CN114001584B - 一种热交换器的管板烧结方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热交换器的管板烧结方法，中空管的外径大于孔的内径，销的外径不小于中空管的内径，中空管插入孔内，销插入中空管内，销的外壁周向挤压中空管的内壁，中空管的外壁紧密贴着孔的内壁。加热过程中，加热设备内的温度先以较快的第一升温速度快速升温，缩短烧结时间，再以较小的第二升温速度、缓慢升温，此阶段中，端板和中空管受热、膨胀速率均匀、一致，孔的内壁始终贴紧中空管的外壁，形成挤压、支撑作用，进而在降温、冷却过程中，中空管的外壁与孔的内壁逐渐密封地熔接在一起，熔接余量充分、结合力强、熔接强度高且可靠。
Description
技术领域
本发明涉及热交换器，特别是一种热交换器的管板烧结方法。
背景技术
专利号为CN102689437B的中国专利提供一种氟塑料热交换器的管板烧结装置及方法，该方法中，管束插在端板的孔内，防涨销插在管束内，熔结炉内、导入口的边沿固定有限涨环，插有管束及防涨销的端板插接在限涨环内，启动熔结炉，加热至管束及端板的熔点以上的温度，氟塑料温升后体积膨胀，支撑在管束内的防涨销限制了管束向内变形，限涨环则限制了端板向外膨胀，限涨环及防涨销使得端板与管束间产生挤压力，从而管束的外侧与端板的孔内侧充分熔合在一起。
另外，还在限涨环的上表面设有变形限位板，在下表面设有环形定位板，限涨环夹持在变形限位板与环形定位板之间，且变形限位板和环形定位板通过调节螺杆固定在导入口的内侧边沿上。由于端板的上、下面存在较大的温差，在冷却过程中会产生较大的变形，通过在端板的上表面上设置变形限位板，并可通过调节螺杆来调节变形限位板的位置，使变形限位板始终平压在端板的上表面，从而限制了端板的变形。
上述烧结装置及方法确实改善了端板和管束间的熔接性能，得到的管板组件熔接可靠，熔接面无缺陷、无泄漏，满足热交换器的应用要求。但是，该烧结装置结构过于复杂、方法的步骤过于繁琐。另外，其对大尺寸和小尺寸的端板和管束均采用相同的烧结装置和烧结方法，未考虑到不同尺寸范围的端板和管束的熔接特性的区别，可能会造成不必要的浪费。
因此，需要简化管板的烧结装置及烧结方法，同时，考虑不同尺寸范围端板和管束熔接特性的区别，避免造成不必要的浪费。
发明内容
本发明所要达到的目的是提供一种热交换器的管板烧结方法，其通过优化销的外径与中空管的内径、中空管的外径与端板中的孔的内径间尺寸的相对关系，简化了管板的烧结装置和方法，在烧结、熔融过程，中空管和孔受热膨胀，销的外壁与中空管的内壁间、中空管的外壁与孔的内壁间产生相互挤压、支撑作用，最终牢牢地熔接在一起。另外，还充分考虑了不同尺寸范围的端板和中空管的熔接特性的区别，进一步简化烧结方法，避免带来不必要的浪费，节约成本。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种热交换器的管板烧结方法，包括以下步骤：
(1)多根柔性中空管插入端板的多个孔中，所述中空管和端板的材料为含氟聚合物，所述中空管的外径大于孔的内径，多根销插入所述多根中空管的内部，所述销的外径不小于中空管的内径；
(2)将插有多根中空管的端板置于加热设备内部，加热设备内的温度首先经第一升温阶段上升至端板和中空管的材料的熔点以下30℃至熔点以上20℃之间，再经第二升温阶段上升至高于端板和中空管的材料的熔点以上30℃至熔点以上60℃之间，所述第一升温阶段具有第一升温速度，所述第二升温阶段具有第二升温速度，所述第一升温速度大于第二升温速度，所述中空管和端板充分受热、熔融；
(3)加热设备内的温度下降，熔融的中空管的外壁和端板的孔的内壁逐渐冷却、并密封地熔接在一起。
本发明提供的热交换器的管板烧结方法中，中空管的外径大于孔的内径，销的外径不小于中空管的内径，中空管插入孔内，销插入中空管内，销的外壁周向挤压中空管的内壁，中空管的外壁紧密贴着孔的内壁，端板和中空管受热、熔融，销可防止中空管的管壁向中空管的内部收缩，孔内壁朝着销的方向向内挤压软化的中空管的外壁；加热熔融的过程中，加热设备内的温度首先以较快的第一升温速度快速升温至端板和中空管材料的熔点以下30℃至熔点以上20℃之间，缩短烧结时间，再以较小的第二升温速度、缓慢升温至高于材料熔点以上30℃至熔点以上60℃之间，第二升温阶段中，加热设备内的温度缓慢、均匀上升，端板和中空管受热、膨胀速率均匀、一致，孔的内壁始终贴紧中空管的外壁，二者间不存在空隙，形成挤压、支撑作用，进而在降温、冷却过程中，中空管的外壁与孔的内壁逐渐密封地熔接在一起，熔接余量充分、结合力强、熔接强度高且可靠。
进一步的，步骤(3)中，加热设备内的温度经第一降温阶段下降至端板和中空管的材料的熔点以下30℃至熔点以上20℃之间，再经第二降温阶段下降至室温25℃，所述第一降温阶段具有第一降温速度，所述第二降温阶段具有第二降温速度，所述第二降温速度大于第一降温速度。
经第一降温阶段和第二降温阶段，加热设备内的温度下降至室温25℃，第一降温阶段中，加热设备内的温度以较小的第一降温速度下降至端板和中空管的材料的熔点以下30℃至熔点以上20℃之间，加热设备内降温速度缓慢、均匀，从而端板和中空管的降温、冷却速率也均匀、一致，有利于释放内部应力，中空管的外壁和孔的内壁始终紧密贴合，形成挤压、支撑作用，再经第二降温阶段以较大的第二降温速度降温、冷却，二者逐渐密封地熔接在一起，熔接强度高。
进一步的，步骤(2)中，所述第一升温速度为第二升温速度的40-70倍，步骤(3)中，所述第二降温速度为第一降温速度的4.5-5.3倍。
步骤(2)中，所述第一升温速度为第二升温速度的40-70倍，即第一升温速度远大于第二升温速度，第一升温阶段快速升温，缩短整个烧结过程的时间，第一升温阶段末，加热设备内的温度到达中空管和端板的材料的熔点以下30℃至熔点以上20℃之间，再通过较小的第二升温速度，继续加热，中空管和端板受热、熔融充分且均一，以确保中空管的外壁和孔的内壁处处紧密贴合，不留空隙，并形成挤压、支撑作用。
步骤(3)中，第二降温速度为第一降温速度的4.5-5.3倍，同样地，加热设备内的温度首先通过较小的第一降温速度下降至中空管和端板的材料的熔点以下30℃至熔点以上20℃之间，该第一降温阶段中，加热设备内降温速度缓慢、均匀，从而端板和中空管的降温、冷却速率也均匀、一致，有利于释放内部应力，中空管的外壁和孔的内壁始终紧密贴合，形成挤压、支撑作用，再经较快的第二降温阶段，充分熔融的中空管的外壁和孔的内壁密封地熔接在一起，熔接余量足够大，熔接强度高。
进一步的，在25℃下，所述销的外径与中空管的内径的比值设为X，所述中空管的外径与孔的内径的比值设为Y，X的取值在1-1.1之间，Y的取值在1.02-1.2之间。
销的外径与中空管的内径的比值设为X，中空管的外径与孔的内径的比值设为Y，X的取值在1-1.1之间，Y的取值在1.02-1.2之间时，中空管能够比较顺利地插入端板的孔内，并且，销也比较容易插入中空管内；同时，确保烧结过程中，销的外壁沿周向向外挤压软化的中空管的内壁，而孔的内壁朝着销的方向向内挤压软化的中空管的外壁，烧结完成后，中空管的外壁能够与孔的内壁牢牢地熔接在一起。
进一步的，X的取值在1-1.05之间，Y的取值在1.03-1.1之间。
X在1-1.05之间取值，Y在1.03-1.1之间取值时，中空管能够更顺畅地插入孔内，销能够很顺畅地插入中空管内，销的外壁不会过度磨损中空管的内壁，烧结过程中，销的外壁始终贴紧中空管的内壁，又不会过度朝外挤压中空管的管壁，可避免中空管因为受到过度挤压而变形，中空管的外壁和孔的内壁能够紧密贴合，且中空管的管壁受热、膨胀更充分，从而与孔的内壁间的熔接强度更高。
进一步的，(X，Y)对应的点落在直线Y＝-1.4X+2.5，直线Y＝1.1及直线X＝1.05所包围的区域内。
(X，Y)对应的点落在直线Y＝-1.4X+2.5，直线Y＝1.1及直线X＝1.05所包围的区域内时，即X在1-1.05之间任一取值时，对应的Y的取值在直线Y＝-1.4X+2.5，直线Y＝1.1及直线X＝1.05包围的三角形区域内，Y的取值总是不小于直线Y＝-1.4X+2.5对应的Y的取值，以确保中空管的外壁和孔的内壁间的挤压、支撑作用充分，从而烧结完成后，二者间形成可靠的熔接，密封性好。
进一步的，所述端板的外径为50mm-80mm，所述孔的内径为2mm-5mm，烧结过程中，所述端板的外周和顶端完全暴露于加热设备内。
端板的外径为50mm-80mm，孔的内径为2mm-5mm时，烧结过程中，将端板的外周和顶端完全暴露于加热设备内，烧结完成后，端板的外周及顶端各处形变小、且均一，后续仅需稍作简单的加工或者无需作进一步加工即可得到符合要求的成品。
进一步的，所述端板的外周设有限涨环，所述端板的外周和限涨环的内壁间留有间隙。
在端板的外周还设置限涨环，在烧结之前，端板的外周和限涨环的内壁间留有间隙，尤其是对于尺寸较大的端板，端板在受热之后，会向外周形成较大幅度的膨胀，膨胀之后，端板的外周抵靠于限涨环的内壁，限涨环可限制端板向外膨胀的幅度，防止端板过度膨胀，导致烧结得到的产品外观不规则，外形多样，还需要复杂的后续加工。
进一步的，所述中空管和端板的材料为PTFE，步骤(2)中，加热设备的加热过程如下：
第一升温阶段：经0.5h-1h，加热设备内的温度由室温25℃以第一升温速度上升至300℃-340℃；
第二升温阶段：经6h-8h，加热设备内的温度由第一升温阶段末的温度以第二升温速度上升至360℃-390℃；
保温阶段：将加热设备内的温度在第二升温阶段末的温度下保持4h-6h。
加热设备的加热分阶段进行，第一升温阶段：首先通过0.5h-1h，以较大的第一升温速度、将加热设备内的温度快速由室温25℃上升至端板和中空管的材料PTFE的熔点330℃以下30℃和以上10℃之间，缩短加热时间；然后，第二升温阶段：经过较长的时间6h-8h、以较小的第二升温速度，将加热设备内的温度由第一升温阶段末的温度上升至高于熔点约30℃-60℃之间，第二升温速度远小于第一升温速度，从而第二升温阶段过程中，中空管和端板加热缓慢、均匀，二者受热、膨胀速率均匀、一致，从而在中空管的外壁和孔的内壁处处紧密贴合、不留空隙，并形成挤压、支撑作用；保温阶段，将加热设备内的温度在高于熔点约30℃-60℃(第二升温阶段末的温度)下保温4h-6h，以使得端板和中空管受热熔融、膨胀充分，膨胀量足够，以保证二者间具有足够的熔接量和熔接强度。
进一步的，步骤(3)中，第一降温阶段：加热设备内的温度由保温阶段的温度以第一降温速度、经5h-7h降至300℃-350℃，第二降温阶段：加热设备内的温度由300℃-350℃以第二降温速度、经6h-9h降至室温25℃。
对加热设备内分阶段降温，第一降温阶段，加热设备内的温度由加热过程的保温阶段的温度以较小的第一降温速度、经5h-7h降至300℃-350℃，即加热设备内的温度由高于端板和中空管的材料PTFE的熔点330℃以上的30℃-60℃缓慢、均匀地降至熔点330℃以下30℃至熔点330℃以上20℃，加热设备内降温速度缓慢、均匀，从而端板和中空管的降温、冷却速率也均匀、一致，有利于释放内部应力，二者在冷却过程中的收缩速率均匀、一致，确保在销插入的长度范围内，中空管的外壁和孔的内壁间始终紧密贴合，保持挤压和支撑；再经过第二降温阶段，加热设备内的温度由300℃-350℃以较大的第二降温速度、经6h-9h降至室温25℃，经过第二降温阶段，中空管的外壁和孔的内壁紧密、充分地熔接在一起，且熔接量充分、熔接强度高。
进一步的，所述销的材质为不锈钢或者镍基钢，其主体部分为圆柱状，其插入中空管内部的一端部包括圆弧面，所述销插入中空管的内部后，其圆柱状的主体部分的外壁挤压中空管的内壁。
销的材质为不锈钢或者镍基钢，减少污染且形变小，从而始终挤压、支撑中空管的内壁；销的主体部分为圆柱状，其插入中空管内部的一端部包括圆弧面，方便销快速插入中空管内，而插入完成后，圆柱状的主体部分的外壁挤压、支撑中空管的内壁。
进一步的，所述端板包括烧结圆盘和突出形成于烧结圆盘一端面边沿的一圈凸缘，所述孔为圆柱状、并同心、均匀分布于烧结圆盘中。
端板包括烧结圆盘和凸缘，孔为圆柱状、并同心、均匀分布于烧结圆盘中，确保在加热、熔融过程中，烧结圆盘各处膨胀、变形均匀，降温、冷却后，得到的产品形变小且均一，后续稍作简单的加工即可。
进一步的，步骤(1)中，所述销插入中空管的内部的长度至少为烧结圆盘的厚度的70％。
销插入中空管的内部的长度至少为烧结圆盘的厚度的70％，从而销的外壁与中空管的内壁间接触的长度至少为烧结圆盘的厚度的70％，在加热熔融期间，二者间能够形成足够强度的挤压、支撑作用。
进一步的，步骤(3)中，所述中空管和烧结圆盘熔接在一起的长度至少为烧结圆盘的厚度的70％。
中空管和烧结圆盘熔接在一起的长度至少为烧结圆盘的厚度的70％，以在二者间形成较高的熔接强度。
进一步的，相邻孔之间的壁厚为1mm-2mm，最外圈的孔与凸缘的径向距离为1mm-2mm，凸缘的径向厚度为5mm-7mm。
相邻孔之间的壁厚为1mm-2mm，确保孔的侧壁与中空管的管壁具有足够的熔接量，以提供足够可靠的熔接强度；凸缘用于后续将端板密封固定至热交换器的壳体，而最外圈的孔与凸缘的径向距离为1mm-2mm，避免端板密封固定操作过程，干扰中空管或对中空管的端部与孔之间的熔接性能产生不利影响，凸缘的径向厚度为5mm-7mm，以保证端板和壳体间的密封固定可靠。
进一步的，所述中空管的端部插入端板的孔内之后，其末端与烧结圆盘的端面齐平；或者，所述中空管的端部插入端板的孔内之后，其末端突出于烧结圆盘的端面，烧结完成后，再切除中空管的端部突出部分，以使得中空管的末端和烧结圆盘的端面齐平。
中空管的端部插入端板的孔内之后，其末端与烧结圆盘的端面齐平，从而烧结完成后，烧结圆盘端面平整、外观好，无需额外的加工。
或者，中空管的端部插入端板的孔内之后，其末端突出于烧结圆盘的端面，烧结完成后，再切除中空管的端部突出部分，以使得中空管的末端和烧结圆盘的端面齐平，该方法可简化前期中空管的插入操作，并最大限度地确保中空管的外壁和孔的内壁间的熔接长度足够大，进而提高熔接强度。
本发明提供的热交换器的管板烧结方法中，中空管的外径大于孔的内径，销的外径不小于中空管的内径，中空管插入孔内，销插入中空管内，销的外壁周向挤压中空管的内壁，中空管的外壁紧密贴着孔的内壁，端板和中空管受热、熔融，销可防止中空管的管壁向中空管的内部收缩，并朝外挤压中空管的内壁，孔内壁朝着销的方向向内挤压软化的中空管的外壁；加热熔融的过程中，加热设备内的温度首先以较快的第一升温速度快速升温至端板和中空管材料的熔点以下30℃至熔点以上20℃之间，缩短烧结时间，再以较小的第二升温速度、缓慢升温至高于材料熔点以上30℃至熔点以上60℃之间，第二升温阶段中，加热设备内部温度缓慢、均匀上升，端板和中空管受热、膨胀速率均匀、一致，孔的内壁始终贴紧中空管的外壁，形成挤压、支撑作用，进而在降温、冷却过程中，中空管的外壁与孔的内壁逐渐密封地熔接在一起，熔接余量充分、结合力强、熔接强度高且可靠。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1和图2为本发明实施例中的端板的俯视图和剖视图；
图3为中空管插入图1所示的端板中、并且销插入中空管内的剖视图；
图4为本发明实施例的管板的烧结过程示意图；
图4a为本发明另一实施例的管板的烧结过程示意图；
图5为本发明实施例烧结完成的管板密封固定至热交换器的壳体内部之后的剖视图；
图6为本发明实施例中销的外径与中空管的内径的比值X与中空管的外径与孔的内径的比值Y的取值范围示意图；
图7为本发明实施例中销的外径与中空管的内径的比值X与中空管的外径与孔的内径的比值Y的较优取值范围示意图；
图8为本发明实施例中销的外径与中空管的内径的比值X与中空管的外径与孔的内径的比值Y的更优取值范围示意图。
1-端板，11-孔，12-烧结圆盘，13-凸缘，2-中空管，3-销，4-加热设备，40-开口，41-支架，42-热风口，5-壳体，51-筒体，52-第一端盖，53-第二端盖，54-第一接头，55-第二接头，56-第三接头，57-第四接头，6-卡圈，7-限涨环。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1和图2所示，端板1具有多个孔11，具体地，其包括烧结圆盘12和突出形成于烧结圆盘12一端面边沿的一圈凸缘13。
本实施例中，孔11为圆柱状，并同心、均匀分布于烧结圆盘12中。相邻孔11之间的壁厚d1为1mm-2mm，以确保孔11的侧壁与中空管2的管壁具有足够的熔接量，进而在孔11与中空管2之间形成可靠的熔接强度，并尽可能地在烧结圆盘12中打出更多的孔11，以熔接更多的中空管2，从而提供更大换热面积。
最外圈的孔11与凸缘13的径向距离d2为1mm-2mm，以避免在将端板1密封固定至热交换器的壳体5(图5)的过程中，干扰中空管2或对中空管2的端部与孔11之间的熔接性能产生不利影响。另外，出于同样的目的，将凸缘13突出于烧结圆盘12的末端面的轴向高度d3设在6mm-10mm，即凸缘13的末端面与烧结圆盘12的末端面间的轴向距离为6mm-10mm。
凸缘13用于后续将端板1密封固定至热交换器的壳体5的端部，凸缘13的径向厚度d4为5mm-7mm，能够比较方便地将熔接有中空管2的端板1密封固定至热交换器的壳体5，并与壳体5的端面形成可靠的密封连接。
具体地，本实施例提供的热交换器的管板烧结方法，其包括以下步骤：
步骤(1)：如图3所示，将多根柔性中空管2插入端板1的多个孔11中，其中，中空管2和端板1的材料为含氟聚合物，如PFA或者PTFE，中空管2的外径大于孔11的内径。
本实施例中，中空管2的端部插入端板1的孔11内之后，其末端与烧结圆盘12的端面齐平，从而烧结完成后，烧结圆盘12端面平整、外观好，无需额外的加工。
于其他实施例中，中空管2的端部插入端板1的孔11内之后，其末端突出于烧结圆盘12的端面，烧结完成后，再切除中空管2的端部突出部分，以使得中空管2的末端和烧结圆盘12的端面齐平，该方法可简化前期中空管2的插入操作，并最大限度地确保中空管2的外壁和孔11的内壁间的熔接长度足够大，进而提高熔接强度。
中空管2插入完成后，再将多根销3插入多根中空管2的内部，且销3的外径不小于中空管2的内径。
本实施例中，销3插入中空管2的内部的长度至少为烧结圆盘12的厚度的70％。销3的材质为不锈钢或者镍基钢，其主体部分为圆柱状，其插入中空管2内部的一端部包括圆弧面，端部的圆弧面方便销3的插入；销3插入中空管2的内部后，其圆柱状的主体部分的外壁挤压中空管2的内壁。烧结完成后，中空管2和烧结圆盘12熔接在一起的长度至少为烧结圆盘12的厚度的70％，以确保熔接强度可靠。
本实施例中，在25℃下，将销3的外径与中空管2的内径的比值设为X，中空管2的外径与孔11的内径的比值设为Y，如表1所示，X的取值在1-1.1之间，Y的取值在1.02-1.2之间时，即(X，Y)对应的点落在图6中的阴影区域内，中空管2能够比较顺利地插入端板1的孔11内，并且，销3也比较容易插入中空管2内；同时，确保烧结过程中，销3的外壁沿周向向外挤压软化的中空管2的内壁，而孔11的内壁朝着销3的方向向内挤压软化的中空管2的外壁，烧结完成后，中空管2的外壁能够与孔11的内壁牢牢地熔接在一起，并且产品的熔接性能测试合格。
当X的取值小于1，如取值0.9或0.95时，Y的取值为1.2时，销3能够比较顺利地插入中空管2内，中空管2也能比较顺利地插入孔11内，但是中空管2和端板1之间的熔接性能不合格。而当X的取值大于1.1，如取值1.11时，销3不能顺利地插入中空管2内，或者销3的插入操作非常困难，并且销3的外壁极易摩擦损伤中空管2的内壁。
同样地，Y的取值小于1.02，如取值1.01或1时，X的取值为1.1时，销3能够比较顺利地插入中空管2内，中空管2也能比较顺利地插入孔11内，但是中空管2和端板1之间的熔接性能不合格。而当Y的取值大于1.2时，如取值1.22时，中空管2不能顺利地插入孔11内，或者中空管2的插入操作非常困难。
表1X、Y取值对应的销、中空管和孔之间的插入情况及熔接性能
| X | Y | 销3能否顺利插入中空管2内 | 中空管2能否顺利插入孔11内 | 熔接性能 |
| 0.9 | 1.22 | 能 | 否 | - |
| 0.9 | 1.2 | 能 | 能 | 不合格 |
| 0.95 | 1.2 | 能 | 能 | 不合格 |
| 1 | 1.2 | 能 | 能 | 合格 |
| 1 | 1.1 | 能 | 能 | 合格 |
| 1.05 | 1.06 | 能 | 能 | 合格 |
| 1.08 | 1.03 | 能 | 能 | 合格 |
| 1.1 | 1.02 | 能 | 能 | 合格 |
| 1.11 | 1.01 | 否 | 能 | - |
| 1.1 | 1.01 | 能 | 能 | 不合格 |
| 1.1 | 1 | 能 | 能 | 不合格 |
在其他实施例中，在25℃下，将销3的外径与中空管2的内径的比值设为X，中空管2的外径与孔11的内径的比值设为Y，X在1-1.05之间取值，Y在1.03-1.1之间取值，即(X，Y)对应的点落在图7中的阴影区域内，从而中空管2能够更顺畅地插入孔11内，销3能够很顺畅地插入中空管2内，销3的外壁不会过度磨损中空管2的内壁，烧结过程中，销3的外壁始终贴紧中空管2的内壁，又不会过度朝外挤压中空管2的管壁，可避免中空管2因为受到过度挤压而变形，中空管2的外壁和孔11的内壁能够紧密贴合、并形成支撑作用，且中空管2的管壁受热、膨胀更充分，从而与孔11的内壁间的熔接强度更高。
或者，在其他实施例中，在25℃下，将销3的外径与中空管2的内径的比值设为X，中空管2的外径与孔11的内径的比值设为Y，(X，Y)对应的点落在直线Y＝-1.4X+2.5，直线Y＝1.1及直线X＝1.05所包围的区域内时，如图8中的阴影区域，即X在1-1.05之间任一取值时，对应的Y的取值在直线Y＝-1.4X+2.5，直线Y＝1.1及直线X＝1.05包围的三角形区域内，Y的取值总是不小于直线Y＝-1.4X+2.5对应的Y的取值，以确保中空管2的外壁和孔11的内壁间的挤压、支撑作用充分，从而烧结完成后，二者间形成可靠的熔接，密封性好。
步骤(2)：将插有多根中空管2的端板1置于加热设备4内部，加热设备4内的温度首先经第一升温阶段上升至端板1和中空管2的材料的熔点以下30℃至熔点以上20℃之间，再经第二升温阶段上升至高于端板1和中空管2的材料的熔点以上30℃至熔点以上60℃之间，第一升温阶段具有第一升温速度，第二升温阶段具有第二升温速度，第一升温速度大于第二升温速度，中空管2和端板1充分受热、熔融。
步骤(3)：加热设备4内的温度下降，熔融的中空管2的外壁和端板1的孔的内壁逐渐冷却、并密封地熔接在一起。具体地，加热设备4内的温度经第一降温阶段下降至端板1和中空管2的材料的熔点以下30℃至熔点以上20℃之间，再经第二降温阶段下降至室温25℃，第一降温阶段具有第一降温速度，第二降温阶段具有第二降温速度，第二降温速度大于第一降温速度。
为最大限度地改善端板1和中空管2之间的熔接性能，对第一升温阶段的第一升温速度、第二升温阶段的第二升温速度、第一降温阶段的第一降温速度及第二降温阶段的第二降温速度做了优化控制，具体如下：
步骤(2)中，第一升温速度设为第二升温速度的40-70倍，即第一升温速度远大于第二升温速度，第一升温阶段快速升温，缩短整个烧结过程的时间，第一升温阶段末，加热设备4内的温度到达中空管2和端板1的材料的熔点以下30℃至熔点以上20℃之间，再通过较小的第二升温速度，继续加热，中空管2和端板1受热、熔融充分且均一，以确保中空管2的外壁和孔11的内壁处处紧密贴合，不留空隙，并形成挤压、支撑作用。
步骤(3)中，第二降温速度设为第一降温速度的4.5-5.3倍，同样地，加热设备4首先由较高的温度通过较小的第一降温速度下降至中空管2和端板1的材料的熔点以下30℃至熔点以上20℃之间，该第一降温阶段中，加热设备4内降温速度缓慢、均匀，从而端板1和中空管2的降温、冷却速率也均匀、一致，有利于释放内部应力，中空管2的外壁和孔11的内壁始终紧密贴合，形成挤压、支撑作用，再经较快的第二降温阶段，充分熔融的中空管2的外壁和孔11的内壁密封地熔接在一起，熔接余量足够大，熔接强度高。
以上第一升温速度与第二升温速度之间的相对关系，第二降温速度与第一降温速度之间的相对关系，可在下面的加热和降温过程的具体描述中得到支持。
本实施例中，如图4所示，将插有多根中空管2的端板1从加热设备4底部的开口40伸入加热设备4的内部，端板1置于加热设备4的开口40内侧的支架41上。
支架41包括圆环状的平板和一体形成于圆环状的平板内周的圆筒部，圆环状的平板置于加热设备4的开口40内侧边沿，圆筒部用于支撑端板1，圆筒部具有足够的轴向高度，以使得端板1正好对准加热设备4的热风口42，从而更多的热风能够吹向端板1和插入孔11的中空管2的端部，加快端板1和中空管2的受热、熔融速率，并提高热风利用率和烧结效率。当然，支架41也可以是其他形式，只要能够支撑端板1和中空管2，并使得端板1对准热风口42即可。
为提高加热设备4的加热效率和速率，并进一步改善端板1的外观，比较好的做法是：在端板1置于加热设备4的内部后，将开口40处密封住，即端板1的朝向开口40外侧的端面被堵住，而不是直接暴露外界环境中。
本实施例中，中空管2和端板1的材料为PTFE，PTFE的熔点为330℃，步骤(2)，即加热设备4的加热过程如下：
第一升温阶段：经0.5h，加热设备4内的温度由室温25℃以第一升温速度上升至300℃；
第二升温阶段：经8h，加热设备4内的温度由第一升温阶段末的温度300℃以第二升温速度上升至360℃；
保温阶段：将加热设备4内的温度在第二升温阶段末的温度360℃下保持6h。
即端板1和中空管2的加热过程分阶段进行。
加热设备4的加热分阶段进行，第一升温阶段：首先通过0.5h，以较大的第一升温速度、将加热设备4内的温度快速由室温25℃上升至端板1和中空管2的材料PTFE的熔点330℃以下30℃，缩短加热时间；然后，第二升温阶段：经过较长的时间8h、以较小的第二升温速度，将加热设备4内的温度由第一升温阶段末的温度300℃上升至高于熔点约30℃，第二升温速度远小于第一升温速度，从而第二升温阶段过程中，中空管2和端板1加热缓慢、均匀，二者受热、膨胀速率均匀、一致，从而在中空管2的外壁和孔11的内壁处处紧密贴合、不留空隙，并形成挤压、支撑作用；保温阶段，将加热设备4内的温度在高于熔点约30℃(第二升温阶段末的温度)下保温6h，以使得端板1和中空管2受热熔融、膨胀充分，膨胀量足够，以保证二者间具有足够的熔接量和熔接强度。
在对端板1和中空管2经第一升温阶段、第二升温阶段和充分保温阶段之后，开始对二者降温、冷却，以得到最终熔接可靠的产品，进一步地，本实施例中，加热设备4降温的具体过程如下：
步骤(3)中，第一降温阶段：加热设备4内的温度由保温阶段的温度360℃以第一降温速度、经7h降至300℃，第二降温阶段：加热设备4内的温度由300℃以第二降温速度、经6h降至室温25℃。
对加热设备4内分阶段降温，第一降温阶段，加热设备4内的温度由加热过程的保温阶段的温度以较小的第一降温速度、经7h降至300℃，即加热设备4内的温度由高于端板1和中空管2的材料PTFE的熔点330℃以上的30℃缓慢、均匀地降至熔点330℃以下30℃，加热设备4内降温速度缓慢、均匀，从而端板1和中空管2的降温、冷却速率也均匀、一致，有利于释放内部应力，二者在冷却过程中的收缩速率均匀、一致，确保在销3插入的长度范围内，中空管2的外壁和孔11的内壁间始终紧密贴合，保持挤压和支撑；再经过第二降温阶段，加热设备4内的温度由300℃以较大的第二降温速度、经6h降至室温25℃，经过第二降温阶段，中空管2的外壁和孔11的内壁紧密、充分地熔接在一起，且熔接量充分、熔接强度高。
于另一实施例中，步骤(2)，即加热设备4的加热过程如下：
第一升温阶段：经0.75h，加热设备4内的温度由室温25℃以第一升温速度上升至320℃；
第二升温阶段：经7h，加热设备4内的温度由第一升温阶段末的温度320℃以第二升温速度上升至375℃；
保温阶段：将加热设备4内的温度在第二升温阶段末的温度375℃下保持5h。
即端板1和中空管2的加热过程分阶段进行。
加热设备4的加热分阶段进行，第一升温阶段：首先通过0.75h，以较大的第一升温速度、将加热设备4内的温度快速由室温25℃上升至端板1和中空管2的材料PTFE的熔点330℃以下10℃，缩短加热时间；然后，第二升温阶段：经过较长的时间7h、以较小的第二升温速度，将加热设备4内的温度由第一升温阶段末的温度320℃上升至高于熔点约45℃，第二升温速度远小于第一升温速度，从而第二升温阶段过程中，中空管2和端板1加热缓慢、均匀，二者受热、膨胀速率均匀、一致，从而在中空管2的外壁和孔11的内壁处处紧密贴合、不留空隙，并形成挤压、支撑作用；保温阶段，将加热设备4内的温度在高于熔点约45℃(第二升温阶段末的温度)下保温5h，以使得端板1和中空管2受热熔融、膨胀充分，膨胀量足够，以保证二者间具有足够的熔接量和熔接强度。
在对端板1和中空管2经第一升温阶段、第二升温阶段和充分保温阶段之后，开始对二者降温、冷却，以得到最终熔接可靠的产品，进一步地，本实施例中，加热设备4降温的具体过程如下：
步骤(3)中，第一降温阶段：加热设备4内的温度由保温阶段的温度375℃以第一降温速度、经6h降至325℃，第二降温阶段：加热设备4内的温度由325℃以第二降温速度、经7.5h降至室温25℃。
对加热设备4内分阶段降温，第一降温阶段，加热设备4内的温度由加热过程的保温阶段的温度375℃以较小的第一降温速度、经6h降至325℃，即加热设备4内的温度由高于端板1和中空管2的材料PTFE的熔点330℃以上的45℃缓慢、均匀地降至熔点330℃以下5℃，加热设备4内降温速度缓慢、均匀，从而端板1和中空管2的降温、冷却速率也均匀、一致，有利于释放内部应力，二者在冷却过程中的收缩速率均匀、一致，确保在销3插入的长度范围内，中空管2的外壁和孔11的内壁间始终紧密贴合，保持挤压和支撑；再经过第二降温阶段，加热设备4内的温度由325℃以较大的第二降温速度、经7.5h降至室温25℃，经过第二降温阶段，中空管2的外壁和孔11的内壁紧密、充分地熔接在一起，且熔接量充分、熔接强度高。
于其他实施例中，步骤(2)，即加热设备4的加热过程如下：
第一升温阶段：经1h，加热设备4内的温度由室温25℃以第一升温速度上升至340℃；
第二升温阶段：经6h，加热设备4内的温度由第一升温阶段末的温度340℃以第二升温速度上升至390℃；
保温阶段：将加热设备4内的温度在第二升温阶段末的温度390℃下保持4h。
即端板1和中空管2的加热过程分阶段进行。
加热设备4的加热分阶段进行，第一升温阶段：首先通过1h，以较大的第一升温速度、将加热设备4内的温度快速由室温25℃上升至端板1和中空管2的材料PTFE的熔点330℃以上10℃，缩短加热时间；然后，第二升温阶段：经过较长的时间6h、以较小的第二升温速度，将加热设备4内的温度由第一升温阶段末的温度340℃上升至高于熔点约60℃，第二升温速度远小于第一升温速度，从而第二升温阶段过程中，中空管2和端板1加热缓慢、均匀，二者受热、膨胀速率均匀、一致，从而在中空管2的外壁和孔11的内壁处处紧密贴合、不留空隙，并形成挤压、支撑作用；保温阶段，将加热设备4内的温度在高于熔点约60℃(第二升温阶段末的温度)下保温4h，以使得端板1和中空管2受热熔融、膨胀充分，膨胀量足够，以保证二者间具有足够的熔接量和熔接强度。
在对端板1和中空管2经第一升温阶段、第二升温阶段和充分保温阶段之后，开始对二者降温、冷却，以得到最终熔接可靠的产品，进一步地，本实施例中，加热设备4降温的具体过程如下：
步骤(3)中，第一降温阶段：加热设备4内的温度由保温阶段的温度390℃以第一降温速度、经5h降至350℃，第二降温阶段：加热设备4内的温度由350℃以第二降温速度、经9h降至室温25℃。
对加热设备4内分阶段降温，第一降温阶段，加热设备4内的温度由加热过程的保温阶段的温度390℃以较小的第一降温速度、经5h降至350℃，即加热设备4内的温度由高于端板1和中空管2的材料PTFE的熔点330℃以上的60℃缓慢、均匀地降至熔点330℃以上20℃，加热设备4内降温速度缓慢、均匀，从而端板1和中空管2的降温、冷却速率也均匀、一致，有利于释放内部应力，二者在冷却过程中的收缩速率均匀、一致，确保在销3插入的长度范围内，中空管2的外壁和孔11的内壁间始终紧密贴合，保持挤压和支撑；再经过第二降温阶段，加热设备4内的温度由350℃以较大的第二降温速度、经9h降至室温25℃，经过第二降温阶段，中空管2的外壁和孔11的内壁紧密、充分地熔接在一起，且熔接量充分、熔接强度高。
于其他实施例中，步骤(2)，即加热设备4的加热过程如下：
第一升温阶段：经1h，加热设备4内的温度由室温25℃以第一升温速度上升至350℃；
第二升温阶段：经6h，加热设备4内的温度由第一升温阶段末的温度350℃以第二升温速度上升至390℃；
保温阶段：将加热设备4内的温度在第二升温阶段末的温度390℃下保持4h。
即端板1和中空管2的加热过程分阶段进行。
加热设备4的加热分阶段进行，第一升温阶段：首先通过1h，以较大的第一升温速度、将加热设备4内的温度快速由室温25℃上升至端板1和中空管2的材料PTFE的熔点330℃以上20℃，缩短加热时间；然后，第二升温阶段：经过较长的时间6h、以较小的第二升温速度，将加热设备4内的温度由第一升温阶段末的温度350℃上升至高于熔点约60℃，第二升温速度远小于第一升温速度，从而第二升温阶段过程中，中空管2和端板1加热缓慢、均匀，二者受热、膨胀速率均匀、一致，从而在中空管2的外壁和孔11的内壁处处紧密贴合、不留空隙，并形成挤压、支撑作用；保温阶段，将加热设备4内的温度在高于熔点约60℃(第二升温阶段末的温度)下保温4h，以使得端板1和中空管2受热熔融、膨胀充分，膨胀量足够，以保证二者间具有足够的熔接量和熔接强度。
在对端板1和中空管2经第一升温阶段、第二升温阶段和充分保温阶段之后，开始对二者降温、冷却，以得到最终熔接可靠的产品，进一步地，本实施例中，加热设备4降温的具体过程如下：
步骤(3)中，第一降温阶段：加热设备4内的温度由保温阶段的温度390℃以第一降温速度、经5h降至350℃，第二降温阶段：加热设备4内的温度由350℃以第二降温速度、经9h降至室温25℃。
对加热设备4内分阶段降温，第一降温阶段，加热设备4内的温度由加热过程的保温阶段的温度390℃以较小的第一降温速度、经5h降至350℃，即加热设备4内的温度由高于端板1和中空管2的材料PTFE的熔点330℃以上的60℃缓慢、均匀地降至熔点330℃以上20℃，加热设备4内降温速度缓慢、均匀，从而端板1和中空管2的降温、冷却速率也均匀、一致，有利于释放内部应力，二者在冷却过程中的收缩速率均匀、一致，确保在销3插入的长度范围内，中空管2的外壁和孔11的内壁间始终紧密贴合，保持挤压和支撑；再经过第二降温阶段，加热设备4内的温度由350℃以较大的第二降温速度、经9h降至室温25℃，经过第二降温阶段，中空管2的外壁和孔11的内壁紧密、充分地熔接在一起，且熔接量充分、熔接强度高。
需要补充说明的是，当端板1和中空管2的材料为其他含氟聚合物时，加热设备内部的加热、升温过程与上述的过程相同：加热设备4内的温度首先经第一升温阶段上升至端板1和中空管2的材料的熔点以下30℃至熔点以上20℃之间，再经第二升温阶段上升至高于端板1和中空管2的材料的熔点以上30℃至熔点以上60℃之间，第一升温阶段具有第一升温速度，第二升温阶段具有第二升温速度，第一升温速度大于第二升温速度；中空管2和端板1充分受热、熔融后，加热设备4内的温度下降，熔融的中空管2的外壁和端板1的孔11的内壁逐渐冷却、并密封地熔接在一起。
另外，本实施例中，端板1的外径为50mm-80mm，孔11的内径为2mm-5mm，烧结过程中，端板1的外周和顶端可完全暴露于加热设备4内。烧结完成后，端板1的外周及顶端各处形变小、且均一，后续仅需稍作简单的加工或者无需作进一步加工即可得到符合要求的成品。
于其他实施例中，如图4a所示，对于尺寸较大的端板1和中空管2，在端板1的外周设有限涨环7，端板1的外周和限涨环7的内壁间留有间隙。端板1在受热之后，会向外周形成较大幅度的膨胀，膨胀之后，端板1的外周抵靠于限涨环7的内壁，限涨环7可限制端板1向外膨胀的幅度，防止端板1过度膨胀，导致烧结得到的产品外观不规则，外形多样，还需要复杂的后续加工。
通过上述方法烧结得到的管板组件，再将其密封固定至热交换器的壳体5内部。如图5所示，壳体5包括筒体51，密封固定至筒体51两端的第一端盖52和第二端盖53，第一端盖52和第二端盖53分别具有第一接头54和第二接头55，筒体51的两端分别设有第三接头56和第四接头57。
具体地，端部与端板1形成熔接的中空管2和两个端板1装入筒体51内部，两个端板1分别在筒体51的两端形成定位：其中的一个端板1的外径的最大值小于筒体51的内径的最小值，该端板1从筒体1的第二端伸入、穿过筒体1，到达筒体51的第一端，再通过卡圈6补偿该端板1的外径，使得该端板1在筒体51的第一端形成定位；另一个端板1和筒体51的第二端的内壁间通过突起和凹槽结构形成定位。两个端板1在筒体51的两端形成定位后，凸缘13的末端面与筒体51的两个端面齐平，再通过热熔焊接操作，将第一端盖52和第二端盖53分别密封固定至筒体51的两端，其中，第一端盖52同时与筒体51的第一端的端面及一个端板1的凸缘13的末端面形成密封连接，第二端盖53同时与筒体51的第二端的端面及另一个端板1的凸缘13的末端面形成密封连接。
以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (16)
1.一种热交换器的管板烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)，多根柔性中空管插入端板的多个孔中，所述中空管和端板的材料为含氟聚合物，所述中空管的外径大于孔的内径，多根销插入所述多根中空管的内部，所述销的外径不小于中空管的内径；
步骤(2)，将插有多根中空管的端板置于加热设备内部，加热设备内的温度首先经第一升温阶段上升至端板和中空管的材料的熔点以下30℃至熔点以上20℃之间，再经第二升温阶段上升至高于端板和中空管的材料的熔点以上30℃至熔点以上60℃之间，所述第一升温阶段具有第一升温速度，所述第二升温阶段具有第二升温速度，所述第一升温速度大于第二升温速度，所述中空管和端板充分受热、熔融；
步骤(3)，加热设备内的温度下降，熔融的中空管的外壁和端板的孔的内壁逐渐冷却、并密封地熔接在一起。
2.根据权利要求1所述的热交换器的管板烧结方法，其特征在于，步骤(3)中，加热设备内的温度经第一降温阶段下降至端板和中空管的材料的熔点以下30℃至熔点以上20℃之间，再经第二降温阶段下降至室温25℃，所述第一降温阶段具有第一降温速度，所述第二降温阶段具有第二降温速度，所述第二降温速度大于第一降温速度。
3.根据权利要求2所述的热交换器的管板烧结方法，其特征在于，步骤(2)中，所述第一升温速度为第二升温速度的40-70倍，步骤(3)中，所述第二降温速度为第一降温速度的4.5-5.3倍。
4.根据权利要求1所述的热交换器的管板烧结方法，其特征在于，在25℃下，所述销的外径与中空管的内径的比值设为X，所述中空管的外径与孔的内径的比值设为Y，X的取值在1-1.1之间，Y的取值在1.02-1.2之间。
5.根据权利要求4所述的热交换器的管板烧结方法，其特征在于，X的取值在1-1.05之间，Y的取值在1.03-1.1之间。
6.根据权利要求5所述的热交换器的管板烧结方法，其特征在于，(X，Y)对应的点落在直线Y＝-1.4X+2.5，直线Y＝1.1及直线X＝1.05所包围的区域内。
7.根据权利要求1或2所述的热交换器的管板烧结方法，其特征在于，所述端板的外径为50mm-80mm，所述孔的内径为2mm-5mm，所述端板的外周和顶端完全暴露于加热设备内。
8.根据权利要求1或2所述的热交换器的管板烧结方法，其特征在于，所述端板的外周设有限涨环，所述端板的外周和限涨环的内壁间留有间隙。
9.根据权利要求3所述的热交换器的管板烧结方法，其特征在于，所述中空管和端板的材料为PTFE，步骤(2)中，加热设备的加热过程如下：
第一升温阶段：经0.5h-1h，加热设备内的温度由室温25℃以第一升温速度上升至300℃-340℃；
第二升温阶段：经6h-8h，加热设备内的温度由第一升温阶段末的温度以第二升温速度上升至360℃-390℃；
保温阶段：将加热设备内的温度在第二升温阶段末的温度下保持4h-6h。
10.根据权利要求9所述的热交换器的管板烧结方法，其特征在于，步骤(3)中，第一降温阶段：加热设备内的温度由保温阶段的温度以第一降温速度、经5h-7h降至300℃-350℃，第二降温阶段：加热设备内的温度由300℃-350℃以第二降温速度、经6h-9h降至室温25℃。
11.根据权利要求1所述的热交换器的管板烧结方法，其特征在于，所述销的材
质为不锈钢或者镍基钢，其主体部分为圆柱状，其插入中空管内部的一端部包括圆弧面，所述销插入中空管的内部后，其圆柱状的主体部分的外壁挤压中空管的内壁。
12.根据权利要求1所述的热交换器的管板烧结方法，其特征在于，所述端板包括烧结圆盘和突出形成于烧结圆盘一端面边沿的一圈凸缘，所述孔为圆柱状、并同心、均匀分布于烧结圆盘中。
13.根据权利要求12所述的热交换器的管板烧结方法，其特征在于，步骤(1)中，所述销插入中空管的内部的长度至少为烧结圆盘的厚度的70％。
14.根据权利要求12所述的热交换器的管板烧结方法，其特征在于，步骤(3)中，所述中空管和烧结圆盘熔接在一起的长度至少为烧结圆盘的厚度的70％。
15.根据权利要求12所述的热交换器的管板烧结方法，其特征在于，相邻孔之间的壁厚为1mm-2mm，最外圈的孔与凸缘的径向距离为1mm-2mm，凸缘的径向厚度为5mm-7mm。
16.根据权利要求12所述的热交换器的管板烧结方法，其特征在于，所述中空管的端部插入端板的孔内之后，其末端与烧结圆盘的端面齐平；或者，所述中空管的端部插入端板的孔内之后，其末端突出于烧结圆盘的端面，烧结完成后，再切除中空管的端部突出部分，以使得中空管的末端和烧结圆盘的端面齐平。
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