CN111531242A - 钎焊中可重复使用的隔热保护板 - Google Patents

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    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B23K2101/14—Heat exchangers

Abstract

本发明公开了一种钎焊中可重复使用的隔热保护板，所述隔热保护板是一种可拆卸式的组合型保护板，可重复使用，其包括不锈钢蜂窝板、不锈钢方管和不锈钢镜面板，所述不锈钢镜面板覆盖在所述不锈钢蜂窝板的两面，所述不锈钢方管设置在所述蜂窝板的侧边。本发明的有益效果是，本发明所使用的材料都是不锈钢的，可经过最高620摄氏度下耐受多次热处理而不产生显著变形，不锈钢蜂窝板强度大且具有极大的热阻，可以减少隔热保护板内部的换热，蜂窝结构能够使热量散步均匀，整个隔热保护板的整体质量较轻，结构简单，易于搬运。

Description

钎焊中可重复使用的隔热保护板
技术领域
本发明涉及钎焊板翅式换热器领域，其意图在于在真空钎焊时获 得更为均匀的控温，进而获得更好的钎焊质量，特别是一种钎焊中可 重复使用的隔热保护板。
背景技术
板翅式换热器由隔板、翅片、封条等零件组成。在这里多股有压 力的流体流过翅片进行换热，这些流体温差在50摄氏度，最低温度可 达到-269摄氏度，大温差和低温要求钎焊质量好来保证强度和换热性 能。换热器的一些零件(隔板或翅片)覆盖钎料，钎焊时达到一定温 度融化扩散入基材，板翅式换热器由此将大量零件焊成一个整体，钎 焊的接头质量将直接影响换热器的强度。
大型板翅式换热器尺寸在15m(长)*1.5m(宽)*2.3m(高)，且尺 寸多变，由于钎焊设备的结构，这种换热器顶部和底部将受到更多的 热量，温度高于中心区域。钎焊零件受热温度不均将产生变形，影响 钎料的流动和分布，进而影响钎焊质量，因此换热器钎焊时需要温度 均匀。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种钎焊中可重复使 用的隔热保护板。
实现上述目的本发明的技术方案为，钎焊中可重复使用的隔热保 护板，所述隔热保护板是一种可拆卸式的组合型保护板，可重复使用， 其包括不锈钢蜂窝板、不锈钢方管和不锈钢镜面板，所述不锈钢镜面 板覆盖在所述不锈钢蜂窝板的两面，所述不锈钢方管设置在所述不锈 钢蜂窝板的侧边。
作为本发明的进一步描述，所述不锈钢镜面板具有极低的发射率， 发射率小于等于0.23。
作为本发明的进一步描述，所述不锈钢方管的管壁厚大于等于 2mm。
作为本发明的进一步描述，所述蜂窝板由多个六边形结构组合而 成，其孔径为0.0032m，组合厚度为0.0002m，高度大于等于0.02m。
作为本发明的进一步描述，所述隔热保护板有四种，分别用于所 钎焊物体的不同位置，每种形式的所述隔热保护板的方管数量不同， 单个所述隔热保护板的质量小于等于2.5千克。
其有益效果在于，本发明所使用的材料都是不锈钢的，可经过最 高620摄氏度下耐受多次热处理而不产生显著变形，不锈钢镜面板具 有极低的发射率，可以大量减少辐射换热的热量，不锈钢蜂窝板强度 大且具有极大的热阻，可以减少隔热保护板内部的换热，蜂窝结构能 够使热量散步均匀，整个隔热保护板的整体质量较轻，结构简单，易 于搬运。
附图说明
图1是本发明所述的不锈钢蜂窝板结构图；
图2a是本发明放置于转角位置的保护层示意图
图2b是本发明放置于侧边位置的保护层示意图；
图2c是本发明放置于中间位置的保护层示意图；
图2d是本发明放置于端部位置的保护层示意图；
图3是本发明使用时隔热保护层的位置示意图；
图4是本发明所述的隔热保护层使用示例图；
图中，1、不锈钢镜面板；2、不锈钢蜂窝板；3、不锈钢方管。
具体实施方式
首先说明一下本发明的设计初衷，传统的钎焊作业中，钎焊零件 受热温度不均容易产生变形，从而影响钎料的流动和分布，进而影响 钎焊质量，因此换热器钎焊时需要温度均匀，为了解决这个问题我们 发明了钎焊中可重复使用的隔热保护板，该保护板有很大的热阻，能 有效减少隔热保护板内部的换热，具有良好的隔热性能，且不影响换 热器本身的结构性能。
下面将分几个方面结合附图对本发明进行具体描述，先介绍一下 本发明的具体，如图3和图2a,2b,2c,2d所示，钎焊中可重复使用的 隔热保护板，可重复使用，隔热保护板是一种可拆卸式的组合型保护 板，共有四种形式，分别用于钎焊芯体的不同位置，分为转角、中间、 端部和侧部，每种形式的隔热保护板的方管数量不同，尺寸也不同， 单个隔热保护板的质量小于等于2.5千克，易于搬运。该隔热保护板 使用模块化设计来适应不同尺寸换热器的隔热保护，其结构有不锈钢 蜂窝板2、数量不等的不锈钢方管3和两块不锈钢镜面板1，这种不锈 钢可经过最高620摄氏度下耐受多次热处理而不产生显著变形；不锈 钢镜面板1覆盖在不锈钢蜂窝板2的两面，不锈钢方管3设置在不锈 钢蜂窝板2的侧边，用于加强支撑；蜂窝板由多个六边形结构组合而 成，其孔径为0.0032m，组合厚度为0.0002m，高度大于等于0.02m， 能够保证强度的同时又具有极大的热阻，有效减少隔热保护板内部的 换热；不锈钢镜面板1具有极低的发射率，发射率小于等于0.23，可 以大量减少辐射换热的热量；不锈钢方管3的管壁厚大于等于2mm，强 度高，在市场上很容易买到。
拼接时首先将不锈钢镜面板1和不锈钢蜂窝板2和不锈钢方管3 按照不同的长度要求切割成小的零件，然后按照不同的类型按照图2a， 2b，2c，2d堆垛零件，完成后在边缘焊接，每个焊点之间的距离在50mm 以内，焊接完成后，从2.6m处摔下无开裂即可，举例如图4所示，将 图2a，2b，2c，2d组合，其中点划线框表示换热器。接下来通过计算 分步骤来验证一下该保护板的材料和结构性能：
(1)不锈钢蜂窝板计算：
不锈钢蜂窝板为六边形组成，其中外接圆板经和不锈钢薄片的厚 度决定了材料的结构。如图1所示
单个六边形蜂窝的面积为
Figure BDA0002482030890000041
每平方米蜂窝的数量
Figure BDA0002482030890000042
蜂窝板承压面积为
Figure BDA0002482030890000043
其中，d为六边形外接圆半径，S1为单个六边形面积，N为每平方 米蜂窝数量，t为组成不锈钢蜂窝板的厚度，S为蜂窝板承压面积。
不锈钢蜂窝板强度计算
使用时，蜂窝板的承受最高23MPa的压强，不锈钢屈服强度σ 0＝205MPa。
P＝σ*S
其中σ为实际的应力，S为不锈钢蜂窝板承压面积。
经调研，量产的不锈钢蜂窝板有如下常用规格，带入承压面积计 算，计算的实际应力(MPa)如下：
Figure BDA0002482030890000044
实际应力应小于不锈钢的屈服硬度，考虑设计中安全性：
■孔径0.0016m的所有类型不锈钢蜂窝板；
■孔径0.0032，厚度为0.0002m和0.001m的不锈钢蜂窝板；
■孔径0.0064，厚度为0.001m的蜂窝板
满足强度要求。
(2)保护层的热学计算：
实际使用过程中，保护层(不锈钢镜面板+不锈钢蜂窝板+不锈钢 镜面板)位置如图3所示。
A)该保护层使用在真空环境下，气体的对流换热可忽略不计。不 仅考虑辐射和传导两种换热方式的传热。热量通过辐射换热至保护层， 进而通过保护层热传导加热芯体。因为使用时，有很大的压力将芯体 和保护层压紧，不锈钢蜂窝板和不锈钢镜面板之间的接触热阻可忽略。
对此过程建立传热模型如下：
Figure BDA0002482030890000051
q＝k'·(Tg-Tp)/tsp
q＝k·(Tp-Tb)/h＝k'·s·(Tp-Tb)/h
Tz-Tp＝150
其中，q为每平方米的换热量，ε为不锈钢镜面板发射率，δ ＝5.67*10-8，Tz为辐射排温度，Ts为保护层正对辐射排一面温度，为不 锈钢镜面板厚度。k'为不锈钢的导热系数，Tp是不锈钢钢板与蜂窝板相 连一面的温度，k为蜂窝板的导热系数，h为不锈钢蜂窝板的高度，Tb为 保护层为蜂窝板与芯体接触处的温度。
设备内部设定，Ts,Tp的温差为150℃。
B)热力条件如下：
保护层最高使用温度为620℃。不锈钢的在620℃以下，导热率≤ 30w/m2可获得较好的钎焊质量。取最恶劣工况k'＝30W/m2；使用过程 中，在Tb＝595,Tp-Tb＝5公差对于换热器为安全的；由于其他工具的限制， 保护层高度可选10mm或20mm，镜面板厚度为0.8mm.
基于以上条件，对于每种不同规格的蜂窝板，不锈钢镜面板发射 率和热流密度计算如下。
Figure BDA0002482030890000052
Figure BDA0002482030890000061
Figure BDA0002482030890000062
Figure BDA0002482030890000063
市售的不锈钢镜面板发射率为0.1～0.4。选择孔径0.0032m，组件 厚度为0.0002m，高度0.02m的蜂窝板可以获得良好的隔热性能且具有 可实施性。
工作原理：拼接时首先将不锈钢镜面板1、不锈钢蜂窝板2和不锈 钢方管3按照不同的长度要求切割成小的零件，然后按照不同的类型 按照图2a，2b，2c，2d堆垛零件，完成后在边缘焊接，每个焊点之间 的距离在50mm以内，焊接完成后，从2.6m处摔下无开裂即可；
芯体堆装前，按照不同的位置放置不同类型的隔热保护板，直至 布满芯体下表面，检查隔热保护板是否放错，举例如下图4，针对不同 尺寸的芯体不同保护层快；
芯体堆装后，按照不同的位置放置不同类型的隔热保护板，直至 布满芯体上表面，检查隔热保护板是否放错，最后使用夹具按照厂标 压力值将保护板和换热器压紧。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术 领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发 明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.钎焊中可重复使用的隔热保护板，其特征在于，所述隔热保护板是一种可拆卸式的组合型保护板，可重复使用，其包括不锈钢蜂窝板(2)、不锈钢方管(3)和不锈钢镜面板(1)，所述不锈钢镜面板(1)覆盖在所述不锈钢蜂窝板(2)的两面，所述不锈钢方管(3)设置在所述不锈钢蜂窝板(2)的侧边。
2.根据权利要求1所述的钎焊中可重复使用的隔热保护板，其特征在于，所述不锈钢镜面板(1)具有极低的发射率，发射率小于等于0.23。
3.根据权利要求1所述的钎焊中可重复使用的隔热保护板，其特征在于，所述不锈钢方管(3)的管壁厚大于等于2mm。
4.根据权利要求1所述的钎焊中可重复使用的隔热保护板，其特征在于，所述不锈钢蜂窝板(2)由多个六边形结构组合而成，其孔径为0.0032m，组合厚度为0.0002m，高度大于等于0.02m。
5.根据权利要求1所述的钎焊中可重复使用的隔热保护板，其特征在于，所述隔热保护板有四种，分别用于所钎焊物体的不同位置，每种形式的所述隔热保护板的方管数量不同，单个所述隔热保护板的质量小于等于2.5千克。
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