个板的表面进行清洁，清洁是必要的，因为在板的表面上存在形式为灰尘，污垢，碳黑及类似物的杂质。板的表面使用碱性清洁剂或酸性清洁剂进行清洁，该清洁剂利于在板上形成保护膜，该保护膜防止在室外条件储存的过程中板的金属氧化。
清洁之后，通过连续地将一个板的突出部安装入相邻板的对应开口中以组成板组件，其中板的相邻表面之间保持有预定的间隙，形成通过热载体的通道。
然后用水稀释焊膏直到获得必要的浓度来制备基于碳酸氢铜和镍盐的焊膏溶液。
为提供高质量的焊接，制备具有上述浓度的焊膏溶液是特别重要的，由于此溶液可以保持在板上以及突出部上，同时溶液可以均匀分布在上述表面上。焊膏的用量应该保证在焊接过程中，还原的铜可以填充突出部之间的间隙，由此提供高质量的焊缝。实验发现，最佳的焊膏溶液的浓度范围为1.85至1.95g/ccm。当浓度低于1.85g/ccm，焊接过程中通过焊膏溶液的热分解而产生的铜的量不足以获得密集的焊缝。使用浓度高于1.95g/ccm的焊膏溶液会增加根据要求保护的方法制造的热交换器的成本。
焊膏可以使用包含碳酸氢铜，镍盐，水，及粘合剂的焊膏，粘合剂例如为乙二醇。焊膏由浅绿色至绿色的浓稠的膏状物质构成，然后用水稀释直至获得上述的浓度。
板组件浸入制备的焊膏溶液中，焊膏溶液均匀覆盖板组件的所有表面，包括突出部，突出部之间的间隙，以及通过热载体的通道。
然后，板组件从焊膏溶液中取出，施加的焊膏溶液以不高于150℃的温度干燥，由此防止源自焊膏溶液的覆盖层在高温直通式炉子中弯曲和层离。
当干燥温度大大低于150℃时，干燥过程会延长，这在大规模生产环境中是不可取的。当干燥温度高于150℃时，粘合剂(乙二醇)可能会开始蒸发，进一步导致覆盖层在高温直通式炉子中层离。
为加快干燥过程，在强制通风炉中进行干燥是有利的，强制通风炉抽出蒸发的水。
在完成焊膏溶液的干燥之后，将板组件放入高温直通式炉子，在高温直通式炉子中提供有含有游离氢的保护介质，其中保护介质可以使用放热性气体或吸热性气体。放热性气体或吸热性气体为气体混合物，其在相应的放热反应或吸热反应过程中通过空气中的气态氢的不完全燃烧产生。放热性气体中的游离氢含量为7％至16％，吸热性气体中的游离氢含量低于30％，这两种选择都足以还原铜盐和镍盐。但是，从爆炸危害观点考虑，作为更安全的选择优选使用放热性气体。
沿着板组件的移动路径，高温直通式输送式炉子中提供有至少两个温度区，其中在第一温度区中对板组件进行退火，在第二温度区中使用铜基合金焊接并覆盖板组件。
板组件的退火在低于铜的熔化温度的温度下进行，该温度优选地为950-1050℃，进行退火是为了释放金属中的应力。当温度低于950℃时，板中金属的残余应力可能会进一步导致铜熔化物沿着金属颗粒的边界渗透，降低热交换器的机械性能。
在第二温度区以高于铜的熔化温度而不高于1100℃的范围中的温度使用铜基合金焊接并覆盖板组件，优选地，该温度为1050-1100℃。1050℃对应于第一温度区出口处的温度，并等于第二温度区入口处的温度。使用铜基合金焊接并覆盖板组件的过程实际上开始于1083℃，该温度对应于铜的熔化温度。在保护介质(放热性气体或吸热性气体)中游离氢的存在下，铜盐和镍盐在高温直通式炉子中还原为纯的铜和镍。铜镍合金在板的表面上扩展，填充所有的间隙，使用铜镍合金焊接通过热载体的通道，并对板进行覆盖。铜基合金中镍的存在降低了合金的流动性，由此阻止合金从板的表面流失。由于板金属应力的降低，铜不能再颗粒间渗透。铜扩散进钢中的深度为5-7微米，提高焊接的质量并改善产品的强度性能。
第二温度区中的温度上限考虑到以下事实进行限定：当温度高于1100℃时，铜会从板上大量流失，导致覆盖层的质地不规则。
板组件在高温直通式炉子中的移动速度设置为对于在第一温度区中对板组件进行退火和在第二温度区中使用铜基合金焊接并覆盖板组件而言是足够的。实验发现，板组件的移动速度应该为每秒150-300毫米。
当板组件的移动速度低于每秒150毫米时，工序延长，这在大规模生产环境中是不可接受的。
当板组件的移动速度高于每秒300毫米时，板组件表面的温度提升速度使得乙二醇的大量蒸发与碳酸氢铜的分解几乎同时发生，并伴随着水和气体的大量散发，可能会导致焊膏从板分离。
板组件离开高温直通式炉子之后在高温直通式炉子的冷却室中冷却至不高于150℃，同时铜基合金固化并形成通过热载体的通道的坚固且密封的焊缝，以及板组件的覆盖层。当冷却至高于150℃的温度时，覆盖层可能会有不均匀的深色，这是高温氧化过程造成的，由此产品的外观可能受到损坏。
最后，板式热交换器在36个大气压下进行液压试验。在24个大气压下可以保证热交换器的持续运行，热交换器本身能够在最多60个大气压下承受液压冲击。
值得注意的是，根据要求保护的方法制造的板式热交换器在运行过程中质高可靠，这是通过小心制备焊接所用板组件以及为高质量焊接和覆盖所提供的温度和大气条件来保证的。制造的板式热交换器事实上不易受腐蚀的影响，并可以在包括如腐蚀环境的各种环境条件下长时间使用。
根据要求保护的方法，提供额外的循环以改善覆盖层质量。进行附加循环的原因是，尽管对板的表面进行了净化，板的表面上可能会产生污染物的一些痕迹，这会导致板上某些区域的不规则覆盖。
为在冷却后获得质量改善，焊接的板组件再次浸入基于碳酸氢铜和镍盐的焊膏溶液，该焊膏溶液通过用水稀释焊膏以获得1.7至1.8g/ccm的浓度而制备。在该阶段，焊膏溶液的浓度较低，因为在第一个循环中已经施加了焊接所需用量的焊膏。之后，类似于第一个循环，施加的焊膏溶液以不高于150℃的温度干燥，板组件放入高温直通式炉子中。在含有游离氢的保护介质中，以高于铜的融化温度但不高于1100℃的温度使用铜基合金额外覆盖板组件。由于在第一次通过直通式炉子时铜已经扩散进钢中，铜在板的表面上扩散，并熔化掉所有的凹痕和杂质，由此提供均匀的并非常耐腐蚀的热交换器覆盖层。
通常，额外的循环在相同的高温直通式炉子中进行，由此温度条件和主循环的温度条件相同。
当板组件离开高温直通式炉子时，板组件冷却至不高于150℃，在高温直通式炉子的冷却室中进行冷却是有利的。
当进行额外循环时，在该循环完成后在上述测试条件下进行液压试验。
下面进一步描述要求保护的方法的具体实施例。
实施例1
对板进行冲压，每个板中提供有两个形式为中空截锥的突出部。使用基于碱性清洁剂或酸性清洁剂的组合物对板进行清洁。通过连续地将一个板的突出部安装入相邻板的对应开口中以组成板组件，其中板的相邻表面之间保持有预定的间隙，形成通过热载体的通道。通过稀释焊膏直到获得1.9g/ccm的浓度来制备基于碳酸氢铜和镍盐的焊膏溶液，将板组件浸入焊膏溶液中。当板组件从焊膏溶液中取出时，以140℃的温度对施加的焊膏溶液进行干燥。干燥之后，板组件转移至在高温直通式炉子中，在高温直通式炉子中提供有含有游离氢的保护介质，该保护介质含有10％的CO，0.1％的CO2，16％的H2和1.5％的CH4，并且在高温直通式炉子中提供有两个温度区。板组件的移动速度设置为等于每分钟210毫米。在第一区中，以1000℃的温度进行退火和消除金属中的应力，该应力是由冲压引起的。在第二区中，通过在1095℃将铜盐和镍盐还原为纯的铜和镍，使用铜基合金焊接并覆盖板组件。铜镍合金在金属表面上扩展，由此间隙得以填充，并在焊接区域中形成5至7微米厚的扩散区。板组件在高温直通式炉子中的运行时间为15分钟。此外，板组件在高温直通式炉子中的冷却室中冷却至50℃，该冷却借助穿过水套中的区域50分钟来实现，其中水的温度为45℃。在该过程中，铜固化并形成板组件的坚固且密封的焊缝，并在板组件的表面上形成铜基合金覆盖层。图1示出了板组件的表面上的铜基合金覆盖层的比例放大照片，很明显一些区域具有凹痕和不规则缺陷。在最后阶段，对热交换器进行强度和密封性测试，其中36个大气压的水注入死端型热交换器3分钟。
实施例2
主要以与实施例1相同的方式执行方法，特征在于，在冷却之后，将板组件额外浸入浓度为1.75g/ccm(即，低于实施例1)的焊膏水溶液中，因为在第一次通过高温直通式炉子的过程中已经施加了不漏焊接所需用量的焊膏。此外，与实施例1类似，在将板组件放入具有放热性气体保护介质的高温直通式炉子中之后对施加的焊膏溶液进行干燥，在1100℃板组件被铜基合金额外覆盖。铜在表面上扩散，并熔化掉所有的凹痕和杂质，由此，如图2所示，在产品的表面上提供均匀的覆盖层。具有这样的板组件表面覆盖层的热交换器事实上不易受腐蚀的影响，具有最佳的热性能和运行性能。
工业实用性
本发明可用于制造无管式家用对流加热器，供热锅炉的热交换器，车辆散热器，水冷却器，油冷却器，电力变压器和制冷装置的热交换器，以及其他热交换装置。

Claims (11)

1.制造板式热交换器的方法，该方法包括以下步骤：
对板进行冲压，在每个板中提供至少一个形式为中空截锥的突出部；
通过连续地将一个板的突出部安装入相邻板的对应开口中以组成板组件，其中板的相邻表面之间保持有预定的间隙，形成通过热载体的通道；
制备基于碳酸氢铜和镍盐的焊膏溶液，所述板组件浸入该焊膏溶液中；以及
将施加有所述焊膏溶液的所述板组件放入高温直通式输送式炉子中，在所述板组件的移动过程中使用铜基合金焊接并覆盖所述板组件；
特征在于该方法包括：
在组成所述板组件之前对每个板的表面进行清洁；
在将所述板组件放入所述高温直通式输送式炉子之前对施加的所述焊膏溶液进行干燥；
在所述高温直通式输送式炉子中提供含有游离氢的保护介质；以及
沿着所述板组件的移动路径提供两个温度区，其中在第一温度区中对所述板组件进行退火，在第二温度区中使用所述铜基合金焊接并覆盖所述板组件。
2.如权利要求1所述的方法，特征在于所述焊膏溶液通过将焊膏用水稀释以获得1.85-1.95g/ccm的浓度而制备。
3.如权利要求1所述的方法，特征在于对施加的所述焊膏溶液进行的干燥是以不高于150℃的温度进行。
4.如权利要求3所述的方法，特征在于对施加的所述焊膏溶液进行的干燥是在强制通风炉中进行。
5.如权利要求1所述的方法，特征在于对所述板组件进行的退火是在所述第一温度区中以950℃至1050℃范围中的温度进行。
6.如权利要求1所述的方法，特征在于使用所述铜基合金覆盖所述板组件是在所述第二温度区中以高于铜的熔化温度但不高于1100℃范围中的温度进行。
7.如权利要求1所述的方法，特征在于使用碱性清洁剂或酸性清洁剂对每个板的表面进行清洁。
8.如权利要求1所述的方法，特征在于所述板组件的移动速度设置为对于在所述第一温度区中对所述板组件进行退火和在所述第二温度区中使用所述铜基合金覆盖所述板组件而言是足够的。
9.如权利要求8所述的方法，特征在于所述板组件穿过所述高温直通式输送式炉子的移动速度设置为每分钟150-300毫米。
10.如权利要求1至9任意一项所述的方法，特征在于在使用所述铜基合金焊接并覆盖所述板组件之后，所述板组件在所述高温直通式输送式炉子的冷却室中冷却至不高于150℃。
11.如权利要求10所述的方法，特征在于在所述冷却之后，所述板组件额外浸入基于碳酸氢铜和镍盐的焊膏溶液中，该焊膏溶液通过用水稀释焊膏以获得1.7至1.8g/ccm的浓度而制备，以不高于150℃的温度对施加的所述焊膏溶液进行干燥，将所述板组件放入所述高温直通式输送式炉子中，在该高温直通式输送式炉子中提供有含游离氢的保护介质，以高于铜的熔化温度而不高于1100℃的温度使用所述铜基合金额外覆盖所述板组件。
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