CN103231185A - 一种HFSi焊销及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种HFSi焊销及其制备方法。所述HFSi焊销由三种原料混合后经压制烧结而成，所述三种原料及其重量百分比为：70%的氟树脂粉、20%的聚苯酯和10%的陶瓷粉。所述HFSi焊销的制备方法，包括：配料与搅拌混合；计量与压制；烧结冷却；表面粗化处理；硅树脂浸渍与固化。HFSi焊销在400℃高温下不熔融，不变形，抗腐蚀，具有强度好、热膨胀性能好与极佳的防粘性，焊销与管板熔融焊接时的融体无任何物理及化学反应，管板焊接后，列管内孔焊接处平整光滑，达到了PFA换热器管板焊接等领域所需的技术要求、解决了PFA管板焊接的技术难点，降低了制造成本，为PFA换热器焊接加工开辟了广阔的前景。

Description

一种HFSi焊销及其制备方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是一种焊销及其制备方法。 

背景技术

随着化工、冶炼与表面处理工业的迅猛发展，如何处理节能与环保、如何突破防腐难题、实现绿色工业是众多企业攻关的重点。国外早在70年代，工业发达的美国研发出耐高温、抗腐蚀的PFA原料，80年代商品化，90年代末日本研制开发出化工、冶炼行业PFA材质制作的热交换器，大大降低了环境污染与能耗，是一种值得信赖的防腐好产品。2000年后期，我国武钢、太钢等大型国企业引进了该设备，使用在钢板清洗与表面处理工序，取得了极佳的效果。为赶上发达国家先进的制作水平，2006年我公司开始研制PFA换热器的加工制作技术，并获得成功，替代了产品进口，为设备国产化迈出了成功的一步。然而引进与研制的换热设备其体积较庞大，结构较复杂。它是将列管缠绕在防腐支架固定的隔板上，浸渍在酸槽中用于热交换，列管两端延伸出槽体用不锈钢金属螺扣与蒸汽管路气囊相联。而这种结构材料浪费大，制造成本高，制约了换热器的推广应用。为了降低制造成本，开发适用不同规模企业与满足不同工况条件下使用要求的换热器，则应开发不同品种与规格系列的换热器，要达到这一目的其重点是：突破管板焊接技术难关。为此，需要重点进行PFA管板焊接的技术研究。 

管板焊接可分单根列管焊与列管组合焊，前者工效低，过程难以控制，毒性大不利环保与操作者身体健康。后者则操作难度大，管板熔融焊接则要求管板焊接平整、焊接强度好。焊口定型是管板焊接的技术关键。管板焊接后的平整度由焊接夹具控制，焊接强度由工艺过程控制保证，焊口定型是由一种特制的焊销来实现。在PFA换热器制作过程中，对插入列管内用于定型的焊销要求很高，该焊销必须在400℃高温下不熔融、不变形、抗腐蚀，并要具有强度好，热膨胀性能好与极佳的防粘性，同时要具有焊销与管板熔融焊接时的融体无任何物理及化学反应，并与焊接本体的热导性能相近似等特殊要求。因此焊销对材质要求十分苛刻，需要有一种特制的焊销，达到PFA换热器管板焊接等领域所需的技术要求，突破PFA换热器管板焊接技术难关。 

通过检索国内现有技术，只查到一篇较为接近的专利文献，申请号为94194517.0的中国发明专利公开了一种纤焊销及其制造方法，其所述纤焊销,用于焊接例如缆线接线头与铁轨,包括压制或车削的主体,其一端设有一凸头,一个由焊料合金制的盖压在凸头上,助焊剂设在盖与凸头的空间中。盖的外径与主体的外径相当,而内径稍小于凸头的外径,可以密封地包住助焊剂。 其所述制造纤焊销的方法，纤焊销用于焊接例如缆线接线头与铁轨，该方法的特征在于： 所述的纤焊销的主体机加工，最好是车削或压制出， 一个凸头设在其一端， 具有焊料合金的厚壁的空心盖机加工，最好是冷压或车削出，所述的盖的外径与所述的主体的外径相当，所述的盖的内径比所述的凸头的外径稍小，所述的盖充填着助焊剂，和内部有助焊剂的盖压装在所述的主体的凸头。上述现有技术虽然制造方法简单，但不能解决上述PFA管板焊接技术难点。 

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种在400℃高温下不熔融、不变形、抗腐蚀、不粘性极强的HFSi焊销及其制备方法，其能达到PFA换热器管板焊接等领域所需的技术要求、解决PFA管板焊接中的技术难点，从而降低了PFA换热器的制造成本。 

本发明的技术方案是：所述HFSi焊销由三种原料混合后经压制烧结而成，所述三种原料及其重量百分比为：70%的氟树脂粉、20%的聚苯酯和10%的陶瓷粉。 

所述HFSi焊销的制备方法，其工艺流程包括： 

A、配料与搅拌混合：按7:2:1称取氟树脂粉、聚苯酯、陶瓷粉投入搅拌机中进行搅拌混合均匀；

B、计量与压制：根据焊销规格选取压模，将上述配料投入压模中，进行压制，并保压，脱模后按顺序摆放在金属盒中；

C、烧结冷却：将压制的毛坯放入烧结炉中，升温至380℃，恒温一小时，再降至320℃保温一小时后关闭电源，随炉自然冷却至室温，即可取出用作焊销的毛坯；

D、表面粗化处理：将毛坯用铁丝从中心孔内串连起来，放入喷砂设备中，喷砂时匀速滚动，达到毛坯表面均匀粗化的目的；

E、硅树脂浸渍与固化：将经表面粗化处理的毛坯用酒精清洗，去除尘埃，稍凉后放硅树脂+甲苯溶液中浸渍约一分钟，取出后晾晒，当无溶液滴落，即放入烘箱，烘烤二小时，使毛坯表面树脂充分固化，并形成一层透明的硬膜，经冷却后成为HFSi焊销。

    在上述方法中，优选地，搅拌混合时，将配料搅拌混合10—15分钟，混合温度≤60℃，要求混合均匀无结块成团现象。所述焊销规格为Φ6×2×35或Φ4×1×35，配料投入压模时，按2.35g/cm³比重计算料量。进行压制时的压力为300—350kg/cm²，保压时间为0.5分钟/模。烧结时，升温以100℃/小时的速度进行，降温则以20℃/小时的速度缓慢降温。烘箱烘烤时的温度为320℃±10℃。 

所述HFSi焊销用于PFA管板焊接。 

本发明研究的是一种使用在化工、冶炼、表面处理等行业腐蚀性介质热交换的PFA换热器制作过程中用于插入列管内定型的一种由复合材料制作的焊销。所述HFSi焊销在400℃高温下不熔融、不变形、抗腐蚀，并具有强度好、热膨胀性能好与防粘性极强等优点，同时具备焊销与管板熔融焊接时的融体无任何物理及化学反应，并与焊接本体的热导性能相近似等特殊要求，符合PFA管板焊接工艺条件。本发明HFSi焊销解决了PFA管板焊接的技术难点，管板焊接后，列管内孔焊接处平整光滑，热膨胀率与PFA相近，有利于克服管板焊接后端板形变，换热系数经测定为1—2kcal/mh℃，与PFA 0.26kcal/mh℃相近，远小于金属40kcal/mh℃。采用HFSi焊销焊接PFA管板，未发现因熔体流动堵塞列管，且焊接处内径一致，焊接深度达到2—3mm，为列管壁厚的3—4倍。热交换制品经1Mpa/cm²水压试验，保压2小时无泄漏，合格率达100%。因此本发明有利于开发不同品种与规格系列的换热器，降低了制造成本，为PFA换热器焊接加工开辟了广阔的前景。由于焊接技术的突破，简化了换热器的结构，实现了产品结构与规格品种系列化，其工艺路线与焊接技术填补了国内空白，达到国际同等先进水平。 

具体实施方式

    所述HFSi焊销由三种原料混合后经压制烧结而成，所述三种原料及其重量百分比为：70%的氟树脂粉、20%的聚苯酯和10%的陶瓷粉。 

以下对本发明作进一步详细说明。 

一、HFSi焊销的技术关键 

HFSi焊销是用在PFA换热器制作过程中，当换热器端板装入焊接夹具时，列管两端分别穿过孔板，将伸出部分与端板修理平整并向孔内插入焊销，利用高温下焊销的膨胀与端板热膨胀产生的熔胀合力，将熔融的孔板与列管壁挤压融为一体，达到焊接的目的。经冷却定型后，拔出焊销，管板各孔孔径保持焊前状态，孔板平整，孔内无熔痕，并确保列管畅通。根据工艺要求，PFA换热器需在380℃-400℃高温下进行，熔融时腐蚀性极强。因此，在管板焊接试验过程中曾选用各种抗腐蚀性焊接焊销，如：镍合金金属焊销、陶瓷焊销，因其热导性能好、管板熔融时管壁融体流动大，造成焊销端部熔体堆积堵管，而用玻纤布与环氧制成的焊销，管板熔融时粘附严重及固化后胶液不耐高温导致粘胶剂碳化分解。因此焊销的正确选材是PFA管板熔融焊接的技术关键。本发明通过分析与多种配方的合成试验，HFSi配方焊销达到使用要求，其性能达到400℃高温下不熔融、不变形、抗腐蚀且具有较好强度、热膨胀性、热导性均符合使用要求，特别具有优异的不粘性。与熔融的PFA管板无任何物理及化学反应，HFSi焊销经检测与防腐试验结果见下表。

HFSi焊销性能 

二、HFSi焊销成型工艺研究

本发明HFSi焊销由三种原料混合后经压制烧结而成，其工艺路线：配料（各组份原料按重量比例称取）— 搅拌混合 — 计量 — 压制— 烧结 — 冷却 — 表面粗化（喷砂）— 硅树脂浸渍 — 固化处理—焊销成品。具体详述如下：

1、配料与搅拌混合

按7:2:1称取氟树脂粉、聚苯酯、陶瓷粉投入搅拌机中进行搅拌混合10—15min，混合温度≤60℃，要求混合均匀无结块（团）现象。

2、计量与压制 

根据焊销规格（Φ6×2×35、Φ4×1×35）选取压模，按2.35g/cm³比重计算料量，投入压模中，可按300—350kg/cm²压力进行压制，并保压0.5min/模，脱模后按顺序摆放在金属盒中。

3、烧结冷却 

将压制的毛坯放入烧结炉中，以100℃/小时的升温速度升至380℃，恒温一小时，并以20℃/小时速度缓慢降至320℃保温一小时后关闭电源，随炉自然冷却至室温，即可取出用作焊销的毛坯。

4、表面粗化（喷砂）处理 

将毛坯用铁丝从中心孔内串连起来，放入喷砂设备中，喷砂时匀速滚动，达到毛坯表面均匀粗化的目的。

5、硅树脂浸渍与固化 

将经表面粗化处理的毛坯用酒精清洗，去除尘埃，稍凉后放硅树脂+甲苯溶液中浸渍约1分钟，取出后晾晒，当无溶液滴落，即放入烘箱，在320℃±10℃温度下烘烤2小时，使毛坯表面树脂充分固化，并形成一层透明的硬膜，经冷却后成为HFSi焊销，用于PFA管板焊接。

三、本发明HFSi焊销解决了PFA管板焊接的技术难点 

经试验结果分析，焊口定型是管板焊接的技术关键。在研究过程中，管板焊接后的平整度由焊接夹具控制，焊接强度由工艺过程控制保证，焊口定型是由一种特制的焊销来实现。由于焊销对材质要求十分苛刻，通过选材配比确定，与调整修正等复杂研究过程，选用多组份材料合成改性与工艺处理方法，成功研究出HFSi焊销，经PFA换热器管板焊接试验获得成功。由于焊接技术的突破，简化了换热器的结构，实现了产品结构与规格品种系列化，其工艺路线与焊接技术填补了国内空白，达到国际同等先进水平。

1、本发明HFSi焊销在400℃高温，不熔融、不变形、不腐蚀且具有较好的强度，符合PFA管板焊接工艺条件。 

2、本发明HFSi焊销在PFA管板焊接过程中与其熔体未发生任何物理及化学反应，防粘性极强，管板焊接后，列管内孔焊接处平整光滑。 

3、本发明HFSi焊销热膨胀率与PFA相近，有利于克服管板焊接后端板形变。 

4、本发明HFSi焊销换热系数经测定为1—2kcal/mh℃，与PFA 0.26kcal/mh℃相近，远小于金属40kcal/mh℃。采用HFSi焊销焊接PFA管板，未发现因熔体流动堵塞列管，且焊接处内径一致，焊接深度达到2—3mm，为列管壁厚的3—4倍。热交换制品经1Mpa/cm²水压试验，保压2小时无泄漏，合格率达100%。因此本发明HFSi焊销的研究为PFA换热器焊接加工开辟了广阔的前景。 

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (8)

1.一种HFSi焊销，其特征是，所述HFSi焊销由三种原料混合后经压制烧结而成，所述三种原料及其重量百分比为：70%的氟树脂粉、20%的聚苯酯和10%的陶瓷粉。

2.一种HFSi焊销的制备方法，其工艺流程包括：

A、配料与搅拌混合：按7:2:1称取氟树脂粉、聚苯酯、陶瓷粉投入搅拌机中进行搅拌混合均匀；

B、计量与压制：根据焊销规格选取压模，将上述配料投入压模中，进行压制，并保压，脱模后按顺序摆放在金属盒中；

C、烧结冷却：将压制的毛坯放入烧结炉中，升温至380℃，恒温一小时，再降至320℃保温一小时后关闭电源，随炉自然冷却至室温，即可取出用作焊销的毛坯；

D、表面粗化处理：将毛坯用铁丝从中心孔内串连起来，放入喷砂设备中，喷砂时匀速滚动，达到毛坯表面均匀粗化的目的；

E、硅树脂浸渍与固化：将经表面粗化处理的毛坯用酒精清洗，去除尘埃，稍凉后放硅树脂+甲苯溶液中浸渍约一分钟，取出后晾晒，当无溶液滴落，即放入烘箱，烘烤二小时，使毛坯表面树脂充分固化，并形成一层透明的硬膜，经冷却后成为HFSi焊销。

3.根据权利要求2所述的HFSi焊销的制备方法，其特征是，搅拌混合时，将配料搅拌混合10—15分钟，混合温度≤60℃，混合均匀无结块成团。

4.根据权利要求2所述的HFSi焊销的制备方法，其特征是，所述焊销规格为Φ6×2×35或Φ4×1×35；配料投入压模时，按2.35g/cm³比重计算料量。

5.根据权利要求2所述的HFSi焊销的制备方法，其特征是，

进行压制时的压力为300—350kg/cm²，保压时间为0.5分钟/模。

6.根据权利要求2所述的HFSi焊销的制备方法，其特征是，

烧结时，升温以100℃/小时的速度进行，降温则以20℃/小时的速度缓慢降温。

7.根据权利要求2所述的HFSi焊销的制备方法，其特征是，

烘箱烘烤时的温度为320℃±10℃。

8.权利要求1所述的HFSi焊销用于PFA管板焊接。