CN109693030B - 热交换器元件和用于制造热交换器元件的方法 - Google Patents

热交换器元件和用于制造热交换器元件的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109693030B
CN109693030B CN201811209027.6A CN201811209027A CN109693030B CN 109693030 B CN109693030 B CN 109693030B CN 201811209027 A CN201811209027 A CN 201811209027A CN 109693030 B CN109693030 B CN 109693030B
Authority
CN
China
Prior art keywords
weld
heat exchanger
shaped
root
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811209027.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109693030A (zh
Inventor
M·扎廷
吕永志
沈康
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kailuowen Thermal Energy Technology Holdings Co.,Ltd.
Original Assignee
Kelvion Holding GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kelvion Holding GmbH filed Critical Kelvion Holding GmbH
Publication of CN109693030A publication Critical patent/CN109693030A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109693030B publication Critical patent/CN109693030B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0046—Welding
    • B23K15/0053—Seam welding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0006—Electron-beam welding or cutting specially adapted for particular articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0046—Welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/02—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to soldering or welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K33/00—Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/0026—Arc welding or cutting specially adapted for particular articles or work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/02—Seam welding; Backing means; Inserts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/082—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/082—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys
    • F28F21/083—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys from stainless steel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B23K2101/14—Heat exchangers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/06—Fastening; Joining by welding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/06—Fastening; Joining by welding
    • F28F2275/064—Fastening; Joining by welding by induction welding or by using microwaves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于与热交换器的管连接的热交换器元件，其中，所述热交换器元件(1、29、31)由多个相互焊接的构件(13、14)制成，其中，所述构件(13、14)借助电子束焊接被相互连接并且所述构件是热交换器头部的组成部分。本发明还涉及一种用于制造该热交换器元件的方法。

Description

热交换器元件和用于制造热交换器元件的方法
技术领域
本发明涉及一种热交换器元件和一种用于制造热交换器元件的方法。
背景技术
用于在可流动介质之间、尤其是液体与气体之间交换热能的热交换器为了介质分离而具有被热交换器介质流过的通道、尤其是以管形式的通道。所述管与所谓的管底部连接，所述管底部是热交换器头部的组成部分。热交换器头部以及热交换器的管基于高的热传导能力而大多由金属制成。与此相应地，热交换器头部通常构造为焊接结构。引导介质的组件的焊接对焊接方法提出了高要求，因为介质密封性即使在部分高压下并且在高热交换负荷下在运行期间也不应导致疲劳现象。出于该原因，必须为角焊缝和对接焊缝实施经常耗费的焊接缝预备。使用特别的焊接方法例如埋弧焊接、等离子焊接、TIG(非熔化极惰性气体钨极保护焊)焊接或电极焊接来确保高焊接质量。
如下一个实例可阐述用于焊接用于热交换器的厚壁构件(＞10mm)耗费有多大：在较大厚度构件(它们应通过埋弧焊接彼此连接)的情况下，在两侧预备焊缝成一个双V形焊缝之后，首先借助于埋弧焊接从其中一侧(根部侧)出发将第一焊接缝实施为配合焊接部/帽。所述配合焊接部是必需的，因为在局部存在非常高的压力的热交换器中不允许使用如下构件，所述构件在它们的连接部位处未完全焊透或者具有缺口部位。配合焊接部处于热交换器的稍后的内侧上。在外侧上的焊缝预备必须达到如此深，使得仅在各构件之间保留一个狭窄的贴靠面，该贴靠面在焊接时完全熔化。
在难以加工的材料(其尤其由高度耐腐蚀的镍钼合金的组构成)的情况下，产生相对大即宽的焊缝预备。在任何情况下必须避免焊接时在组织结构中产生微裂纹，所述微裂纹在焊接连接部的随后的X射线或超声波中能够识别到。相对大的焊缝预备导致，根据工件的厚度必须先后施加10个或更多个焊接层。通常手动引入第一焊接层。因此可以更好地控制热引入并且有目的地将其保持为低。其它的层然后可以机器制造。在20mm的构件厚度时，在外侧上可制造例如9个层再加上在内侧上的配合焊接部。在30mm的构件厚度时，对于专业焊接而言在外侧需要15个层，并且在35mm的构件厚度时甚至需要20个焊接层。在超过100mm厚度的构件时，制造耗费极其高。加工时间非常长。焊接填料的成本巨大。
现有技术还包括例如为了制造多件式组件在AT 500 655 A1中描述的电子束焊接方法。通过DE 102 58 503 A1将一种用于热交换器的隧道管底部归为现有技术，在该隧道管底部中，管底部的钢板借助于激光束焊接或者电子束焊接与承载底部的腹板焊接。因此可以在构造结构中和因此在热交换器的技术参数中达到较高的质量以及降低制造成本。各构件如此预备，使得在接头连接时在第一构件上制造台阶，第二构件放置到该台阶上。形成横截面为L形接头，将电子束指向该接头，从而电子束直接指向所述台阶，电子束将所述台阶熔化。在薄壁构件中由此也可以将接头的较短的边完全熔化。在厚壁构件中，公差带可能较大。此外，台阶作为支座于是较宽并且尤其宽于电子束。在该情况下，电子束不能完全焊接L形接合部。台阶越长，要求完全熔化焊接接合部的规定越是难以实现。
发明内容
本发明基于如下任务，即：提出一种用于与热交换器的管连接的热交换器元件，该热交换器元件能够成本有利地制成，在焊接技术方面是特别高品质的，并且确保高的运行安全性。此外应提供一种用于制造这样的热交换器头部的方法。
解决该任务的热交换器元件是如下的技术方案，该热交换器元件包括多个互相焊接的构件，其中，
a)所述构件之中的第一构件和第二构件形成角接头，
b)在第一构件上构成往回凹入的台阶作为用于第二构件的支座，从而形成L形焊接接合部，
c)在台阶附近设有往回凹入第一构件和第二构件中的凹口作为用于根部配合焊接部的接缝预备，
d)根部配合焊接部位于所述凹口中，借助于根部配合焊接部，L形焊接接合部的下部的边被熔化并且第一构件和第二构件被连接，
e)通过电子束焊接制成的I形焊接缝从在L形焊接接合部的上部的边中的与下部的边对置的一侧指到根部配合焊接部上，并且L形焊接接合部从所述与下部的边对置的一侧出发被完全填充。
所述热交换器元件包括多个互相焊接的构件，这些构件此外借助电子束焊接被相互连接。所述构件是热交换器头部的组成部分。
按照本发明的热交换器元件属于热交换器头部或者形成热交换器头部。各构件借助电子束焊接被相互连接。电子束焊接尤其是对于热交换器头部的构件而言具有优良的优点：能够完全或大部分替代相对耗费的埋弧焊接。按照本发明的热交换器元件不要求电子束焊接是唯一的借以制造该热交换器元件的焊接方法。所述电子束焊接可以与其它焊接方法、尤其是与埋弧焊接方法、TIG焊接方法、等离子焊接方法或电极焊接方法进行组合，但应尽可能替代这些方法。通过电子束焊接制成的焊接缝由根部配合焊接部支撑，其中，根部配合焊接部在电子束焊接之前制造。
按照本发明的热交换器元件尤其是包括两个构件，所述两个构件在角接头中经由通过电子束焊接制成的焊接缝连接。所述焊接缝构造为I形焊缝。
不同于在角焊缝的情况下，在这样的I形焊缝的情况下必定移除更少的材料。不需要或至少较少地需要焊接填料。也不需要焊药(用于埋弧焊接方法)。同时，在焊缝预备足够精确时能够利用电子束焊接制造非常高质量的焊接缝，该焊接缝最终也需要较少的修补和再加工。
与传统的45°±25°(V形)焊缝预备相反，在I形焊缝的情况下取消了传统的焊缝预备。这在构件复杂的情况下是决定性的区别并且相对于传统的焊接方法(如埋弧焊接或TIG焊接和电极焊接)是显著的优点。
在焊缝根部的区域中，也就是说在相互焊接的所述两个构件之间的凹口中，附加地作为根部配合焊接部尤其是通过埋弧焊接来实施辅助焊接。与此相应地，所述凹口也可以单层或多层地被根部配合焊接部填充。凹口在两个待连接的构件中加工成凹部/斜面。因此具有以下优点：凹口的最深的点非常靠近支座，从而将支座完全融化，以便熔化部延伸到L形接合部的上面/另外的边中。由此提供电子束焊接的基础。电子束在本发明中部分地熔化根部配合焊接部而不熔化支座。电子束仅朝向初始支座方向指向，由于制造顺序原因，根部配合焊接部位于此。利用本发明能实现较长的支座。由此能够选择较大的公差带。因此能实现精确、快速且在质量方面高品质的在焊接技术方面的制造。
在另一个实施例中，在相互焊接的所述两个构件之一上构成热交换器元件的外边缘，所述外边缘与焊接缝平行地间隔开距离地延伸。优选地，两个构件在角接头中经由通过电子束焊接制成的焊接缝连接，所述焊接缝构造为竖直的I形焊缝。就此而言，“竖直”表示所述构件的焊接接合面在焊接时垂直地设置。在平行于焊接缝延伸的构件上构成有相对于第一构件的内侧往回凹入的台阶作为用于第二构件的支座，从而竖直的焊接缝的焊接根部与第一构件的内侧间隔开距离地延伸。在这种类型的焊接中能够以高功率引入电子束，因为能量在构件的端侧上被引入到该构件中。
即使在所谓的竖直的焊接缝的情况下，焊接根部被先前制造的根部配合焊接部支撑在台阶上，电子束在焊接时指向该台阶。焊接根部不是处于第一构件中的任意深度中，而是处于焊接接合面在台阶上结束之处。往较深处的电子束就焊接缝的坚固性而言没有优点。然而重要的是，各构件在根部配合焊接部的区域中、亦即在横向于电子束延伸的台阶上被过程可靠地相互连接。为此，根部配合焊接部可以构造为V形焊缝，该V形焊缝延伸直至台阶中，从而产生全面的焊接。
根部配合焊接部可以单层或多层地构造为埋弧焊接部、等离子焊接部、TIG焊接部或MAG(熔化极惰性气体保护焊)焊接部。
优选地，至少一个构件是热交换器头部的壁或管底部，其中，该构件与另一个构件连接，所述另一个构件构成为用于热交换器头部的连接件或分离板、壁、内支撑件。热交换器头部可以根据压力负荷而设有内支撑件和/或分离壁，所述内支撑件和/或分离壁与外壁或管底部连接，以便传递拉力或压力。当在热交换器头部内存在过压时传递拉力。当然也存在如下应用，在所述应用中热交换器以负压运行。在该情况下，内支撑件用于抵抗来自外部的过压。
在本发明的一个进一步的实施方式中，第一构件是柱形的，而第二构件是用于该第一构件的盖。热交换器头部不强制构成为方形的或半圆形的。对于热交换器头部而言尤其是也存在柱形横截面。柱形的热交换器头部与管连接，其方式为，所述管从外部与热交换器头部接合。取决于制造地，柱形的热交换器头部至少在一个端部上可经由盖封闭。在热交换器头部的柱形体与盖之间的焊接缝按照本发明通过电子束焊接而制成。
按照本发明的热交换器元件优选具有厚度在10mm至200mm、优选10mm至120mm范围内的构件。在具有该厚度的材料中，热交换过程能够在高的或非常低的压力下进行。具有这样大的壁厚的构件的焊接根据埋弧焊接、TIG焊接、电极焊接、等离子焊接或MAG焊接的传统方法会是非常耗费并且费时的。正是在非常大的超过30mm的壁厚的情况下，电子束焊接能够明显简化焊接方法。尤其要考虑，用于工业设备的热交换器具有直至6000mm的长度。
具体的应用情况或客户要求通常确定了应该或必须实现何种抗压强度以及必须通过热交换器引导何种介质。由此产生金属材料选择的问题。待焊接的构件优选由下列材料之一制成：
SA-516Gr60、P265GH、SA-516Gr70、SA-537Cl1、SA-350LF2CL1、SA-333Gr6、P355NH、SA-335P22、SA-387Gr11Cl2、SA-387Gr12Cl1、SA-387Gr11Cl1、SA-240Gr304L、SA-240Gr304、SA-240Gr316L、X6CrNiRi18-10(321)、X2CrNiMo17-12-2(316L)。
优选地，L形焊接接合部的上部的边的焊接接合面与第二构件的外侧垂直。
优选地，通过电子束焊接制成的I形焊接缝的焊接根部与第一构件的内侧间隔开距离地延伸。
优选地，根部配合焊接部构成为V形焊缝。
优选地，根部配合焊接部的V形焊缝倾斜于通过电子束焊接制成的I形焊接缝。
优选地，根部配合焊接部的V形焊缝倾斜于L形焊接接合部的下部的边。
优选地，根部配合焊接部单层或多层地构造为埋弧焊接部、等离子焊接部、TIG焊接部或MAG焊接部。
优选地，至少一个构件是热交换器头部的壁或管底部。
优选地，所述至少一个构件与另外的构成为用于热交换器头部的连接件、壁、管底部或分离板的构件连接。
优选地，第一构件是柱形的，而第二构件是用于该第一构件的盖。
优选地，各构件分别具有10mm至200mm的厚度。
所述任务还通过一种用于制造根据本发明的热交换器元件的方法来实现，该方法包括如下步骤：
a)在第一构件上在与第二构件焊接之前在角接头处构成往回凹入的台阶，该台阶用作用于第二构件的支座，从而在第一构件和第二构件之间形成L形焊接接合部；
b)在台阶附近在第一构件和第二构件中制造往回凹入的凹口作为用于根部配合焊接部的接缝预备；
c)在所述往回凹入的凹口中构造根部配合焊接部，其中，将L形焊接接合部的下部的边熔化并且将第一构件和第二构件互相连接，根部配合焊接部延伸至L形焊接接合部的上部的边中；
d)使通过电子束焊接制成的I形焊接缝从在L形焊接接合部的上部的边中的与下部的边对置的一侧指到根部配合焊接部上，并且将L形焊接接合部完全填充。
优选地，在另外的焊接过程中将通过电子束焊接制成的I形焊接缝的焊缝突出部熔化，从而所述焊缝突出部完全位于第二构件的外侧上的凹部中并且不突出超过该外侧。
附图说明
以下借助在示意性附图中示出的实施例更详细地阐述本发明。其中：
图1示出热交换器头部的透视图；
图2以纵剖视图示出图1的热交换器头部；
图3示出图1的热交换器头部的端侧视图；
图4以横剖视图示出热交换器头部；
图5示出待焊接构件的为电子束焊接预备的角区域；
图6示出已焊接的图5的角区域；
图7示出为了电子束焊接而预备的另外的角区域；
图8示出通过电子束焊接并且通过埋弧焊接而连接的图7的角区域。
具体实施方式
图1示出热交换器元件1，该热交换器元件被设计成箱形的热交换器头部以用于界定出腔室。热交换器元件1包括多个相互焊接的构件。第一构件2是管底部。该管底部用于将未进一步示出的管容纳在构件2中的为此设置的开口中。以背侧的螺纹底部形式的另一构件3与所述管底部平行地延伸。在管底部与背侧的螺纹底部之间焊接有上腔室板和下腔室板作为另外的构件4、5。
图2以图1的热交换器元件1的纵剖视图示出：沿纵向方向与上腔室板和下腔室板间隔开距离地设置有以分离板形式的构件6，该分离板从热交换器元件1的一个端部延伸至另一端部，该分离板与上腔室板和下腔室板平行地延伸并且将管底部与螺纹底部在焊接技术上连接。热交换器元件1的各端部通过端部板7、8封闭，如所述端部板在图1、2和3中可看出的那样。
螺纹底部也具有用于容纳管的孔9。
图3示出另外的热交换器元件1的横剖视图，该另外的热交换器元件与先前的实施方式的区别在于：以分离板形式的两个用于加固的构件10、11与上腔室壁并且与下腔室壁平行地间隔开距离地在管底部与螺纹底部之间延伸。图4的实施例应该阐明：不仅壁厚可以相对于图1的实施例变化，而且各个构件10、11的比例和数量也可以变化。
按照本发明的热交换器元件1具有相互焊接、更确切地说通过电子束焊接而相互焊接的构件。焊接结构具有一系列焊接缝，所述焊接缝可以在处于外部的结构元件上延伸、尤其是在管底部与上腔室板和下腔室板之间的连接区域中延伸。同样的情况也适用于在上腔室板和下腔室板分别与背侧的螺纹底部之间的连接。但是，焊接缝也可以在热交换器元件1的内部延伸，如图4所示的那样。在那里，所述焊接缝附加地分别在用于加固的以分离板形式的构件10、11的端侧位于至管底部或背侧的螺纹底部的过渡处。
图3示例性地并且代表所有其它情形地在每个角区域中示出一个这样的焊接缝12。
图5以放大图示出为了焊接而对各个构件13、14的预备。为了简单起见，在图平面左边的构件接下来被称为第一构件13，而以相对于该第一构件成90°角度设置的另一构件被称为第二构件14。这两个构件13、14形成一个角接头15，其中，第一构件13确定由其制成的热交换器元件1的外边缘16。所述两个构件13、14被这样预备，使得焊接缝12如其在图6中示出的那样与外边缘16平行地间隔开距离A1地延伸。所述两个构件13、14经由I形焊缝12被相互连接。该I形焊缝通过电子束焊接制成。I形焊缝12构造为竖直的I形焊缝。L形焊接接合部29的焊接接合面17、18一方面与第一构件13的外侧19平行地在角接头15的区域中延伸。另一方面，所述焊接接合面17、18由于构件13、14的90°布置结构而与第二构件14的外侧20垂直地延伸。焊接接合部29因此具有上部的边30和在台阶23上的下部的边31。
在图平面上方的外侧20中或者说在第一构件13的端侧中存在槽形的凹部21作为焊缝预备部。在通过电子束焊接制成的焊接缝12(图6)的焊接根部22的区域中存在往回凹入的台阶23，从而竖直的I形焊缝12的焊接根部22与第一构件13的内侧24间隔开距离A2地延伸。第一构件13在该横截面平面中就内侧24和外侧19而言是平行的。第一构件优选是板形的构件。
图6示出：不仅在通过电子束焊接制成的竖直的I形焊缝12的焊接根部22的区域中构造有根部配合焊接部25，该根部配合焊接部延伸直至台阶23。图6示出：针对根部配合焊接部25，与台阶23相邻地以V形凹部的形式加工出V形凹口26。
通过电子束焊接制成的I形焊缝12的进入区域经由遮盖焊缝27封闭，该遮盖焊缝设置在U形的凹部21中。由于凹部21，遮盖焊缝27几乎不突出超过外侧20。不仅根部配合焊接部25、而且遮盖焊缝27可以通过埋弧焊接制成。也可能的是，根部配合焊接部25和遮盖焊缝27通过等离子焊接方法、TIG焊接方法、电极焊接方法或MAG焊接方法制成。
在图4中，示例性地4个相同的焊接缝用附图标记12来表示，以便阐明：也在此通过电子束焊接不仅能够制成处于外部的焊缝、而且能够制成处于内部的焊缝。
图7至8示出I形焊缝12的走向。图7示出焊缝预备，而图8示出已焊接状态。只要表示相同的构件和特征，就采用在图5和6中引入的附图标记。
与图5的区别在于，图7弃用了在第二构件14的上方的外侧20上的凹部21。仅针对根部配合焊接部25(图8)在所述两个构件13、14上加工出V形凹口26。就制造顺序而言，首先通过根部配合焊接部25填充V形凹口26。在下一制造步骤中，通过电子束焊接制成焊接缝12作为竖直的I形焊缝，在图平面中垂直延伸的焊接接合面17、18通过所述焊接缝被连接。
按照本发明的热交换器元件可以具有非常高的壁厚。在一个唯一的过程中能焊接直至200mm的壁厚。通过电子束焊接避免了成本高的填充材料。能量输入非常低，由此保持待焊接构件的材料特性，因为热影响区非常窄。
借助电子束焊接也能够将难以焊接的材料、例如热敏感材料(例如镍合金)相互连接。热传导性高的材料、如铜合金也能够以这样的方式和方法被焊接，这是因为由于较小的能量输入和较小的热影响区而仅进行短暂的热输入。较小的热输入同时导致较小的热诱导应力，由此避免在工件中的收缩或弯曲。作为另外的优点要提到的是，非常高的直至15米每分钟的进给速度是可能的。
电子束焊接的针对热交换器元件的应用是自动化的并且在CNC控制下进行，这确保高度的可重复性。由此能够产生非常高质量的焊接缝，而同时能够控制和记录焊接方法的变量。
电子束焊接在真空下进行。因此不存在氧化和氧化物存储。最后，通过在真空下的焊接甚至能焊接钛材料，这能够实现制造具有非常特别的特性的热交换器元件，所述交换器元件不能借助常见的埋弧焊接实现。
按照本发明的热交换器元件1的非常特别的优点在于该热交换器元件的如下特性：该热交换器元件能够在非常短的时间内由其构件焊接在一起而获得。这也可归因于，虽然焊接缝预备必须非常准确以便提供精确的焊接结合面17、18，然而不必去除如在埋弧焊接时那样多的材料。在埋弧焊接时需要V形焊缝，该V形焊缝使得需要大范围的切削加工。由此，焊接缝总体上变得更厚且更大。热影响区也显著更宽。所有这些缺点在按照本发明制成的具有非常窄的焊接缝的热交换器元件中得以避免。
在本发明的范畴内，热交换器元件通过将各个构件焊接而制成，以便能够将所述热交换器元件在进一步的制造步骤之后与热交换器的管连接。因为在焊接之后尤其是当必须附加实施埋弧焊接时不可能排除热变形，所以在焊接之后紧接着进行矫正并且必要时裁剪热交换器元件的端部。接着，可以通过切削加工将期望的开口引入到热交换器壳体中。试验已经证明，在仅通过埋弧焊接来焊接壁厚为30mm并且长度为3000mm的构件时需要17.42个工时。通过将电子束焊接与埋弧焊接组合，如例如在图8中所示出的那样，能够将时间耗费减小至2.54个小时。如果在图8的实施例中将根部配合焊接部25附加地取消，则时间耗费减小至1.41个小时。时间耗费大约小了10倍。在不锈钢的情况下，相对于常规方法，焊接持续时间的值处于20.91小时相比于1.41小时或34.85小时相比于1.41小时的数量级中。在高合金钢(壁厚14mm)的情况下，所述值甚至为55.79小时相比于1.41小时。这几乎节省了40倍的时间。如果取消埋弧焊接，则也取消了用于焊药和焊接填料的成本，由此，仅通过减小材料使用就必然也降低这样的热交换器元件的制造成本。
附图标记列表
1 热交换器元件
2 以管底部形式的构件
3 以热交换器元件的螺纹底部形式的构件
4 以上腔室板形式的构件
5 以下腔室板形式的构件
6 以分离板形式的构件
7 以端部板形式的构件
8 以端部板形式的构件
9 孔
10 以分离板形式的构件
11 以分离板形式的构件
12 焊接缝
13 以管底部或螺纹底部形式的第一构件
14 以管底部或螺纹底部形式的第二构件
15 角接头
16 外边缘
17 焊接接合面
18 焊接接合面
19 外侧
20 外侧
21 凹部
22 焊接根部
23 台阶
24 以管底部或螺纹底部形式的第一构件的内侧
25 根部配合焊接部
26 凹口
27 遮盖焊缝
29 焊接接合部
30 上部的边
31 下部的边
A1 距离
A2 距离

Claims (14)

1.热交换器元件，该热交换器元件包括多个互相焊接的构件，其中，
a)所述构件之中的第一构件(13)和第二构件(14)形成角接头(15)，
b)在第一构件(13)上构成往回凹入的台阶(23)作为用于第二构件(14)的支座，从而形成L形焊接接合部(29)，
c)在台阶(23)附近设有往回凹入第一构件和第二构件中的凹口(26)作为用于根部配合焊接部(25)的接缝预备，
d)根部配合焊接部(25)位于所述凹口(26)中，借助于根部配合焊接部，L形焊接接合部(29)的下部的边(31)被熔化并且第一构件(13)和第二构件(14)被连接，
e)通过电子束焊接制成的I形焊接缝(12)从在L形焊接接合部(29)的上部的边(30)中的与下部的边(31)对置的一侧指到根部配合焊接部(25)上，并且L形焊接接合部(29)从所述与下部的边(31)对置的一侧出发被完全填充。
2.根据权利要求1所述的热交换器元件，其特征在于，L形焊接接合部(29)的上部的边(30)的焊接接合面(17、18)与第二构件(14)的外侧(20)垂直。
3.根据权利要求1所述的热交换器元件，其特征在于，通过电子束焊接制成的I形焊接缝(12)的焊接根部(22)与第一构件(13)的内侧(24)间隔开距离(A2)地延伸。
4.根据权利要求1所述的热交换器元件，其特征在于，根部配合焊接部(25)构成为V形焊缝。
5.根据权利要求4所述的热交换器元件，其特征在于，根部配合焊接部(25)的V形焊缝倾斜于通过电子束焊接制成的I形焊接缝(12)。
6.根据权利要求5所述的热交换器元件，其特征在于，根部配合焊接部(25)的V形焊缝倾斜于L形焊接接合部(29)的下部的边(31)。
7.根据权利要求1至6之一所述的热交换器元件，其特征在于，根部配合焊接部(25)单层或多层地构造为埋弧焊接部、等离子焊接部、TIG焊接部或MAG焊接部。
8.根据权利要求1至6之一所述的热交换器元件，其特征在于，至少一个构件是热交换器头部的壁或管底部。
9.根据权利要求8所述的热交换器元件，其特征在于，所述至少一个构件与另外的构件连接，所述另外的构件构成为用于热交换器头部的连接件、壁、管底部或分离板。
10.根据权利要求9所述的热交换器元件，其特征在于，第一构件是柱形的，而第二构件是用于该第一构件的盖。
11.根据权利要求1至6之一所述的热交换器元件，其特征在于，各构件分别具有10mm至200mm的厚度。
12.根据权利要求1至6之一所述的热交换器元件，其特征在于，待焊接的各构件由下列按照ASTM说明的材料之一制成：
SA-516Gr60、P265GH、SA-516Gr70、SA-537Cl1、SA-350LF2CL1、SA-333Gr6、P355NH、SA-335P22、SA-387Gr11Cl2、SA-387Gr12Cl1、SA-387Gr11Cl1、SA-240Gr304L、SA-240Gr304、SA-240Gr316L、X6CrNiRi18-10(321)、X2CrNiMo17-12-2(316L)。
13.用于制造根据权利要求1至12之一所述的热交换器元件的方法，该方法包括如下步骤：
a)在第一构件(13)上在与第二构件(14)焊接之前在角接头(15)处构成往回凹入的台阶(23)，该台阶用作用于第二构件(14)的支座，从而在第一构件(13)和第二构件(14)之间形成L形焊接接合部(29)；
b)在台阶(23)附近在第一构件(13)和第二构件(14)中制造往回凹入的凹口(26)作为用于根部配合焊接部(25)的接缝预备；
c)在所述往回凹入的凹口(26)中构造根部配合焊接部，其中，将L形焊接接合部(29)的下部的边(31)熔化并且将第一构件(13)和第二构件(14)互相连接，根部配合焊接部(25)延伸至L形焊接接合部(29)的上部的边(30)中；
d)使通过电子束焊接制成的I形焊接缝(12)从在L形焊接接合部(29)的上部的边(30)中的与下部的边(31)对置的一侧指到根部配合焊接部(25)上，并且将L形焊接接合部(29)完全填充。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在另外的焊接过程中将通过电子束焊接制成的I形焊接缝(12)的焊缝突出部熔化，从而所述焊缝突出部完全位于第二构件(14)的外侧(20)上的凹部(21)中并且不突出超过该外侧(20)。
CN201811209027.6A 2017-10-24 2018-10-17 热交换器元件和用于制造热交换器元件的方法 Active CN109693030B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017124808.0A DE102017124808A1 (de) 2017-10-24 2017-10-24 Wärmetauscher
DE102017124808.0 2017-10-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109693030A CN109693030A (zh) 2019-04-30
CN109693030B true CN109693030B (zh) 2021-04-20

Family

ID=63963010

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811209027.6A Active CN109693030B (zh) 2017-10-24 2018-10-17 热交换器元件和用于制造热交换器元件的方法
CN201821687150.4U Withdrawn - After Issue CN209811451U (zh) 2017-10-24 2018-10-17 热交换器元件

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201821687150.4U Withdrawn - After Issue CN209811451U (zh) 2017-10-24 2018-10-17 热交换器元件

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11504799B2 (zh)
EP (1) EP3700702B1 (zh)
KR (1) KR102432519B1 (zh)
CN (2) CN109693030B (zh)
DE (1) DE102017124808A1 (zh)
RU (1) RU2740692C1 (zh)
WO (1) WO2019080962A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017124808A1 (de) * 2017-10-24 2019-04-25 Kelvion Holding Gmbh Wärmetauscher
US11346618B1 (en) * 2018-01-22 2022-05-31 Hudson Products Corporation Boxed header for air-cooled heat exchanger
CN110757018B (zh) * 2019-11-27 2023-06-23 山西汾西重工有限责任公司 长宽比较大的矩形框架组合焊接结构及其焊接方法
CN110756978A (zh) * 2019-11-27 2020-02-07 山西汾西重工有限责任公司 曲线锥段壳体上外凸型圆柱支撑座的焊接工艺

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2526480A1 (de) * 1974-06-14 1976-01-02 Kawasaki Steel Co Verfahren zum schweissen von eckstoessen
JPS5724890U (zh) * 1980-07-14 1982-02-09
DE102005005214A1 (de) * 2005-02-03 2006-08-17 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Mehrfachwerkzeug, Werkzeugmaschine sowie Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere von Blechen
CN209811451U (zh) * 2017-10-24 2019-12-20 凯络文控股有限公司 热交换器元件

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1657028A (en) * 1926-06-30 1928-01-24 Griscom Russell Co Fuel-oil heater
US3003601A (en) * 1957-04-04 1961-10-10 Sulzer Ag Weld connection
US3430323A (en) * 1965-07-12 1969-03-04 Westinghouse Electric Corp Welding method
JPS5724890A (en) 1980-07-23 1982-02-09 Tokyo Shibaura Electric Co Condensation device of failed fuel position detecting system
DE3532305A1 (de) 1985-09-11 1987-03-12 Messer Griesheim Gmbh Fertigungs- und/oder montagezelle fuer werkstuecke
US5881681A (en) * 1997-01-23 1999-03-16 Aerco International, Inc. Water heating system
JP3402550B2 (ja) * 1996-01-30 2003-05-06 日産自動車株式会社 溶接継手用開先
KR100419368B1 (ko) * 2000-01-12 2004-03-04 가부시키가이샤 아크리에이토 철골구조물의 일측용접방법
RU2207235C1 (ru) * 2001-10-11 2003-06-27 ЗАО "Центр эффективных технологий материалов и оборудования "Плазмалуч" Способ электронно-лучевой сварки
US6772932B1 (en) 2002-11-25 2004-08-10 Scott P. Halstead Automated welding system utilizing overhead robots
DE10257503A1 (de) 2002-12-10 2004-07-22 Messer Griesheim Gmbh Schutzgas zum Laserschweißen von Metallen
DE10258903A1 (de) * 2002-12-17 2004-08-26 Lothar Winter Tunnelrohrboden für Wärmetauscher
DE102004006154A1 (de) * 2004-02-07 2005-08-25 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zum Verbinden von Bauteilen
DE202004008193U1 (de) 2004-05-21 2004-08-19 Abb Patent Gmbh Roboterarbeitszelle
AT500655B1 (de) * 2004-07-27 2007-12-15 Eurotechnik Ag Mehrteilige baugruppe aus mehreren metallischen teilen
US7238916B2 (en) 2004-11-19 2007-07-03 Lincoln Global, Inc. Robotic welding cell unit
RU2285599C1 (ru) * 2005-03-31 2006-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А. Доллежаля" Способ электронно-лучевой сварки труб
US8006891B2 (en) 2006-04-10 2011-08-30 Lincoln Global, Inc. Robot cell
US7921495B2 (en) * 2006-07-31 2011-04-12 Ihi Corporation Corner joint structure for bridge pier and method of producing the same
US20090120920A1 (en) 2007-09-17 2009-05-14 Fred Gurney Modular fabrication unit
US8729424B2 (en) * 2010-02-18 2014-05-20 The Esab Group, Inc. Hybrid welding with multiple heat sources
RU2510316C1 (ru) * 2012-09-24 2014-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") Способ получения стыкового замкового соединения разнотолщинных деталей
US9469236B2 (en) 2013-12-23 2016-10-18 Peter Nicholson System and method for performing an operation in at least two individually transported work spaces
CN104785958B (zh) 2015-03-25 2017-08-01 天津智通机器人有限公司 一种低温罐外件机器人焊接工作站
DE202015102167U1 (de) 2015-04-29 2015-06-15 Balluff Gmbh Umspritztes Elektrokabel zur Verwendung in einer Schweißvorrichtung
RU2627553C1 (ru) * 2016-05-27 2017-08-08 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Способ электронно-лучевой сварки плиты с оребрённой поверхностью
CN205852089U (zh) 2016-06-28 2017-01-04 成都英利汽车部件有限公司 一种汽车零件焊接工作站

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2526480A1 (de) * 1974-06-14 1976-01-02 Kawasaki Steel Co Verfahren zum schweissen von eckstoessen
JPS5724890U (zh) * 1980-07-14 1982-02-09
DE102005005214A1 (de) * 2005-02-03 2006-08-17 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Mehrfachwerkzeug, Werkzeugmaschine sowie Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere von Blechen
CN209811451U (zh) * 2017-10-24 2019-12-20 凯络文控股有限公司 热交换器元件

Also Published As

Publication number Publication date
EP3700702A1 (de) 2020-09-02
US11504799B2 (en) 2022-11-22
EP3700702B1 (de) 2021-08-18
DE102017124808A1 (de) 2019-04-25
WO2019080962A1 (de) 2019-05-02
KR20200046087A (ko) 2020-05-06
KR102432519B1 (ko) 2022-08-16
CN109693030A (zh) 2019-04-30
CN209811451U (zh) 2019-12-20
RU2740692C1 (ru) 2021-01-19
US20200232723A1 (en) 2020-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109693030B (zh) 热交换器元件和用于制造热交换器元件的方法
KR101554800B1 (ko) 레이저 용접 강관의 제조 방법
Thomy et al. Laser-MIG hybrid welding of aluminium to steel—effect of process parameters on joint properties
JP7029610B2 (ja) 溶接方法
JP2010531235A (ja) 厚肉金属加工品を溶接によって結合する方法および装置
US20090224530A1 (en) Welded butt joints on tubes having dissimilar end preparations
JP2024019286A (ja) レーザ溶接方法
JP2000197969A (ja) 一体化成形用ブランクおよびその成形方法
US20120183802A1 (en) Resistance weld additive manufacturing
CN110587103B (zh) 一种基于应力离散分布的超高强钢多空腔结构的焊接方法
WO2018227115A1 (en) Laser-based keyhole welding
JP5366499B2 (ja) 溶接方法
JP3457289B2 (ja) レーザ溶接とｔｉｇ溶接またはｍｉｇ溶接との組合せによる厚板溶接方法
JP6619232B2 (ja) 溶接方法
JP2016075586A (ja) 金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法及び伝熱銅フィン付き金属キャスク
JP6322561B2 (ja) 金属キャスク溶接構造物の仮付溶接施工方法及び伝熱フィン付き金属キャスク
US20120205351A1 (en) Stainless steel joining method
EP3243594A1 (en) Weld joint for thin sheet member, method for manufacturing can provided with said weld joint, and pipe-laying method for pipe provided with said weld joint
CN111347163A (zh) Y型接头激光-tig复合焊方法
Wouters Hybrid Laser-MIG welding: an investigation of geometrical considerations
JP5268594B2 (ja) Ｉ型継手の溶接方法及びそのｉ型溶接継手並びにそれを用いた溶接構造物
CN212094783U (zh) 适用于大壁厚高温合金焊接的y型接头结构
CN116079217B (zh) 一种超大厚度工件的电子束焊接接头结构及焊接方法
JP2017035721A (ja) レーザ溶接継手
JPH10113777A (ja) 電子ビーム溶接用突き合わせ継ぎ手

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240330

Address after: Germany

Patentee after: Kailuowen Thermal Energy Technology Holdings Co.,Ltd.

Country or region after: Germany

Address before: Bochum

Patentee before: KELVION HOLDING GmbH

Country or region before: Germany

TR01 Transfer of patent right