CN111531246B - 一种换热器自动焊接智能控制系统及焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种换热器自动焊接智能控制系统及焊接工艺，控制系统包括控制器和输送带，输送带沿输送方向依次设置有夹持工位、涂焊剂工位、焊接工位、降温工位和下线工位，夹持工位包括用于夹持换热器的夹持装置和用于检测换热器位置的位置传感器；涂焊剂工位包括依次连通设置的助焊剂储罐、助剂检测器件和助焊剂刷；焊接工位包括焊料输送装置、温度感测仪、测距仪、火焰焊枪组以及气源组件，气源组件与火焰焊枪组对应连通且两者之间连通设有辅助监测器件和电磁阀，与现有技术相比，解决了无法自动化焊接的问题，通过控制器对焊接过程的各种参数进行采集并对相关设备进行控制，实现所有工艺环节控制集成化。
Description
技术领域
本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种换热器自动焊接智能控制系统及焊接工艺。
背景技术
换热器一般采用金属管路进行连接，为了保证换热器内流动的介质(如制冷剂等)不泄漏，金属管路连接须作密封处理，除了一般的紧固涨紧连接方式(如洛克环)外，换热器连接部位的金属管路(同种或异种材质)，通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺。如电阻焊、火焰焊、熔焊等等都是目前行业内金属连接的常用方式。
焊接虽然可以采用不同种方法，但焊接后焊接部位的质量，如焊接强度、焊接密封性能、焊接氧化情况等等都需要通过焊接的工艺保证，因为焊接后金属管路无法还原到焊接前的状态，而且焊接后出现质量问题进行返工，除了会耗费大量的人力及物力外，对于二次焊接的质量更难保证。因此对于焊接部位的质量，只有在一次焊接过程中通过严格的工艺保证来实施。
影响焊接部位质量的因素有很多，如金属管路的材质、配合间隙、焊材的选择、焊接时温度、焊接时间等等，只要其中一个因素发生变动都会对焊接部门质量产生影响。
对于某一特定换热器的焊接，此时焊接的金属管路材质、配合间隙、焊材的选择等等都已经确定，剩余就是焊接的施工工艺。由于焊接时会产生温度、火焰等对人的工作强度，如热量对于人疲劳的增加，明亮的火焰对于人眼睛的刺激等等，都对人工焊接的质量保证产生影响。同时对焊料的供给及焊接温度、时间等都通过人为因素，增加了焊接部位的质量不一致性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，而提供一种换热器自动焊接智能控制系统，保证焊接质量，减少人为因素对焊接部位质量的影响，同时提高焊接的生产效率。本申请还提供一种焊接工艺。
本发明的目的通过以下技术方案实现：本申请提供一种换热器自动焊接智能控制系统，包括控制器和输送带，输送带沿输送方向依次设置有夹持工位、涂焊剂工位、焊接工位、降温工位和下线工位；夹持工位包括用于夹持换热器的夹持装置和用于检测换热器位置的位置传感器，夹持装置和位置传感器均与控制器电连接，并受控制器控制；涂焊剂工位包括依次连通设置的助焊剂储罐、助剂检测器件和位于输送带上方的助焊剂刷，焊剂储罐、助剂检测器件和助焊剂刷均与控制器电连接，并受控制器控制；焊接工位包括位于输送带上方的焊料输送装置、用于检测焊接温度的温度感测仪、用于检测焊接距离的测距仪、火焰焊枪组以及气源组件，气源组件与火焰焊枪组对应连通且两者之间连通设有辅助监测器件和电磁阀，焊料输送装置、温度感测仪、测距仪、辅助监测器件和电磁阀均与控制器电连接，并受控制器控制；降温工位包括位于输送带上方的风机，风机与控制器电连接，并受控制器控制；下线工位位于输送带的末端。
其中，输送带包括驱动输送带运转的电机。
其中，助剂检测器件包括助剂压力表、助剂流量计、助剂电磁阀和用于输送组焊剂的驱动泵。
其中，助焊剂储罐还设有用于检测助焊剂储罐内液面的助焊剂液位指示仪，助焊剂液位指示仪与控制器电连接，并受控制器控制。
其中，气源组件包括氧气源和碳氢可燃气源。
其中，降温工位还设置有用于检测换热器距离的降温工位测距仪。
本申请还提供一种焊接工艺，包括如下步骤，步骤A，启动输送带，往输送带上放置待焊接的换热器，换热器沿输送带输送方向转送至夹持工位，进入步骤B；步骤B，控制器控制输送带输送换热器至夹持工位后，控制器控制夹持装置对待焊接的换热器进行夹持固定，同时位置传感器对夹持工位中的换热器监测并向控制器反馈是否夹持，若夹持成功则进入步骤C，若夹持失败则重复步骤B；步骤C，控制器控制输送带输送换热器至涂焊剂工位，助剂检测器件将当前助焊剂储罐与助焊剂刷之间的压力和流量信息反馈至控制器，控制器根据压力和流量信息控制助焊剂刷对换热器进行助焊剂涂覆，涂覆完成后进入步骤D；步骤D，控制器控制输送带输送换热器至焊接工位，温度感测仪对焊接区域表面温度监测并反馈至控制器，测距仪对焊接区域中火焰焊枪组与换热器之间的高度进行监测并反馈至控制器，控制器根据温度感测仪和测距仪反馈的信息来控制火焰焊枪组进行焊接，在焊接过程中，控制器还会根据气源组件与火焰焊枪组之间的辅助监测器件所反馈的压力和流量信息来调节气源组件的气源供给量，焊接完成后进入步骤E；步骤E，控制器控制输送带输送换热器至降温工位，降温工位测距仪检测换热器焊接区域的高度并反馈至控制器，控制器根据降温工位测距仪反馈的信息调节风机的出风量，完成降温后，进入步骤F；步骤F；控制器控制输送带输送换热器至下线工位进行收料工作，制得换热器，最后对换热器的换热量进行实际测量并判断是否达标。
其中，在步骤C中，助焊剂液位指示仪会对助焊剂储罐中助焊剂的存储量进行检测，若助焊剂储罐内的组焊剂不足，助焊剂液位指示仪产生预警信号至控制器，控制器根据预警信号发出警报。
其中，在步骤F中，制得的换热器实际换热量为Q1，预设换热器为Q，若Q1大于或等于Q，则换热器符合标准，若Q1小于Q，则换热器不符合标准，其中，
其中，Q为换热量，单位为W；C0为误差系数，取值在0.8～1.2之间；C1为常数，取值在0.023～0.027之间；C2为常数，取值在1.2～1.4之间；λ为管外介质导热系数，单位为W/(m·k)；ρ为管外介质密度，单位为kg/m3；μ为管外介质动力粘度，单位为Pa·s；cp为管外介质定压比热容，单位为J/(kg·K)；S为管外循环介质流量，单位为m3/s；Δt为换热温差，单位为K；m为换热器管排数量；ζ为管间距因子；h为换热器高度，单位为m；do为并行管路外径，单位为m；B为换热器厚度，单位为m；ε为翅片因子；η为管排因子；ψ为管层因子，相邻并行管路之间的管间距为bt，管间距因子ζ＝bt/do；相邻翅片之间的间距为bf，翅片因子ε＝bf/do；相邻两排并行管路之间相对应管路管中心之间的距离为t，管排因子η＝t/do；管层因子ψ为根据管内介质在并行管路内分布的合理状态所设置的层数。
其中，在步骤F中，制得的换热器实际换热量为Q1，预设换热器为Q，若Q1大于或等于Q，则换热器符合标准，若Q1小于Q，则换热器不符合标准，其中，
其中，Q为换热量，单位为W；C0为误差系数，取值在0.8～1.2之间；C1为常数，取值在0.023～0.027之间；C2为常数，取值在1.2～1.4之间；λ为管外介质导热系数，单位为W/(m·k)；ρ为管外介质密度，单位为kg/m3；μ为管外介质动力粘度，单位为Pa·s；cp为管外介质定压比热容，单位为J/(kg·K)；S为管外循环介质流量，单位为m3/s；Δt为换热温差，单位为K；m为换热器管排数量；ζ为管间距因子；h为换热器高度，单位为m；do为并行管路外径，单位为m；η为管排因子；ψ为管层因子，相邻所述并行管路之间的管间距为bt，所述管间距因子ζ＝bt/do；相邻两排所述并行管路之间相对应管路管外壁之间的距离为t，所述管排因子η＝t/do；所述管层因子ψ为根据管内介质在所述并行管路内分布的合理状态下所设置的层数。
待软件人员编程后，本发明的有益效果：本申请给出了一种换热器自动焊接智能控制系统，与现有技术相比，解决了无法自动化焊接的问题，特别适用于小管径多根并行管路的自动焊接，同时通过对焊接火焰的控制实现管路焊接温度的智能控制，解决了人工焊接的人为操作因素，从而保证了焊接质量，另外，将焊接多种工序(上线、涂焊剂、焊接、下线)组成流水线，实现自动化、智能化，提高了生产效率，减轻了人工焊接的劳动强度，待软件人员编程后，还可以通过控制器对焊接过程的各种参数(节拍、流量、压力、液位等)进行采集、分析、运算并对相关设备进行控制，实现所有工艺环节控制集成化，并使数据电子化、网络化；
本申请提供了一种焊接工艺，将焊接多种工序(上线、涂焊剂、焊接、下线)组成流水线，实现自动化、智能化，提高了生产效率，减轻了人工焊接的劳动强度。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明的一种换热器自动焊接智能控制系统的结构示意图。
图2为实施例1中本申请换热器整体结构示意图。
图3为实施例1中并行管路管内径、管外径以及管间距结构示意图。
图4为实施例1中并行管路翅片结构示意图。
图5为实施例1中多排并行管路采用并列排列方式结构示意图。
图6为实施例1中多排并行管路采用错落排列方式结构示意图
图7为实施例2中本申请换热器整体结构示意图。
图8为实施例2中并行管路管内径、管外径以及管间距结构示意图。
图9为实施例2中多排并行管路采用并列排列方式结构示意图。
图10为实施例2中多排并行管路采用错落排列方式结构示意图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本发明的一种换热器自动焊接智能控制系统的具体实施方式，如图1所示，包括控制器1和输送带5，输送带5沿输送方向依次设置有夹持工位、涂焊剂工位、焊接工位、降温工位和下线工位。输送带5包括驱动输送带5运转的电机6。输送带5及电机6形成换热器4焊接的移动动力源，换热器4在输送带5上平缓水平移动，保持换热器4输送的稳定性。电机6与控制器1电连接，且电机6的转速受控制器1的控制，从而保证控制器1能够精确控制输送带5运送换热器4，提高焊接的质量。
在本实施例中，夹持工位包括用于夹持换热器4的夹持装置和用于检测换热器4位置的位置传感器，夹持装置和位置传感器均与控制器1电连接，并受控制器1控制。夹持工位主要将换热器4进行自动夹持，以保证换热器4所需焊接管路在一个固定的位置。
在本实施例中，涂焊剂工位包括依次连通设置的助焊剂储罐3、助剂检测器件7和位于输送带5上方的助焊剂刷8，焊剂储罐、助剂检测器件7和助焊剂刷8均与控制器1电连接，并受控制器1控制。具体地，助剂检测器件7包括助剂压力表、助剂流量计、助剂电磁阀和用于输送组焊剂的驱动泵。涂焊剂工位主要是对换热器4所需焊接部位自动涂助焊剂，保证换热器4焊接处的助焊剂涂抹剂量及均匀程度，提高焊接质量的一致性。应当说明的是，助焊剂刷8与换热器4高度的匹配通过电机丝杆或者气缸(油缸)、推杆、行程开关等控制，这种刷头驱动控制方式为现有的控制方式，对于本领域的技术人员来说是显而易见的。
在本实施例中，焊接工位包括位于输送带5上方的焊料输送装置9、用于检测焊接温度的温度感测仪10、用于检测焊接距离的测距仪、火焰焊枪组11以及气源组件，在本实施例中，气源组件包括氧气源13和碳氢可燃气源14。气源组件与火焰焊枪组11对应连通且两者之间连通设有辅助监测器件和电磁阀，焊料输送装置9、温度感测仪10、测距仪、辅助监测器件和电磁阀均与控制器1电连接，并受控制器1控制。应当说明的是，火焰焊枪组11包括多个火焰焊枪，主要完成对焊接管路进行火焰预热，焊料补给加热熔焊及形成焊接毛细现象的加热，对预热进行焊接处管路温度探测，通过控制器1对氧气源13、碳氢可燃气源14输送过程中压力表及流量计的控制，以使焊接火焰预热焊接管路至合适的温度。应当说明的是，火焰焊枪组11与换热器4距离尺寸的匹配通过电机丝杆或者气缸(油缸)、推杆、行程开关等控制。这种火焰焊枪组11的驱动控制方式为现有的控制方式，对于本领域的技术人员来说是显而易见的。
在本实施例中，降温工位包括位于输送带5上方的风机12，风机12与控制器1电连接，并受控制器1控制。降温工位主要对换热器4焊接部位采用强制吹风，对换热器4焊接处表面进行降温。其中，降温工位还设置有用于检测换热器4距离的降温工位测距仪。测距仪能够保证助焊剂刷8能够把助焊剂均匀涂抹到换热器4焊接区域。同理的，风机12与换热器4高度的匹配通过电机丝杆或者气缸(油缸)、推杆、行程开关等控制。下线工位位于输送带5的末端，解除掉换热器4的夹持，以便换热器4焊接完下线，进入下一道工序。
在本实施例中，助焊剂储罐3还设有用于检测助焊剂储罐3内液面的助焊剂液位指示仪2，助焊剂液位指示仪2与控制器1电连接，并受控制器1控制。这样，助焊剂储罐3中助焊剂的存储量通过助焊剂液位指示仪2进行检测，并受控制器1预警及指示，防止助焊剂余量不足而再进行焊接操作时，影响焊接质量。
为了进一步提高控制系统的自动化程度，控制器1还电连接有无线通信模块，能够通过无线传输实现控制器1参数的调节与读取，使信息网络化和数据化。
待软件人员编程后，本实施例的一种换热器自动焊接智能控制系统，与现有技术相比，解决了无法自动化焊接的问题，特别适用于小管径多根并行管路的自动焊接，同时通过对焊接火焰的控制实现管路焊接温度的智能控制，解决了人工焊接的人为操作因素，从而保证了焊接质量，另外，将焊接多种工序(上线、涂焊剂、焊接、下线)组成流水线，实现自动化、智能化，提高了生产效率，减轻了人工焊接的劳动强度，待软件人员编程后，还可以通过控制器1对焊接过程的各种参数(节拍、流量、压力、液位等)进行采集、分析、运算并对相关设备进行控制，实现所有工艺环节控制集成化，并使数据电子化、网络化。控制器1能够通过无线网络或者有线网络，将设备参数、运行状态、生产数据等通过网络远程传输，从而实现远程对设备的监控与管理。
本实施例的一种焊接工艺，包括如下步骤，步骤A，启动输送带5，往输送带5上放置待焊接的换热器4，换热器4沿输送带5输送方向转送至夹持工位，进入步骤B；步骤B，控制器1控制输送带5输送换热器4至夹持工位后，控制器1控制夹持装置对待焊接的换热器4进行夹持固定，同时位置传感器对夹持工位中的换热器4监测并向控制器1反馈是否夹持，若夹持成功则进入步骤C，若夹持失败则重复步骤B；步骤C，控制器1控制输送带5输送换热器4至涂焊剂工位，助剂检测器件7将当前助焊剂储罐3与助焊剂刷8之间的压力和流量信息反馈至控制器1，控制器1根据压力和流量信息控制助焊剂刷8对换热器4进行助焊剂涂覆，涂覆完成后进入步骤D；步骤D，控制器1控制输送带5输送换热器4至焊接工位，温度感测仪10对焊接区域表面温度监测并反馈至控制器1，测距仪对焊接区域中火焰焊枪组11与换热器4之间的高度进行监测并反馈至控制器1，控制器1根据温度感测仪10和测距仪反馈的信息来控制火焰焊枪组11进行焊接，在焊接过程中，控制器1还会根据气源组件与火焰焊枪组11之间的辅助监测器件所反馈的压力和流量信息来调节气源组件的气源供给量，焊接完成后进入步骤E；步骤E，控制器1控制输送带5输送换热器4至降温工位，降温工位测距仪检测换热器4焊接区域的高度并反馈至控制器1，控制器1根据降温工位测距仪反馈的信息调节风机12的出风量，完成降温后，进入步骤F；步骤F；控制器1控制输送带5输送换热器4至下线工位进行收料工作，制得换热器4，最后对换热器4的换热量进行实际测量并判断是否达标。
在步骤B中，输送带5上有换热器4是否夹持的位置传感器，当输送带5上处于换热器4空档时，传输信号给控制器1，控制器1收到信号后，将火焰焊枪组11熄灭火焰、助焊剂输送及控制(含压力表及流量计)不再向助焊剂刷8输送助焊剂。等输送带5上有换热器4时，通过控制器1发出指令，电子打火后将火焰焊枪组11点燃火焰及助焊剂输送及控制(含压力表及流量计)向助焊剂刷8输送助焊剂。
在步骤C中，助焊剂液位指示仪2会对助焊剂储罐3中助焊剂的存储量进行检测，若助焊剂储罐3内的组焊剂不足，助焊剂液位指示仪2产生预警信号至控制器1，控制器1根据预警信号发出警报。
在本实施例中，控制器1能够对换热器4规格型号进行预设焊接参数，如输送带5的节拍、氧气源13及碳氢可燃气源14的流量及压力等，输入一定换热器4的技术信息后，实现输送带5节拍、火焰焊枪组11、助焊剂刷8、风机12等高度的伺服调节，能够实现智能装备快速调整至适应换热器4品种规格的预设需求。
在本实施例中，控制器1能够对焊接的换热器4规格型号数量等进行统计，并结合后道工序对换热器4密封性能检漏数据的回馈，对预设的焊接参数进行修正，以便进一步改进质量。
在步骤F中，针对带翅片的小通道并行管路换热器，制得的换热器4实际换热量为Q1，预设换热器4为Q，若Q1大于或等于Q，则换热器4符合标准，若Q1小于Q，则换热器4不符合标准，其中，
参见图2至图6所示，一种带翅片的小通道并行管路换热器，包括进入管21、并行管路22和排出管23，并行管路22分别与进入管21和排出管23相连通，并行管路22上设置有翅片44，并行管路22设置为至少一排，并且当并行管路22外径do的取值范围为1mm＜do≤3.95mm时，换热器的换热量与换热器的结构之间符合下述公式：
其中，Q为换热量，单位为W；C0为误差系数，取值在0.8～1.2之间；C1为常数，取值在0.023～0.027之间；C2为常数，取值在1.2～1.4之间；λ为管外介质导热系数，单位为W/(m·k)；ρ为管外介质密度，单位为kg/m3；μ为管外介质动力粘度，单位为Pa·s；cp为管外介质定压比热容，单位为J/(kg·K)；S为管外循环介质流量，单位为m3/s；Δt为换热温差，单位为K；m为换热器管排数量；ζ为管间距因子；h为换热器高度，单位为m；do为并行管路外径，单位为m；B为换热器厚度，单位为m；ε为翅片因子；η为管排因子；ψ为管层因子，相邻并行管路22之间的管间距为bt，管间距因子ζ＝bt/do；相邻翅片44之间的间距为bf，翅片因子ε＝bf/do；相邻两排并行管路22之间相对应管路管中心之间的距离为t，管排因子η＝t/do；管层因子ψ为根据管内介质在并行管路内分布的合理状态所设置的层数。ψ为大于0的整数，并行管路22被分为至少一层。优选地，参见图2所示，并行管路22设置有至少一个分层装置25，并行管路22被分为至少两层。当并行管路只有一排时，可以理解为相邻两排并行管路22之间相对应管路管中心之间的距离t为无穷大。优选地，每排并行管路22设置有至少一根管子，当每排并行管路22仅设置有一根管子时是本申请的特殊情况，例如采用蛇形管通过迂回的方式形成“并行”关系、增加管子总体长度，更优选地，每排并行管路22设置有至少两根管子，例如采用每排两根及以上“并行”管子的卷曲式换热器或者直式换热器。优选地，并行管路外径do的取值范围为0.46mm＜do≤6.6mm，更优选地，并行管路外径do的取值范围为1mm＜do≤5mm，最优选地，并行管路外径do的取值范围为1mm＜do≤3.95mm。由于并行管路采用小管径设计，相比于常规管径而言，其管壁无需再承受管内介质的较大压力，因此，对其管壁的厚度和机械强度要求也随之降低，根据换热量公式Q＝α*A*Δt，其中Q为换热量、A为换热面积、a为换热系数、Δt为传热温差，换热系数α的倒数，即1/α为换热器热阻R，其包括三部分内容：Ri换热器管内热阻；Rw换热器管壁热阻；Ro换热器管外热阻，即α＝1/(Ri+Rw+Ro)，通过调整管间距因子、翅片因子、管排因子等，减小换热器管外热阻Ro的数值；通过调整管径尺寸，减小换热器管内热阻Ri的数值，从而影响换热系数α，进一步提高了产品的换热效率；而相比于微管径而言，小内径并行管路的生产工艺难度也相应降低了，有利于提高生产效率、提高成品率。优选地，C0的取值在0.9～1.1之间。
参见图4、图5、图6所示，并行管路22设置为至少两排。优选地，并行管路22可以进行并列排列或者错落排列。优选地，相邻两排并行管路22之间相对应管路管中心之间的距离t指的是每排并行管路之间顺序地相对应的管路管中心之间的距离。由于管内介质处于气相状态、汽液两项共存状态、液相状态时，通过管路截面的介质密度也不一样，在所需要的理论空间上，气相状态所需的空间远远大于液相状态所需的空间，因此需要根据介质的性质以及介质在并行管路内的分布状态，对并行管路进行分层(分层是否合理主要由介质性质以及介质分布状态决定的)。一般是在换热器作为冷凝器时，制冷剂流进换热器处并行管路的数量要远远大于制冷剂流出换热器处并行管路的数量；在换热器作为蒸发器时，制冷剂流出换热器处并行管路的数量要远远大于制冷剂流进换热器处并行管路的数量，这样可以保证在换热器内分流均匀。同时由于多根并行管路被分成若干等份后，介质流速同比于多根并行管路，流速会相应增大很多。管内介质(制冷剂)流速增大，也会对介质与管内壁传热效应产生积极影响。
进一步地，并行管路22采用金属材料制成。采用金属材料制作并行管路，能够有效降低并行管路管壁热阻Rw的数值，对于提高换热器的换热效率起到积极作用。优选地，并行管路22采用铝制成，相比于现有技术中采用铜等材料制作的并行管路，无论在物料成本和加工难度方面都具备绝对优势。当换热器并行管路采用金属材料时，Rw的数值远远小于Ri和Ro，因此，换热系数α在理想状态下的公式为：通过极值定理，当ai＝ao时，ai*ao获得最大值，ai+ao获得最小值，从而使α获得最大值，这也是换热器行业追求换热效率的宗旨，因此，在设计换热器时，优选地，尽量使ai与ao趋于一致，或者说换热器为获得最大的换热效果，要将并行管路的管外换热性能与管内换热性能进行匹配。
参见图2所示，并行管路22的管壁厚度(do-di)/2的取值范围为0＜(do-di)/2≤0.4mm，其中di为并行管路内径。优选地，综合考虑强度、热阻、生产成本等，并行管路22的管壁厚度(do-di)/2的取值范围为0.2mm≤(do-di)/2≤0.4mm。由于并行管路的管壁很薄，因此，并行管路内径di的数值范围也基本落入了1mm至3.95mm的数值范围内。
参见图2、图4所示，相邻翅片44之间的间距bf的取值范围为1mm≤bf≤4mm。优选地，相邻翅片44之间的间距bf的取值范围为2mm≤bf≤4mm。该种结构设计将换热器主体迎风面切割成非常小的多块通道，一方面翅片与并行管路紧配后扩大了热交换面积，另一方面在微观结构上，翅片的存在对换热器管外的流动介质存在切割作用，达到精准分配的目的，使得管外流动介质与并行管路之间的热交换加剧，能够形成“小通道效应”，能够明显对换热器并行管路管外热交换效果产生积极影响。
参见图4所示，翅片44设置为垂直于并行管路22的延伸方向。
实施例2
本申请的一种换热器自动焊接智能控制系统的具体实施方式之二，参见图7至图10所示，本实施例的主要技术方案与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于：本实施例制备的是无翅片的小通道并行管路换热器及计算方法，参见图7至图10所示，一种小通道并行管路换热器，包括进入管31、并行管路32和排出管33，并行管路32分别与进入管31和排出管33相连通，并行管路32设置为至少一排，并且当并行管路32外径do的取值范围为1mm＜do≤3.95mm时，换热器的换热量与换热器的结构之间符合下述公式：
其中，Q为换热量，单位为W；C0为误差系数，取值在0.8～1.2之间；C1为常数，取值在0.023～0.027之间；C2为常数，取值在1.2～1.4之间；λ为管外介质导热系数，单位为W/(m·k)；ρ为管外介质密度，单位为kg/m3；μ为管外介质动力粘度，单位为Pa·s；cp为管外介质定压比热容，单位为J/(kg·K)；S为管外循环介质流量，单位为m3/s；Δt为换热温差，单位为K；m为换热器管排数量；ζ为管间距因子；h为换热器高度，单位为m；do为并行管路外径，单位为m；η为管排因子；ψ为管层因子，相邻并行管路32之间的管间距为bt，管间距因子ζ＝bt/do；相邻两排并行管路32之间相对应管路管外壁之间的距离为t，管排因子η＝t/do；管层因子ψ为根据管内介质在并行管路内分布的合理状态所设置的层数。ψ为大于0的整数，并行管路32被分为至少一层。优选地，参见图7所示，并行管路32设置有至少一个分层装置35，并行管路32被分为至少两层。当并行管路只有一排时，可以理解为相邻两排并行管路32之间相对应管路管外壁之间的距离t为无穷大。优选地，每排并行管路32设置有至少一根管子，当每排并行管路32仅设置有一根管子时是本申请的特殊情况，例如采用蛇形管通过迂回的方式形成“并行”关系、增加管子总体长度，更优选地，每排并行管路32设置有至少两根管子，例如采用每排两根及以上“并行”管子的卷曲式换热器或者直式换热器。优选地，并行管路外径do的取值范围为0.46mm＜do≤6.6mm，更优选地，并行管路外径do的取值范围为1mm＜do≤5mm，最优选地，并行管路外径do的取值范围为1mm＜do≤3.95mm。由于并行管路采用小管径设计，相比于常规管径而言，其管壁无需再承受管内介质的较大压力，因此，对其管壁的厚度和机械强度要求也随之降低，根据换热量公式Q＝α*A*Δt，其中Q为换热量、A为换热面积、α为换热系数、Δt为传热温差，换热系数α的倒数，即1/α为换热器热阻R，其包括三部分内容：Ri换热器管内热阻；Rw换热器管壁热阻；Ro换热器管外热阻，即α＝1/(Ri+Rw+RO)，通过调整管间距因子、管排因子等，减小换热器管外热阻Ro的数值；通过调整管径尺寸，减小换热器管内热阻Ri的数值，从而影响换热系数α，进一步提高了产品的换热效率；而相比于微管径而言，小内径并行管路的生产工艺难度也相应降低了，有利于提高生产效率、提高成品率。优选地，C0的取值在0.9～1.1之间。
参见图9、图10所示，并行管路32设置为至少两排。优选地，并行管路32可以进行并列排列或者错落排列。优选地，相邻两排并行管路32之间相对应管路管外壁之间的距离t指的是每排并行管路之间顺序地相对应的管路管外壁之间的距离。由于管内介质处于气相状态、汽液两项共存状态、液相状态时，通过管路截面的介质密度也不一样，在所需要的理论空间上，气相状态所需的空间远远大于液相状态所需的空间，因此需要根据介质的性质以及介质在并行管路内的分布状态，对并行管路进行分层(分层是否合理主要由介质性质以及介质分布状态决定的)。一般是在换热器作为冷凝器时，制冷剂流进换热器处并行管路的数量要远远大于制冷剂流出换热器处并行管路的数量；在换热器作为蒸发器时，制冷剂流出换热器处并行管路的数量要远远大于制冷剂流进换热器处并行管路的数量，这样可以保证在换热器内分流均匀。同时由于多根并行管路被分成若干等份后，介质流速同比于多根并行管路，流速会相应增大很多。管内介质(制冷剂)流速增大，也会对介质与管内壁传热效应产生积极影响。
进一步地，并行管路32采用金属材料制成。采用金属材料制作并行管路，能够有效降低并行管路管壁热阻Rw的数值，对于提高换热器的换热效率起到积极作用。优选地，并行管路32采用铝制成，相比于现有技术中采用铜等材料制作的并行管路，无论在物料成本和加工难度方面都具备绝对优势。当换热器并行管路采用金属材料时，Rw的数值远远小于Ri和Ro，因此，换热系数α在理想状态下的公式为：通过极值定理，当ai＝ao时，ai*ao获得最大值，ai+ao获得最小值，从而使α获得最大值，这也是换热器行业追求换热效率的宗旨，因此，在设计换热器时，优选地，尽量使ai与ao趋于一致，或者说换热器为获得最大的换热效果，要将并行管路的管外换热性能与管内换热性能进行匹配。
参见图8所示，并行管路32的管壁厚度(do-di)/2的取值范围为0＜(do-di)/2≤0.4mm，其中di为并行管路内径。优选地，综合考虑强度、热阻、生产成本等，并行管路32的管壁厚度(do-di)/2的取值范围为0.2mm≤(do-di)/2≤0.4mm。由于并行管路的管壁很薄，因此，并行管路内径di的数值范围也基本落入了1mm至3.95mm的数值范围内。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (8)
1.一种焊接工艺，使用一种换热器自动焊接智能控制系统，其特征在于：所述换热器自动焊接智能控制系统包括控制器和输送带，所述输送带沿输送方向依次设置有夹持工位、涂焊剂工位、焊接工位、降温工位和下线工位；
所述夹持工位包括用于夹持换热器的夹持装置和用于检测换热器位置的位置传感器，所述夹持装置和位置传感器均与控制器电连接，并受控制器控制；
所述涂焊剂工位包括依次连通设置的助焊剂储罐、助剂检测器件和位于输送带上方的助焊剂刷，所述焊剂储罐、助剂检测器件和助焊剂刷均与控制器电连接，并受控制器控制；
所述焊接工位包括位于输送带上方的焊料输送装置、用于检测焊接温度的温度感测仪、用于检测焊接距离的测距仪、火焰焊枪组以及气源组件，所述气源组件与火焰焊枪组对应连通且两者之间连通设有辅助监测器件和电磁阀，所述焊料输送装置、温度感测仪、测距仪、辅助监测器件和电磁阀均与控制器电连接，并受控制器控制；
所述降温工位包括位于所述输送带上方的风机，所述风机与控制器电连接，并受控制器控制；
所述下线工位位于输送带的末端；
所述焊接工艺包括如下步骤，
步骤A，启动输送带，往输送带上放置待焊接的换热器，换热器沿输送带输送方向转送至夹持工位，进入步骤B；
步骤B，控制器控制输送带输送换热器至夹持工位后，控制器控制夹持装置对待焊接的换热器进行夹持固定，同时位置传感器对夹持工位中的换热器监测并向控制器反馈是否夹持，若夹持成功则进入步骤C，若夹持失败则重复步骤B；
步骤C，控制器控制输送带输送换热器至涂焊剂工位，助剂检测器件将当前助焊剂储罐与助焊剂刷之间的压力和流量信息反馈至控制器，控制器根据压力和流量信息控制助焊剂刷对换热器进行助焊剂涂覆，涂覆完成后进入步骤D；
步骤D，控制器控制输送带输送换热器至焊接工位，温度感测仪对焊接区域表面温度监测并反馈至控制器，测距仪对焊接区域中火焰焊枪组与换热器之间的高度进行监测并反馈至控制器，控制器根据温度感测仪和测距仪反馈的信息来控制火焰焊枪组进行焊接，在焊接过程中，控制器还会根据气源组件与火焰焊枪组之间的辅助监测器件所反馈的压力和流量信息来调节气源组件的气源供给量，焊接完成后进入步骤E；
步骤E，控制器控制输送带输送换热器至降温工位，降温工位测距仪检测换热器焊接区域的高度并反馈至控制器，控制器根据降温工位测距仪反馈的信息调节风机的出风量，完成降温后，进入步骤F；
步骤F；控制器控制输送带输送换热器至下线工位进行收料工作，制得换热器，最后对换热器的换热量进行实际测量并判断是否达标；
其中，在步骤F中，制得的换热器实际换热量为Q1，预设换热器为Q，若Q1大于或等于Q，则换热器符合标准，若Q1小于Q，则换热器不符合标准，其中，
其中，Q为换热量，单位为W；C0为误差系数，取值在0.8-1.2之间；C1为常数，取值在0.023-0.027之间；C2为常数，取值在1.2-1.4之间；λ为管外介质导热系数，单位为W/(m·k)；ρ为管外介质密度，单位为kg/m3；μ为管外介质动力粘度，单位为Pa·s；cp为管外介质定压比热容，单位为J/(kg·K)；S为管外循环介质流量，单位为m3/s；Δt为换热温差，单位为K；m为换热器管排数量；ζ为管间距因子；h为换热器高度，单位为m；do为并行管路外径，单位为m；B为换热器厚度，单位为m；ε为翅片因子；η为管排因子；ψ为管层因子，相邻所述并行管路之间的管间距为bt，所述管间距因子ζ＝bt/do；相邻所述翅片之间的间距为bf，所述翅片因子ε＝bf/d0；相邻两排所述并行管路之间相对应管路管中心之间的距离为t，所述管排因子η＝t/do；所述管层因子ψ为根据管内介质在所述并行管路内分布的合理状态所设置的层数。
2.一种焊接工艺，使用一种换热器自动焊接智能控制系统，其特征在于：所述换热器自动焊接智能控制系统包括控制器和输送带，所述输送带沿输送方向依次设置有夹持工位、涂焊剂工位、焊接工位、降温工位和下线工位；
所述夹持工位包括用于夹持换热器的夹持装置和用于检测换热器位置的位置传感器，所述夹持装置和位置传感器均与控制器电连接，并受控制器控制；
所述涂焊剂工位包括依次连通设置的助焊剂储罐、助剂检测器件和位于输送带上方的助焊剂刷，所述焊剂储罐、助剂检测器件和助焊剂刷均与控制器电连接，并受控制器控制；
所述焊接工位包括位于输送带上方的焊料输送装置、用于检测焊接温度的温度感测仪、用于检测焊接距离的测距仪、火焰焊枪组以及气源组件，所述气源组件与火焰焊枪组对应连通且两者之间连通设有辅助监测器件和电磁阀，所述焊料输送装置、温度感测仪、测距仪、辅助监测器件和电磁阀均与控制器电连接，并受控制器控制；
所述降温工位包括位于所述输送带上方的风机，所述风机与控制器电连接，并受控制器控制；
所述下线工位位于输送带的末端；
所述焊接工艺包括如下步骤，
步骤A，启动输送带，往输送带上放置待焊接的换热器，换热器沿输送带输送方向转送至夹持工位，进入步骤B；
步骤B，控制器控制输送带输送换热器至夹持工位后，控制器控制夹持装置对待焊接的换热器进行夹持固定，同时位置传感器对夹持工位中的换热器监测并向控制器反馈是否夹持，若夹持成功则进入步骤C，若夹持失败则重复步骤B；
步骤C，控制器控制输送带输送换热器至涂焊剂工位，助剂检测器件将当前助焊剂储罐与助焊剂刷之间的压力和流量信息反馈至控制器，控制器根据压力和流量信息控制助焊剂刷对换热器进行助焊剂涂覆，涂覆完成后进入步骤D；
步骤D，控制器控制输送带输送换热器至焊接工位，温度感测仪对焊接区域表面温度监测并反馈至控制器，测距仪对焊接区域中火焰焊枪组与换热器之间的高度进行监测并反馈至控制器，控制器根据温度感测仪和测距仪反馈的信息来控制火焰焊枪组进行焊接，在焊接过程中，控制器还会根据气源组件与火焰焊枪组之间的辅助监测器件所反馈的压力和流量信息来调节气源组件的气源供给量，焊接完成后进入步骤E；
步骤E，控制器控制输送带输送换热器至降温工位，降温工位测距仪检测换热器焊接区域的高度并反馈至控制器，控制器根据降温工位测距仪反馈的信息调节风机的出风量，完成降温后，进入步骤F；
步骤F；控制器控制输送带输送换热器至下线工位进行收料工作，制得换热器，最后对换热器的换热量进行实际测量并判断是否达标；
其中，在步骤F中，制得的换热器实际换热量为Q1，预设换热器为Q，若Q1大于或等于Q，则换热器符合标准，若Q1小于Q，则换热器不符合标准，其中，
其中，Q为换热量，单位为W；C0为误差系数，取值在0.8-1.2之间；C1为常数，取值在0.023-0.027之间；C2为常数，取值在1.2-1.4之间；λ为管外介质导热系数，单位为W/(m·k)；ρ为管外介质密度，单位为kg/m3；μ为管外介质动力粘度，单位为Pa·s；cp为管外介质定压比热容，单位为J/(kg·K)；S为管外循环介质流量，单位为m3/s；△t为换热温差，单位为K；m为换热器管排数量；ζ为管间距因子；h为换热器高度，单位为m；do为并行管路外径，单位为m；η为管排因子；ψ为管层因子，相邻所述并行管路之间的管间距为bt，所述管间距因子ζ＝bt/do；相邻两排所述并行管路之间相对应管路管外壁之间的距离为t，所述管排因子η＝t/do；所述管层因子ψ为根据管内介质在所述并行管路内分布的合理状态所设置的层数。
3.根据权利要求1或2所述的一种焊接工艺，其特征在于：在步骤C中，助焊剂液位指示仪会对助焊剂储罐中助焊剂的存储量进行检测，若助焊剂储罐内的组焊剂不足，助焊剂液位指示仪产生预警信号至控制器，控制器根据预警信号发出警报。
4.根据权利要求1或2所述的一种焊接工艺，其特征在于：所述输送带包括驱动所述输送带运转的电机。
5.根据权利要求1或2所述的一种焊接工艺，其特征在于：所述助剂检测器件包括助剂压力表、助剂流量计、助剂电磁阀和用于输送组焊剂的驱动泵。
6.根据权利要求1或2所述的一种焊接工艺，其特征在于：所述助焊剂储罐还设有用于检测助焊剂储罐内液面的助焊剂液位指示仪，所述助焊剂液位指示仪与控制器电连接，并受控制器控制。
7.根据权利要求1或2所述的一种焊接工艺，其特征在于：所述气源组件包括氧气源和碳氢可燃气源。
8.根据权利要求1或2所述的一种焊接工艺，其特征在于：所述降温工位还设置有用于检测换热器距离的降温工位测距仪。
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