CN111375920B - 一种用于毛细管换热器焊接的工装方法 - Google Patents

一种用于毛细管换热器焊接的工装方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于毛细管换热器焊接的工装方法，首先将不锈钢方板加工成带有管孔的管板，将不锈钢方板加工成带有管孔的折流板，然后选择两个管板，上下背对布置，在两个管板之间排布至少一个折流板，然后在上、下两个管板的上表面加入钎料，将毛细管依次穿入上部的管板、折流板和下部的管板，完成管束组装，然后将管束定位安装在箱式结构内，并密封箱式结构，将安装管束的箱式结构放入加热炉内，加热至工艺要求温度，然后保温，保温完成后，关闭加热炉电源，随炉冷却，完成焊接。本发明解决了毛细换热管在钎焊过程中的变形问题，从而使钎焊的质量得到了保证。

Description

一种用于毛细管换热器焊接的工装方法
技术领域
本发明属于毛细管换热器技术领域，尤其是涉及一种用于毛细管换热器焊接的工装方法。
背景技术
毛细管换热器的结构是管壳式换热器，以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。由壳体、换热器管束、管板、折流板和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。毛细管换热器较传统的管壳式换热器相比，具有管径小，体积小，重量轻，换热效率高等特点，随着航空航天技术的发展，越来越多的换热器应用到航空航天领域，但航空、航天等特殊领域对换热器质量要求极其严格，传统行业的体积庞大的换热器不能满足其要求，因此，体积小、质量轻的换热器的研究具有重要意义。
传统氩弧焊接的方式焊接过程中释放出来的热量非常大，这种焊接方法受焊接空间的影响仅适用于体积较大，换热管壁厚较厚的产品，不适用于体积较小，换热管壁厚较薄的场合，毛细管换热管束体积较小，换热管壁厚较薄，故不能采用氩弧焊接，需采用钎焊的方式将换热管与管板焊接，钎焊采用熔点低于母材的合金作钎料，加热时钎料熔化，并靠润湿作用和毛细作用填满并保持在接头间隙内，而母材处于固态，依靠液态钎料和固态母材间的相互扩散形成钎焊接头。在升温过程中会随着温度的升高而产生膨胀、弯曲、扭曲等变形，严重的还会由于膨胀过量而导致管子外壁破损，影响换热管束使用。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种用于毛细管换热器焊接的工装方法，解决了毛细换热管在钎焊过程中的变形问题，从而使钎焊的质量得到了保证。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于毛细管换热器焊接的工装方法，包括以下步骤：
步骤一：将不锈钢方板加工成带有管孔的管板；
步骤二：将不锈钢方板加工成带有管孔的折流板；
步骤三：选择两个步骤一中的管板，上下背对布置，在两个管板之间排布至少一个步骤二中的折流板；
步骤四：在上、下两个管板的上表面加入钎料；
步骤五：将毛细管依次穿入上部的管板、折流板和下部的管板，完成管束组装；
步骤六：组装箱式结构，将管束定位安装在箱式结构内，并密封箱式结构；
步骤七：将安装管束的箱式结构放入加热炉内，加热至工艺要求温度，然后保温；
步骤八：保温完成后，关闭加热炉电源，随炉冷却，完成焊接。
进一步的，所用到的箱式结构包括底板、前立架、后立架、左立架、右立架和上盖板，前立架、右立架、后立架和左立架顺次连接围成框型结构，四个立架的上下两端分别与上盖板和底板固定连接，所述的左立架和右立架结构相同，均包括设置在立架内侧的沿立架高度方向布置的与管束中的上部的管板、折流板和下部的管板配合的多个支撑凸台，在四个立架上均匀开设多个长方形孔。
进一步的，所述步骤一中将不锈钢方板加工成带有管孔的管板，具体包括以下步骤：
A、在不锈钢方板上、下表面中心位置处各加工出一等直径的圆形凹槽；B：在圆形凹槽内加工出管孔。
进一步的，所述步骤六中组装箱式结构包括以下步骤：
A、将左、右立架固定在底板上，用螺栓拧紧；
B、将管束安置在支撑凸台上后，把前、后立架组装在左、右立架上，用螺栓拧紧；
C、安装上盖板，拧紧螺螺栓。
进一步的，所述步骤六中将管束定位安装在箱式结构内后，用三坐标检测仪测量上、下管板的平面度，如平面度达不到标准要求，需调整左、右立架位置使上、下管板达到所需平面度。
进一步的，所述步骤七中加热炉加热至1035℃，保温时间为20min。
进一步的，焊接完成后，拆开箱式结构，取出管束，进行下一步检验。
相对于现有技术，本发明所述的一种用于毛细管换热器焊接的工装方法具有以下优势：
本发明所述的一种用于毛细管换热器焊接的工装方法，采用多块异形钢板组成一个箱式结构，通过钢板的限位，使管束在钎焊过程中，限制管板及折流板在钎焊过程中因热膨胀而带动换热管向四周膨胀移动错位，达到避免毛细换热管变形的目的，解决了毛细换热管在钎焊过程中的变形问题，从而使钎焊的质量得到了保证；在钎焊过程中，经过钎焊炉加温后，钎料被控制在一定区域内，实现换热器焊接过程中钎料分布均匀，焊接质量牢固，解决了钎料流出管子区域的问题。
附图说明
构成发明的一部分的附图用来提供对发明的进一步理解，发明的示意性实施例及其说明用于解释发明，并不构成对发明的不当限定。在附图中：
图1为毛细管换热器换热管与管板钎焊示意图；
图2为安装左、右立架后的箱式结构示意图；
图3为将管束定位安装在箱式结构内的示意图；
图4为安装前、后立架后的箱式结构示意图；
图5为安装上盖板后的组装完成的箱式结构示意图。
附图标记说明：
1-管板，2-折流板，3-换热管，4-底板，5-前立架，6-后立架，7-左立架，8-右立架，9-上盖板，10-支撑凸台，11-长方形孔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种用于毛细管换热器焊接的工装方法，包括以下步骤：
准备不锈钢方板毛坯料和换热管3：准备两块厚度12mm、长x宽：100x100mm的不锈钢方板，三块厚度3mm、长x宽：100x100mm的不锈钢方板，1200根φ1mmx0.1mm的换热管；
步骤一：将不锈钢方板加工成带有管孔的管板1，
A、在不锈钢方板上、下表面中心位置处各加工出一等直径的圆形凹槽：将厚度为12mm的不锈钢方板毛坯料上下表面及四周铣平，光洁度达到6.3以上，在不锈钢方板中心位置铣出φ64mm，深度为8mm的凹槽，在此凹槽反方向铣出φ64mm，深度为1mm的凹槽；
B、在圆形凹槽内加工出管孔：用φ1.02mm的钻头在圆形凹槽中钻出1200个孔，孔的公差要求在±0.01mm，孔中心间距2.3mm；
步骤二：将不锈钢方板加工成带有管孔的折流板2，
将厚度为3mm的不锈钢方板毛坯料上下表面及四周铣平，光洁度达到6.3以上，用φ1.02mm的钻头在不锈钢方板中心钻出1200个孔，孔的公差要求在±0.01mm，孔中心间距2.3mm，在距离不锈钢方板中心线13.8mm的位置切割出φ72mm的弓形圆缺，形成圆缺形折流板；
步骤三：选择两个步骤一中的管板，上下背对布置，在两个管板之间排布三个步骤二中的折流板；
步骤四：在上、下两个管板的上表面的圆形凹槽内加入钎料；
步骤五：将换热管3依次穿入上部的管板、折流板和下部的管板，完成管束组装，如图1所示；
步骤六：组装箱式结构，将管束定位安装在箱式结构内，并密封箱式结构，
箱式结构包括底板4、前立架5、后立架6、左立架7、右立架8和上盖板9，前立架5、右立架8、后立架6和左立架7顺次连接围成框型结构，四个立架的上下两端分别与上盖板9和底板4固定连接，所述的左立架7和右立架8结构相同，均包括设置在立架内侧的沿立架高度方向布置的与管束中的上部的管板1、折流板2和下部的管板配合的多个支撑凸台10，在四个立架上均匀开设多个长方形孔11；
组装箱式结构包括以下步骤：
A、将左、右立架固定在底板4上，用螺栓拧紧，如图2所示；
B、如图3所示将管束安置在支撑凸台10上后，把前、后立架组装在左、右立架上，用螺栓拧紧，如图4所示；
C、安装上盖板9，拧紧螺螺栓，如图5所示；
将管束定位安装在箱式结构内后，用三坐标检测仪测量上、下管板的平面度，如平面度达不到标准要求，需调整左、右立架位置使上、下管板达到所需平面度。
步骤七：将安装管束的箱式结构放入加热炉内，加热至工艺要求温度1035℃，然后保温20min；
步骤八：保温完成后，关闭加热炉电源，随炉冷却，完成焊接；
步骤九：焊接完成后，拆开箱式结构，取出管束，进行下一步检验，如：进行氦质谱、气压、气密性试验，验证焊接质量。
本发明提出了高质、高效的防止毛细换热管因热膨胀而产生变形的方法，这种方法采用箱式结构，左右支撑凸台设计成只有下面托举的支撑凸台，起到支撑作用，没有向上的限制可以使管束向上自由膨胀而不能四周膨胀，左右及前后立架在适当位置加工出长方形孔，有助于钎焊时使管束受热均匀，通过限制管板及折流板在钎焊过程中因热膨胀而带动换热管向四周膨胀移动错位，达到避免毛细换热管变形的目的，解决了毛细换热管在钎焊过程中的变形问题，从而使钎焊的质量得到了保证，避免了由于毛细换热管因变形甚至损坏引起的管束损坏，提高了产品的合格率，避免了材料浪费，节约了材料成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于毛细管换热器焊接的工装方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将不锈钢方板加工成带有管孔的管板；
步骤二：将不锈钢方板加工成带有管孔的折流板；
步骤三：选择两个步骤一中的管板，上下背对布置，在两个管板之间排布至少一个步骤二中的折流板；
步骤四：在上、下两个管板的上表面加入钎料；
步骤五：将毛细管依次穿入上部的管板、折流板和下部的管板，完成管束组装；
步骤六：组装箱式结构，将管束定位安装在箱式结构内，并密封箱式结构；
步骤七：将安装管束的箱式结构放入加热炉内，加热至工艺要求温度，然后保温；
步骤八：保温完成后，关闭加热炉电源，随炉冷却，完成焊接；
所用到的箱式结构包括底板、前立架、后立架、左立架、右立架和上盖板，前立架、右立架、后立架和左立架顺次连接围成框型结构，四个立架的上下两端分别与上盖板和底板固定连接，所述的左立架和右立架结构相同，均包括设置在立架内侧的沿立架高度方向布置的与管束中的上部的管板、折流板和下部的管板配合的多个支撑凸台，在四个立架上均匀开设多个长方形孔；
所述步骤一中将不锈钢方板加工成带有管孔的管板，具体包括以下步骤：
A、在不锈钢方板上、下表面中心位置处各加工出一等直径的圆形凹槽；
B：在圆形凹槽内加工出管孔；
所述步骤六中组装箱式结构包括以下步骤：
A、将左、右立架固定在底板上，用螺栓拧紧；
B、将管束安置在支撑凸台上后，把前、后立架组装在左、右立架上，用螺栓拧紧；
C、安装上盖板，拧紧螺螺栓；
步骤四中在上、下两个管板的上表面的圆形凹槽内加入钎料。
2.根据权利要求1所述的一种用于毛细管换热器焊接的工装方法，其特征在于：所述步骤六中将管束定位安装在箱式结构内后，用三坐标检测仪测量上、下管板的平面度，如平面度达不到标准要求，需调整左、右立架位置使上、下管板达到所需平面度。
3.根据权利要求1所述的一种用于毛细管换热器焊接的工装方法，其特征在于：所述步骤七中加热炉加热至1035℃，保温时间为20min。
4.根据权利要求1所述的一种用于毛细管换热器焊接的工装方法，其特征在于：焊接完成后，拆开箱式结构，取出管束，进行下一步检验。
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