CN105397280A - 一种管板结构的同步胀接摩擦钎焊方法 - Google Patents
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Abstract
一种管板结构的同步胀接摩擦钎焊方法，为解决采用钎焊实现换热器管子与管板之间连接，获得的接头抗拉脱能力较低，真空钎焊和电子束钎焊对设备要求较高，操作复杂，受到管板结构件尺寸限制的问题。方法：一、先打磨除去换热管表面和管板孔的内壁表面氧化膜，再采用有机溶剂或清洗剂擦拭换热管和管板的表面；二、将环形箔状钎料预置在换热管与管板的间隙中，换热管的上端面伸出管板上端面具有初始高度h；三、高速旋转的摩擦头逐渐压入换热管的内孔中，摩擦头锥状针部与换热管内壁接触且摩擦力逐渐增大，至摩擦头肩部与管板表面完全接触后停止压入，保持高速旋转并停留1s～10s后抽出，即形成换热管与管板的胀接钎焊接头。本发明用于管板焊接。
Description
技术领域
本发明涉及一种摩擦焊接方法，具体涉及一种管板结构的同步胀接摩擦钎焊方法。
背景技术
换热器在化工、石油、食品等许多工业生产中占有重要地位，应用广泛。管板结构是换热管中常见的一种结合构件，管板结构常采用胀接、焊接和胀焊并用的方式进行连接。胀接对管板变形的影响较小，但制造工艺复杂，承受压力波动小。焊接对管板加工要求低，工艺简便，密封性好，在高温高压条件下能够保证连接处的紧密性与抗拉脱能力，但焊接应力集中易使管子与管板连接处失效泄漏。胀焊并用的方法实现了两者的优势互补，具备抗反复热冲击、腐蚀及抗疲劳性能，是一种常用的管板连接方式。对于一些较精密的管板结构，适宜采用钎焊接头。工业上常采用火焰钎焊、真空钎焊和电子束钎焊的方法实现管板结构的钎焊。但获得的接头抗拉脱能力较低，且真空钎焊和电子束钎焊对设备要求较高，操作复杂，往往受到管板结构件尺寸的限制。
发明内容
本发明为解决采用钎焊实现换热器管子与管板之间连接，获得的接头抗拉脱能力较低，真空钎焊和电子束钎焊对设备要求较高，操作复杂，受到管板结构件尺寸限制的问题，提供了一种管板结构的同步胀接摩擦钎焊方法。
本发明的一种管板结构的同步胀接摩擦钎焊方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、焊前清理：先通过机械打磨除去换热管表面和管板孔的内壁表面氧化膜，再采用有机溶剂或清洗剂擦拭换热管和管板的表面，去除油污和金属粉尘；
步骤二、换热管与管板的装卡：装卡时换热管外壁与管板内孔之间采用间隙配合，将环形箔状钎料预置在换热管与管板的间隙中，环形箔状钎料的厚度δ为0.05mm～0.3mm；换热管的上端面伸出管板上端面具有初始高度h；
步骤三、摩擦焊接：高速旋转的摩擦头逐渐压入换热管的内孔中，摩擦头转速为500r/min～6000r/min、压入速度为1mm/s～5mm/s，摩擦头锥状针部与换热管内壁接触且摩擦力逐渐增大，至摩擦头肩部与管板表面完全接触后停止压入，保持高速旋转并停留1s～10s后抽出，即形成换热管与管板的胀接钎焊接头。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
一、本发明利用高速旋转摩擦头的摩擦热熔化预置于换热管与管板界面处的钎料，摩擦头肩部不仅防止熔融钎料溢出，而且使换热管与管板表面平整美观，实现换热管与管板的胀接钎焊接头。
二、摩擦头锥状针部的根部直径大于换热管直径，在压入过程中对管起到胀接的作用，减小了换热管与管板之间的间隙，不仅提高接头抗拉脱能力，而且提高了接头的抗疲劳能力和抗间隙腐蚀能力。
三、摩擦头肩部内侧沟槽可使接头在焊后产生余高，有利于实际的工程应用。
四、本发明的方法无需真空、保护气和高温，工作环境良好。
五、本发明的方法易于实现自动化，可靠性好，生产效率高，且焊具可重复使用，节能环保，降低生产成本。
附图说明
图1是步骤二中换热管1与管板2采用间隙配合的示意图；
图2是步骤三中摩擦头4压入换热管1的内孔中示意图；
图3是步骤三中摩擦头肩部4-2与管板2表面接触后停止压入并保持旋转的示意图；
图4是步骤三中焊接结束后摩擦头4抽回的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：
步骤一、焊前清理：先通过机械打磨除去换热管1表面和管板2孔的内壁表面氧化膜，再采用有机溶剂或清洗剂擦拭换热管1和管板2的表面，去除油污和金属粉尘；
步骤二、换热管1与管板2的装卡：装卡时换热管1外壁与管板2内孔之间采用间隙配合，将环形箔状钎料3预置在换热管1与管板2的间隙中，见图1，环形箔状钎料3的厚度δ为0.05mm～0.3mm；换热管1的上端面伸出管板2上端面具有初始高度h，见图1，；
步骤三、摩擦焊接：高速旋转的摩擦头4逐渐压入换热管1的内孔中，摩擦头4转速为500r/min～6000r/min、压入速度为1mm/s～5mm/s，摩擦头锥状针部4-1与换热管1内壁接触且摩擦力逐渐增大，至摩擦头肩部4-2与管板2表面完全接触后停止压入，保持高速旋转并停留1s～10s后抽出，即形成换热管1与管板2的胀接钎焊接头。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式为步骤一中有机溶剂为酒精或丙酮。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式为步骤二中换热管1的上端面伸出管板2上端面具有初始高度h为0～2mm。根据所选材料及性能选取初始高度h的数值。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式为步骤二中换热管1的上端面伸出管板2上端面具有初始高度h为1mm。根据所选材料及性能选取初始高度h的数值。其它步骤与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式为步骤三中摩擦头3的材质为陶瓷或硬质合金。其它步骤与具体实施方式三相同。
具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式为步骤三中摩擦头锥状针部4-1的锥角α为1°～10°。其它步骤与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：结合图3说明本实施方式，本实施方式为步骤三中摩擦头锥状针部4-1为无螺纹圆台式结构。其它步骤与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图3说明本实施方式，本实施方式为步骤三中摩擦头肩部4-2的直径D为摩擦头锥状针部4-1底部直径d的1.5～2.5倍。其它步骤与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：结合图2说明本实施方式，本实施方式为步骤三中摩擦头肩部4-2紧挨摩擦头锥状针部4-1内侧设置有环形沟槽4-3，环形沟槽4-3上部宽度Φ1为换热管壁厚t的0.5～1.5倍，环形沟槽4-3下部宽度Φ2为换热管壁厚t的1.2～2.0倍，环形沟槽4-3的深度H为初始高度h的0.1～0.8倍。其它步骤与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：结合图2说明本实施方式，本实施方式为步骤三中环形沟槽4-3上部宽度Φ1为换热管壁厚t的1倍，环形沟槽4-3下部宽度Φ2为换热管壁厚t的1.5倍，环形沟槽4-3的深度H为初始高度h的0.5倍。其它步骤与具体实施方式九相同。
Claims (10)
1.一种管板结构的同步胀接摩擦钎焊方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、焊前清理：先通过机械打磨除去换热管(1)表面和管板(2)孔的内壁表面氧化膜，再采用有机溶剂或清洗剂擦拭换热管(1)和管板(2)的表面，去除油污和金属粉尘；
步骤二、换热管(1)与管板(2)的装卡：装卡时换热管(1)外壁与管板(2)内孔之间采用间隙配合，将环形箔状钎料(3)预置在换热管(1)与管板(2)的间隙中，环形箔状钎料(3)的厚度δ为0.05mm～0.3mm；换热管(1)的上端面伸出管板(2)上端面具有初始高度h；
步骤三、摩擦焊接：高速旋转的摩擦头(4)逐渐压入换热管(1)的内孔中，摩擦头(4)转速为500r/min～6000r/min、压入速度为1mm/s～5mm/s，摩擦头锥状针部(4-1)与换热管(1)内壁接触且摩擦力逐渐增大，至摩擦头肩部(4-2)与管板(2)表面完全接触后停止压入，保持高速旋转并停留1s～10s后抽出，即形成换热管(1)与管板(2)的胀接钎焊接头。
2.根据权利要求1所述的一种管板结构的同步胀接摩擦钎焊方法，其特征在于：所述步骤一中有机溶剂为酒精或丙酮。
3.根据权利要求1或2所述的一种管板结构的同步胀接摩擦钎焊方法，其特征在于：所述步骤二中换热管(1)的上端面伸出管板(2)上端面具有初始高度h为0～2mm。
4.根据权利要求3所述的一种管板结构的同步胀接摩擦钎焊方法，其特征在于：所述步骤二中换热管(1)的上端面伸出管板(2)上端面具有初始高度h为1mm。
5.根据权利要求3所述的一种管板结构的同步胀接摩擦钎焊方法，其特征在于：其特征在于：所述步骤三中摩擦头3的材质为陶瓷或硬质合金。
6.根据权利要求5所述的一种管板结构的同步胀接摩擦钎焊方法，其特征在于：所述步骤三中摩擦头锥状针部(4-1)的锥角α为1°～10°。
7.根据权利要求6所述的一种管板结构的同步胀接摩擦钎焊方法，其特征在于：所述步骤三中摩擦头锥状针部(4-1)为无螺纹圆台式结构。
8.根据权利要求7所述的一种管板结构的同步胀接摩擦钎焊方法，其特征在于：所述步骤三中摩擦头肩部(4-2)的直径D为摩擦头锥状针部(4-1)底部直径d的1.5～2.5倍。
9.根据权利要求8所述的一种管板结构的同步胀接摩擦钎焊方法，其特征在于：所述步骤三中摩擦头肩部(4-2)紧挨摩擦头锥状针部(4-1)内侧设置有环形沟槽(4-3)，环形沟槽(4-3)上部宽度Φ1为换热管壁厚t的0.5～1.5倍，环形沟槽(4-3)下部宽度Φ2为换热管壁厚t的1.2～2.0倍，环形沟槽(4-3)的深度H为初始高度h的0.1～0.8倍。
10.根据权利要求9所述的一种管板结构的同步胀接摩擦钎焊方法，其特征在于：所述步骤三中环形沟槽(4-3)上部宽度Φ1为换热管壁厚t的1倍，环形沟槽(4-3)下部宽度Φ2为换热管壁厚t的1.5倍，环形沟槽(4-3)的深度H为初始高度h的0.5倍。
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