CN105171218A - 一种窄间隙板管电阻焊装置 - Google Patents

Abstract

一种窄间隙板管电阻焊装置，包括动力加载机构，该动力加载机构的活塞杆和曲臂一端铰接，曲臂的另一端端头安装上滚柱电极；与上滚柱电极相适配位置的下方设置有下滚柱电极，该下滚柱电极安装在下横梁上；所述曲臂与下横梁通过绝缘销轴铰接；该下横梁及动力加载机构均安装在装置平台上形成电阻焊装置，该电阻焊装置安装在数控液压机上实现其上下方向的移动，通过传动机构实现其前后方向的移动。本发明解决了传统焊接板式换热器制造过程中板束端部焊缝处焊缝强度低和易发生缝隙腐蚀等问题。

Description

一种窄间隙板管电阻焊装置

技术领域

本发明属于焊接和热交换器设计与制造技术领域，具体涉及板束端部焊缝窄间隙电阻焊装置。

背景技术

波纹板全焊接板式换热器制造的一般过程系先通过模具冲压板片，将冲压好的波纹板片进行组对，利用通过电流的两个大圆盘电极滚焊组对好的长缝获得电阻焊焊缝，以形成单个板管，介质可以从板管内流动。多个板管叠摞后需要对板管间的端部焊缝进行焊接，焊接后可以使不同的介质分开流动，这样板管内流通一种介质，板管与板管之间流通另一种介质，两种介质不会发生混合。然而在多个板管进行叠摞形成板束后，板管间形成的两端部窄间隙无法使用传统的大圆盘电极进行电阻焊接，工程上对于操作空间受限的窄间隙板束端部焊缝处仅通过手工氩弧焊焊接，利用该方法焊接时，易产生较多焊接缺陷，焊后焊缝强度较低，板束长期运行端缝失效后两种介质易发生混合；另外手工氩弧焊无法消除板束端部焊缝间存在的缝隙，腐蚀性介质在此缝隙处长时间滞留，会发生严重的缝隙腐蚀，导致整个全焊接板式换热器服役寿命降低。

论文（方珍.芳烃装置板式换热器开裂原因分析[J].化工设备与管道,2009,46(3):15-18.）中提到某芳烃装置重整进料用一台板式换热器，其板程介质为加氢裂化重石脑油，壳程介质为重整生成油。该换热器板片材料0Crl8Nil0Ti，壳程进口温度约470℃，出口温度约115℃，换热板管在此温度差下发生热膨胀致使在端面和侧面形成较大热应力，最终在高热应力作用下板管端面焊缝撕裂，内部介质泄漏诱发失效。研究发现换热板束端面仅采用手工氩弧焊，手工氩弧焊焊接后焊缝结合强度低，是设备失效的主要原因。因此，避免端部焊缝仅采用手工氩弧焊强度低的缺点，对板束端部焊缝进行电阻焊以提高焊缝强度显得尤为重要。

发明内容

本发明提供一种窄间隙板管电阻焊装置，解决焊接板式换热器板束使用过程中端面焊缝强度低和易发生间隙腐蚀的问题。

为此，所采用的技术方案：

一种窄间隙板管电阻焊装置，包括动力加载机构，该动力加载机构的活塞杆和曲臂一端铰接，曲臂的另一端端头安装上滚柱电极；与上滚柱电极相适配位置的下方设置有下滚柱电极，该下滚柱电极安装在下横梁上；所述曲臂与下横梁通过绝缘销轴铰接；该下横梁及动力加载机构均安装在装置平台上形成电阻焊装置，该电阻焊装置安装在数控液压机上实现其上下方向的移动，通过传动机构实现其前后方向的移动。

所述上、下滚柱电极内设有水冷或油冷夹套。

所述上、下滚柱电极为圆柱形、球形或圆锥形状。

该电阻焊装置包括定位回复机构，其由限位块和具有预拉力的弹簧组成，两者的上端依次设置于加载机构的活塞杆和曲臂铰接处的曲臂上，下端均设置在装置平台上。

本发明的动力加载机构利用杠杆原理，通过绝缘销轴作为杠杆支点，将加载力进行放大后对滚柱电极施加作用力，滚柱电极再将力传递给板束端部焊缝实现滚压，上下滚柱电极同时通入电流与板束端部焊缝构成回路，板束端部焊缝产生热量形成熔核实现电阻焊接而形成的电阻焊焊缝不但强度高，而且消除了板管间缝隙，增强了板管耐缝隙腐蚀性能。

本发明可应用于化工、石油石化、热电、制药等行业制造焊接板式热交换器上。

附图说明

图1为模具冲压的换热板片示意图；

图2为单个换热板管示意图；

图3为传统圆盘电极滚焊形成板管长缝示意图；

图4为板束端部焊缝电阻焊装置实施例示意图；

图5为板束端面局部放大图；

图6为本发明电阻焊装置的结构示意图；

图7为本发明焊接时示意图；

图8为本发明不施焊时示意图；

图9为本发明带冷却夹套的滚柱电极示意图；

图10为本发明整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明进一步说明如下：

参照图4、5、6、7、8，一种窄间隙板管电阻焊装置，包括有动力加载机构605，该动力加载机构605的活塞杆和曲臂602一端铰接，曲臂602的另一端端头安装上滚柱电极601；与上滚柱电极601相适配位置的下方设置有下滚柱电极606，该下滚柱电极606安装在下横梁609上；所述曲臂602与下横梁609通过绝缘销轴608铰接；该下横梁609及动力加载机构605均安装在装置平台607上形成电阻焊装置，该电阻焊装置安装在数控液压机1001上实现其上下方向的移动，通过传动机构实现其前后方向的移动。

所述绝缘销轴608设置在曲臂602的最低点且靠近上滚柱电极601一侧。

本发明的工作过程：首先利用动力加载装置通过上曲臂进行加载；然后通过安装在上曲臂的上滚柱电极对窄间隙的板片组对贴合处进行滚压，同时设置定位回复机构，以保证上、下滚柱电极张开角度在一定范围内不会碰伤旁边的板片。最后，上、下滚柱电极通入电流，使板片贴合处与电极构成回路产生热量，贴合处形成板管端部焊缝。滚柱电极在窄间隙板束端部进行电阻焊接形成板束端缝，最后形成电阻焊板式换热器波纹板束。

下面通过板式热交换器形成过程对本发明作一详细阐述：

模具冲压平板形成波纹板片（图1），出于简化，图1仅用平板作为示意。参照图2、图3，将一张冲压好的波纹板片202沿长边翻转180o后与另一张波纹板片201相扣，利用传统的大圆盘电极301电阻滚焊形成板管长缝203。参照图5，多个板管叠摞后形成板束，在板束端面板管与板管相互贴合的交界面上形成多道板束端部焊缝501，板束端部焊缝501焊接好后，形成壳程502通道和板程503通道，为保证壳程和板程通道介质不能发生混合，板束端部焊缝501的强度和可靠性至关重要。传统仅采用手工氩弧焊焊接板束端部焊缝501，焊接后的板束端部焊缝501强度较采用电阻焊的板束长缝203强度低，因此板束在承受一定压力时，通常在板束端部焊缝501处开裂失效。相邻板束端部焊缝501间距L较小（图5），通常情况下在20mm左右，具体尺寸与波纹板片深度有关，由于操作空间小，无法采用传统电阻缝焊用的大圆盘电极（图3），应采用适用于窄间隙板管的电阻焊方法。

如图5中的标记H示意的距离处，板束端部焊缝501在贴合后通常形成一定宽度的缝隙504，此缝隙的宽度H与冲压板片设计尺寸有关，通常为10mm左右，此缝隙的存在对板束耐腐蚀性能有影响，当壳程502含有卤素等腐蚀性强的介质进入缝隙504中长期滞留时，会使壳程靠近端部焊缝附近发生缝隙腐蚀，降低设备耐腐蚀性能。若采用电阻焊焊接端部焊缝501，形成的焊缝较宽可以消除此段间隙，减少缝隙腐蚀发生的可能。此外，相邻板束端部焊缝间距较小，通常情况下在20mm左右，具体情况与波纹板片深度有关，由于操作空间小，无法采用传统电阻缝焊用的大圆盘电极。

图6为构成本发明的实施例装置，下横梁609、支撑块603、弹簧604和动力加载机构固定于装置平台607上。动力加载机构605可为液压机或气压机，活塞杆在液压或气压的推动下发生伸缩进而推动曲臂602运动，液压机或气压机的活塞杆与上曲臂602通过销轴铰连接。曲臂602与下横梁通过绝缘销轴608铰接，在动力加载下，曲臂602绕销轴608发生小角度偏转，销轴可为耐磨、绝缘性较好的树脂或陶瓷材料。曲臂602带动上滚柱电极601向下运动并与下滚柱电极606接触传递压力，示意如图7所示。装置平台607沿垂直纸面前后运动带动上下滚柱电极旋转滚压之间组对好的板管端部，同时通入电流产生构成回路产生热量形成电阻焊焊缝。上下滚柱电极可为圆柱、球形或圆锥形状，图9为设置有水冷或油冷夹套901的滚柱电极。电极外形尺寸小于相邻两个板束端部焊缝间距L，上滚柱电极601和下滚柱电极606较圆盘电极301小很多，故可以在操作空间受限的区域进行电阻焊焊接。上下滚柱电极通入电流后与板束端部焊缝构成回路，在同时对板束端部焊缝施加压力下，上下滚柱电极对板束端部焊缝进行滚焊以形成电阻焊缝。为保证在进行窄间隙电阻焊过程中，上下滚柱电极焊好一条板束端部焊缝后，在压力卸载时上下滚柱电极张开一定角度不碰伤其他板束端部焊缝，设置定位回复机构，此定位回复机构由具有预拉力的弹簧604和支撑块603构成，两者的上端依次设置于加载机构605的活塞杆和曲臂602铰接处的曲臂602上，下端均设置在装置平台607上。支撑块603的长度根据板束端部焊缝间距L的大小进行选取，弹簧和支撑块构成定位回复机构，保证上下滚柱电极的张开角度，未施焊卸载情况示意如图8所示，液压或气压卸载，上曲臂602在弹簧604弹性拉力作用下向下运动，进而上下滚柱电极发生分离，上曲臂602回复一定距离后支撑块603发挥作用将曲臂挡住，保证上下滚柱电极张开一定角读。

图10为电阻焊装置和数控液压机安装连接示意图，该种安装方式为：装置平台607以齿轮1005和齿条1004啮合的方式沿导轨1003在x轴方向移动，导轨1003和齿条1004两端固定于两连接杆1002上，齿轮1005与驱动电机1006相连，电机1006固定于平台607上。当电机正反转时，齿轮齿条相互啮合带动平台沿导轨移动。数控液压机活塞杆端部与连接杆1002固定连接，并可推动连接杆1002在y轴方向移动，数控液压机1001可以带动整个装置上下和前后运动，从而完成图5所示上、下、前后的不同板束端部位置焊接。

上述通过齿轮机构实现电阻焊装置的前后移动外，还有很多种方式也可以实现电阻焊装置的前后移动，如带传动和链条传动机构。

板式换热器板束制造过程中，不同类型的波纹板片形成的板束端部焊缝间距L不同，因此设计的上、下滚柱电极大小可根据板束端部焊缝间距L进行调整，直径略小于板管间距L。

参照图5板束端面局部放大图中流体流动箭头所示，板程介质流体从板程503进入板束，壳侧介质流体从壳程502进入板束，两种介质流体通过经电阻焊的端部焊缝501分隔开来，对板式换热器操作空间受限的板束端部焊缝进行窄间隙板管电阻焊焊接，解决板式换热器板束制造过程中端部焊缝无法进行电阻焊的问题，板束端部焊缝进行电阻焊后，焊缝不但强度高，而且消除了板管间缝隙增强板管耐腐蚀性能。两种流体通过板片间壁实现热量的交换。

Claims (4)

1.一种窄间隙板管电阻焊装置，其特征在于：包括动力加载机构（605），该动力加载机构（605）的活塞杆和曲臂（602）一端铰接，曲臂（602）的另一端端头安装上滚柱电极（601）；与上滚柱电极（601）相适配位置的下方设置有下滚柱电极（606），该下滚柱电极（606）安装在下横梁（609）上；所述曲臂（602）与下横梁（609）通过绝缘销轴（608）铰接；该下横梁（609）及动力加载机构（605）均安装在装置平台（607）上形成电阻焊装置，该电阻焊装置安装在数控液压机（1001）上实现其上下方向的移动，通过传动机构实现其前后方向的移动。

2.如权利要求1所述的一种窄间隙板管电阻焊装置，其特征在于：所述上、下滚柱电极（601、606）内设有水冷或油冷夹套（901）。

3.如权利要求2所述的一种窄间隙板管电阻焊装置，其特征在于：所述上、下滚柱电极（601、606）为圆柱形、球形或圆锥形状。

4.如权利要求1所述的一种窄间隙板管电阻焊装置，其特征在于：该电阻焊装置包括定位回复机构，其由限位块（603）和具有预拉力的弹簧（604）组成，两者的上端依次设置于加载机构（605）的活塞杆和曲臂（602)铰接处的曲臂（602)上，下端均设置在装置平台（607）上。