CN104781033A - 扩散焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种至少包括如下步骤的扩散焊接方法：a)得到金属板(3，5)，b)堆积多个步骤a)所得板(3，5)以得到垛(6)，和c)将扩散焊接应用到步骤b)所得垛(6)以得到一组焊接板。步骤a)所得板包括两相钛合金，和在步骤c)中，将垛加热到组装温度，该组装温度在最低温度和最高温度之间，该最低温度允许该组焊接板中的诸板联结，超过该最高温度所述合金转变为单相合金，垛的加热时间短于最大时间，超过该最大时间该组焊接板的诸板的合金包括晶粒尺寸参数严格低于6的晶粒。一种对应的热交换器。

Description

扩散焊接方法

本发明涉及一种至少包括如下步骤的扩散焊接方法：

a)得到金属板，

b)堆积多个步骤a)所得板以得到垛(6)，和

c)将扩散焊接应用到步骤b)所得垛(6)以得到一组焊接板。

所述方法例如针对板式热交换器的生产。

扩散焊接是一种固相焊接方法，其中将在给定压力下接触的部件在预定温度下处理可控长度的时间。这些操作条件导致局部塑性表面变形，紧密接触和零件间原子的迁移，因而使得得到材料可能连续。

这个方法特别令人感兴趣，因为以这种方式组装的板之间是紧密连接的，包括在热交换区域。在一组焊接板的边缘的材料连续性有助于将该组焊接板进行加工或焊接以最终形成交换器。

实施一垛板的扩散焊接的最传统方案包括在具有充足真空的热炉中，对板施加统一的轴向应力，即沿着垂直于板的单个轴。

另一方案包括使用热等静压炉组装一垛板。待组装的该垛板接着被置于具有充足真空的不漏且可变形的腔体中。该压力炉由于包含压缩气体能提供必要的热和焊接压力。

这些方法能够得到具有非常大尺寸，例如1mx1mx3m的板的垛。

然而，已知的扩散焊方法无法实现使用大体积板焊接交换器，如板体积大于3x3x1m³而不实质性改变板的机械特性。更具体地，如果这些已知的方法被用于大体积交换器的生产，所得交换器的全部或部分如下特性是不足的：机械强度，耐腐蚀性，组件寿命。

因此，本发明的一个目的是提出这样一种方法，该方法能够制造大体积的板式热交换器，所述交换器具有良好的机械强度、耐腐蚀性和组件寿命。

为此，本发明涉及一种上述类型的方法，其中：

-步骤a)所得的板包括两相钛合金，和

-在步骤c)中，将垛加热到组装温度，该组装温度包括在最低温度和最高温度之间，一方面该最低温度允许该组焊接板的诸板之间焊合，另一方面超过该最高温度所述合金转变为单相，垛的加热持续时间短于最大持续时间，超过该最大持续时间该组焊接板中诸板的合金包括晶粒尺寸参数严格低于6的晶粒。

根据具体的实施方式，所述方法包括一个或多个如下特征，单独的或者根据任何技术上可能的组合考虑：

-在步骤a)中，所述两相钛合金包括TA6V，所述两相为α-相钛和β-相钛；

-在步骤a)中，所述两相钛合金包括Ti8Mn或Ti7Al4Mo；

-在步骤c)中，对所述垛进行处理的所述组装温度大体上在700℃和950℃之间；

-在步骤c)中，所述加热持续时间大体上在1小时和5小时之间；

-在步骤c)中，所述垛的两个相邻板承受在10-50巴之间的接触压力；

-在步骤b)中，堆积步骤a)所得的板以得到多个板的多个垛，各个垛具有的尺寸可使两个平行的面之间维持彼此隔开少于200mm，优选地两个平行的面之间彼此隔开100和1000mm之间的距离；在步骤c)中，扩散焊接步骤b)所得的各个垛以得到多组焊接板；和在步骤d)中，组装步骤c)所得的所述多组焊接板；

-所述方法进一步地包括步骤d)：从步骤c)所得所述组焊接板得到板式热交换器。

本发明还涉及包括一组堆积的且扩散焊接的金属板的板式热交换器，所述交换器特征在于：

-该组板包括两相钛合金，和

-该组焊接板包括晶粒尺寸参数大于或等于6的晶粒。

阅读以下内容后可更好地理解本发明，提供以下描述仅作为示例，本发明参照附图实施，该图是本发明的板式热交换器的部分截面图。

下述的方法能够得到图中概略性示出的交换器1。

所述交换器1包括堆积的第一板3和第二板5。第一板3和第二板5的交换是，例如单次的，即各第一板3位于两个第二板5之间。第一板3和第二板5是，例如大体上水平的。

在图中仅示意各类型的两个板3，5。然而，交换器1优选地包括更高数量的板。交换器1在水平方向上的尺寸是，例如大于1mх3m，和所述交换器1的高度是大于1m。

各第一板3与位于其下的第二板5联合形成多个通道7以供第一流体流通。

各第一板3是，例如由TA6V合金制成。

各第一板3与位于其上和其下的第二板5扩散焊接。

第二板5优选地与第一板3类似，无需详细描述。各第二板5与位于其下的第一板3联合形成多个通道9以供第二流体流通。

第一板3和第二板5具有任何厚度。依据一个具体的实施方式，板3，5设定为使得所述交换器1内的第一流体和第二流体之间的最小距离E包括在0.5mm和2mm之间。

第二流体和第一流体是设计成通过所述交换器1的所述第一板3和所述第二板5以交换热量。

现在将描述得到本发明的交换器1的方法。所述方法至少包括如下四个步骤。

第一步包括得到第一板3和第二板5。所述第一板3和所述第二板5例如具有上述的形状和组成。

在第二步中，堆积第一步得到的第一板3和第二板5，例如如上所述，以得到图中示意的垛6。

在第三步中，扩散焊接在第二步中得到的垛6以得到一组焊接的板。

非限制性地，很难明确说明第三步的温度和持续条件。这些参数事实上取决于板3，5的组成和几何形状。所述温度和持续条件还彼此相关。

然而，本领域技术人员可通过简单的测试确定垛6的这些条件，通过在组装温度处理垛6，该组装温度包括在最低温度和最高温度之间，该最低温度大约为退火温度，一方面该最低温度允许所述组焊接板的板3，5之间焊合，另一方面超过该最高温度所述合金转变为单相。上述的最高温度为，例如TA6V合金的β相转变温度(beta transus)减20℃。β相转变温度大约等于950℃，所述最高温度大约是930℃。

垛6的加热持续时间调整为低于最大持续时间的某值，超过该最大持续时间所述组焊接板中诸板的合金包括晶粒尺寸参数大于或等于6的晶粒。

所述晶粒尺寸参数是，例如通过标准ASTM E112定义的。

作为示例，垛6在大体上包括700℃和930℃之间的组装温度，例如大约900℃处理。这个温度足够高，从而可使第一板3和第二板5彼此焊合。所述组装温度要足够低以使得α和β相保持稳定，即，板3，5中各自的质量分数不会被扩散焊接步骤实质性改变。“不会实质性改变”是指α和β相的质量分数实际上不改变。

在第三步的开始和结尾之间，合金的晶粒尺寸参数值宜增加少于4单位，优选地少于3单位。

所述组装温度经加热垛6达到。所述加热持续时间大体上包括在1小时-5小时之间，例如大约3小时。这样，加热具有足够短的持续时间，使得在上述温度条件下，所述组焊接板的晶粒具有大于或等于6的晶粒尺寸参数。

优选地，在第三步中，垛6的板3，5承受包括在10-50巴之间的接触压力，例如大约15巴。所述压力使用本身已知的方法施加，例如使用压力机(未显示)。所施加的压力是，例如垂直的。

在第四步，从第三步所得组焊接板得到所述交换器1。例如，这包括添加供第一流体和第二流体用的水箱，温度传感器，或本领域技术人员已知的用于完成板式交换器的其他元件。

由于上述方法的特征，不难获得大体积板式交换器1，例如体积大于或等于3x1x1m³。所述组焊接板具有晶粒尺寸参数大于或等于6的晶粒。由于板3，5的合金的α和β相的稳定性，使得所述板更具脆性的冶金相的存在有限。如此，所述交换器1具有优异的冶金特性，尤其是机械强度，耐腐蚀性和寿命。

现在我们简要地描述本发明的第二种方法，该方法构成上述方法的备选方案。所述第二种方法与上述的过程类似，且可能得到上述的交换器1。类似的步骤或特征不再描述。

所述第二种方法不同在于如下特征。

在第二步中，堆积步骤1所得的板3，5以得到板3，5的多个垛。所述多个垛与图中示意的垛6类似。

所述多个垛各自的尺寸可使两个任意的平行面(未显示)之间维持彼此隔开少于200mm，优选地两个平行面之间彼此隔开100mm和1000mm之间的距离。

在第三步，扩散焊接在第二步得到的各个垛以得到多组焊接板。所述焊接与上述类似。

在第四步，组装在第三步得到的所述多组焊接板以得到所述交换器1。

除了如上已经提到的优势外，所述第二种方法还可能得到体积更大的交换器。

Claims (11)

1.一种至少包括如下步骤的扩散焊接方法：

a)得到包括两相钛合金的金属板(3，5)，

b)堆积多个步骤a)所得板(3，5)以得到垛(6)，和

c)将扩散焊接应用到步骤b)所得的垛(6)以得到一组焊接板，

其特征在于，在步骤c)中，将垛(6)加热到组装温度，该组装温度包括在最低温度和最高温度之间，一方面该最低温度允许该组焊接板的板(3，5)之间焊合，另一方面超过该最高温度所述合金转变为单相，垛(6)的加热持续时间短于最大持续时间，超过该最大持续时间该组焊接板的板(3，5)之间的合金包括晶粒尺寸参数严格低于6的晶粒。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它进一步地包括步骤d)：从步骤c)所得该组焊接板得到板式热交换器(1)。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述交换器(1)在水平方向上的尺寸为，例如大于1mх3m，和所述交换器(1)的高度是大于1m。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，板(3，5)设定为使所述交换器(1)内的第一流体和第二流体之间的最小距离(E)包括在0.5mm和2mm之间。

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，所述两相钛合金包括TA6V，所述两相为α-相钛和β-相钛。

6.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，所述两相钛合金包括Ti8Mn或Ti7Al4Mo。

7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，处理所述垛(6)的所述组装温度大体上包括在700℃和950℃之间。

8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，所述加热持续时间大体上包括在1小时和5小时之间。

9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，所述垛(6)的两个相邻的板(3，5)承受包括在10和50巴之间的接触压力。

10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于：

-在步骤b)中，堆积步骤a)所得的板(3，5)以得到多个板的多个垛，各个垛具有的尺寸使得两个平行的面之间维持彼此隔开少于200mm，优选地两个平行的面之间彼此隔开包括在100和1000mm之间的距离,

-在步骤c)中，扩散焊接步骤b)所得的各个垛以得到多组焊接板，和

-在步骤d)中，组装步骤c)所得的所述多组焊接板。

11.一种板式热交换器(1)，包括一组堆积的且扩散焊接的金属板(3，5)，所述交换器(1)特征在于：

-该组板(3，5)包括两相钛合金，和

-该组焊接的板包括晶粒尺寸参数大于或等于6的晶粒。