CN114178340B - 一种激光焊接铝翅片管及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光焊接铝翅片管及其加工工艺。采用不锈钢管管和铝管复合管，再在铝管上绕制铝带，在氦气保护下，进行激光焊接铝翅片管并且缓慢冷却。同时附有耐腐蚀膜，添加了改性双酚A型环氧树脂提高其耐腐蚀性能，并添加了改性聚芳醚砜，在防腐蚀的同时还具有耐高温性能以及防污性能，对翅片管具有保护作用，延长了翅片管的工作年限。该加工工艺在加工过程中不需使用润滑油，提高了生产效率，节约了生产成本，提高了换热效果。
Description
技术领域
本发明涉及铝管加工技术领域，具体为一种激光焊接铝翅片管及其加工工艺。
背景技术
作为热量传递中的过程设备，换热器在工业领域中的应用极为广泛，其性能的好坏直接影响着能源利用的效率。因此，针对换热器的材料、结构尺寸进行综合性能分析，是一件兼具理论指导意义和实际工程应用价值的工作。翅片管换热器具有加工和装配简单、能承受高温高压、可靠性高、适应性强、选材范围广等优点，被广泛应用在空调、制冷、化工等工业领域。现有技术中，翅片管一般是延展性和传热效率更高的管材，为了进一步提高热传导效率，通常用轧机将铝挤压成翅片，即形成了翅片换热管，翅片管的高翅化比使得传热效率是同等直径光滑管的十倍以上，其质量大幅度减轻的同时，传热效率也得到了大幅度的提升,应用部门涉及到了炼油，化工，甚至到食品工业领域。
然而，在实际生产应用中，翅片管也具有许多缺点，如防腐蚀性差，清洗麻烦，加工过程中需使用润滑油操作繁琐，焊接不紧密的缺点。
综上，解决上述问题，制备激光焊接铝翅片管及其加工工艺具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光焊接铝翅片管及其加工工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种激光焊接铝翅片管的加工工艺，包括以下步骤：
步骤一：将铝管与不锈钢管进行超声波清洗5～15min，干燥；
步骤二：将铝管套在不锈钢管的外面，加热铝管和不锈钢管至500～560℃，把铝管和钢管头部复合在一起，冷拔，退火至600～620℃，校直；
步骤三：在铝管一端固定铝带，绕制制备好的铝带，在铝管另一端固定铝带；
步骤四：采用激光焊接，将铝带焊接在铝管上，得到激光焊接铝翅片管。
较为优化地，步骤四中，铝翅片管表面附有耐腐蚀膜；耐腐蚀膜的制备方法为：加入双酚A型环氧树脂，多聚甲醛，苯胺，聚芳醚砜，在100～110℃下搅拌20～30min，加入无水乙醚，用盐酸洗涤三次，用去离子水洗涤三次，加入无水硫酸钠，干燥，过滤，旋转蒸发，真空干燥20～22h；加入二甲苯，正丁醇，搅拌6～8h，将铝翅片管浸没在耐腐蚀膜液体中，干燥。
较为优化地，所述双酚A型环氧树脂经过改性：改性方法为：加入双酚A型环氧树脂、四丁基溴化铵、加热搅拌，通入二氧化碳，加入乙酸乙酯、去离子水，蒸馏，搅拌，加入端氨基聚醚、制得改性双酚A型环氧树脂。
较为优化地，所述聚芳醚砜的制备方法为：将双氯、4,4’-二氯二苯砜、双酚酸、无水碳酸钾、甲苯在氮气保护下，加热至120～140℃，在160～180℃加热7～9h，加入烯丙基溴，加热，蒸馏，烘干，得到聚芳醚砜。
较为优化地，所述聚芳醚砜经过改性，改性方法为：将聚芳醚砜、烯丙基、端氢硅油、环己酮、催化剂升温至100～130℃，加入乙醇，真空干燥8～10h。
较为优化地，步骤四的激光焊接要在氦气保护下进行。
较为优化地，激光焊接后，以30～50℃/min的速度缓慢冷却至450～500℃，保温30～50min，再以70～90℃/min的速度冷却至室温。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
(1)铝翅片管表面附有耐腐蚀膜。当工作环境空气或者介质中含有腐蚀气体时，对没有耐腐蚀膜的铝翅片管损耗影响大，本发明防腐膜可以通过涂层的物理隔绝作用将环境与金属隔绝开，并抑制氧、离子或水分子等腐烛介质的渗透，防止腐蚀介质对金属涂层界面的破坏，抑制涂层溶胀、剥离，使涂层长时间保持有效作用。
(2)添加了改性双酚A型环氧树脂。改性双酚A型环氧树脂中氨基甲酸酯的β-位碳原子上含有一个羟基，能与氨基甲酸酯的羰基形成分子内氢键，使铝翅片管耐腐蚀膜的亲水性和可水解性大幅度降低，且使防腐蚀性性能提高，涂层渗透性能降低。
(3)在耐腐蚀膜中添加了聚芳醚砜，提升其耐热性，同时对聚芳醚砜进行改性，引入低表面能的有机硅，来改善聚芳醚砜材料的表面性质，赋予了聚芳醚砜的疏水性能。将添加了改性聚芳醚砜的防腐蚀膜涂覆在铝翅片管表面，在耐腐蚀的同时，还具有耐高温以及防污的特点。在解决铝翅片管不锈钢管壁防污，方便清洁的同时，还使铝翅片管外表面具有耐腐蚀性，并且适用于高温工作场合。仅涂覆一层膜就可以解决三个生产中的问题，加工步骤简单。
(4)使用激光焊接，并缓慢冷却至室温。进行激光焊接之后，焊接接头的冷却速度非常快，铝翅片管中的氢会向热影响区扩散，热影响区的氢含量逐渐增加，并且能够扩散出去的很少，随着反应时间的推移，氢的浓度逐渐增加，使得氢与铝翅片管形成脆化相，影响铝翅片管的材料性能及其传热性能。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
步骤一：将铝管与不锈钢管进行超声波清洗10min，干燥。
步骤二：将铝管套在不锈钢管的外面，加热铝管和不锈钢管至530℃，把铝管和钢管头部复合在一起。冷拔，退火至610℃，校直。
步骤三：在铝管一端固定铝带，绕制制备好的铝带，在铝管另一端固定铝带。
步骤四：采用激光焊接，将铝带焊接在铝管上，得到激光焊接铝翅片管。激光焊接后，以40℃/min的速度缓慢冷却至470℃，保温40min，再以80℃/min的速度冷却至室温。
步骤五：加入14.2g双酚A型环氧树脂、2g四丁基溴化铵、加热搅拌，通入二氧化碳，加入5g乙酸乙酯、25ml去离子水，蒸馏，搅拌，加入5g端氨基聚醚，制得改性双酚A型环氧树脂。
步骤六：将12g双氯、3g4,4’-二氯二苯砜、6g双酚酸、8g无水碳酸钾、50ml甲苯在氮气保护下，加热至130℃，在170℃加热8h，加入3g烯丙基溴，加热，蒸馏，烘干，得到聚芳醚砜。将15g聚芳醚砜、4g烯丙基、2g端氢硅油、40mL环己酮、催化剂升温至115℃，加入乙醇，真空干燥9h，得到改性聚芳醚砜。
步骤七：加入25g改性双酚A型环氧树脂，12g多聚甲醛，17g苯胺，16g改性聚芳醚砜，在105℃下搅拌25min，加入300ml无水乙醚，用盐酸洗涤三次，用去离子水洗涤三次，加入无水硫酸钠，干燥，过滤，旋转蒸发，真空干燥21h；加入15ml二甲苯，7ml正丁醇，搅拌7h，得到耐腐蚀膜液体，将铝翅片管浸没在耐腐蚀膜液体中，干燥，得到一种激光焊接铝翅片管。
实施例2：
步骤一：将铝管与不锈钢管进行超声波清洗5min，干燥。
步骤二：将铝管套在不锈钢管的外面，加热铝管和不锈钢管至500℃，把铝管和钢管头部复合在一起。冷拔，退火至600℃，校直。
步骤三：在铝管一端固定铝带，绕制制备好的铝带，在铝管另一端固定铝带。
步骤四：采用激光焊接，将铝带焊接在铝管上，得到激光焊接铝翅片管。激光焊接后，以30℃/min的速度缓慢冷却至450℃，保温30min，再以70℃/min的速度冷却至室温。
步骤五：加入14.2g双酚A型环氧树脂、2g四丁基溴化铵、加热搅拌，通入二氧化碳，加入5g乙酸乙酯、25ml去离子水，蒸馏，搅拌，加入5g端氨基聚醚，制得改性双酚A型环氧树脂。
步骤六：将12g双氯、3g4,4’-二氯二苯砜、6g双酚酸、8g无水碳酸钾、50ml甲苯在氮气保护下，加热至120℃，在160℃加热7h，加入3g烯丙基溴，加热，蒸馏，烘干，得到聚芳醚砜。将15g聚芳醚砜、4g烯丙基、2g端氢硅油、40mL环己酮、催化剂升温至100℃，加入乙醇，真空干燥8h,得到改性聚芳醚砜。
步骤七：加入25g改性双酚A型环氧树脂，12g多聚甲醛，17g苯胺，16g改性聚芳醚砜，在100℃下搅拌20min，加入300ml无水乙醚，用盐酸洗涤三次，用去离子水洗涤三次，加入无水硫酸钠，干燥，过滤，旋转蒸发，真空干燥20h；加入15ml二甲苯，7ml正丁醇，搅拌6h，得到耐腐蚀膜液体，将铝翅片管浸没在耐腐蚀膜液体中，干燥，得到一种激光焊接铝翅片管。
实施例3：
步骤一：将铝管与不锈钢管进行超声波清洗15min，干燥。
步骤二：将铝管套在不锈钢管的外面，加热铝管和不锈钢管至560℃，把铝管和钢管头部复合在一起。冷拔，退火至620℃，校直。
步骤三：在铝管一端固定铝带，绕制制备好的铝带，在铝管另一端固定铝带。
步骤四：采用激光焊接，将铝带焊接在铝管上，得到激光焊接铝翅片管。激光焊接后，以50℃/min的速度缓慢冷却至500℃，保温50min，再以90℃/min的速度冷却至室温。
步骤五：加入14.2g双酚A型环氧树脂、2g四丁基溴化铵、加热搅拌，通入二氧化碳，加入5g乙酸乙酯、25ml去离子水，蒸馏，搅拌，加入5g端氨基聚醚，制得改性双酚A型环氧树脂。
步骤六：将12g双氯、3g4,4’-二氯二苯砜、6g双酚酸、8g无水碳酸钾、50ml甲苯在氮气保护下，加热至140℃，在180℃加热9h，加入3g烯丙基溴，加热，蒸馏，烘干，得到聚芳醚砜。将15g聚芳醚砜、4g烯丙基、2g端氢硅油、40mL环己酮、催化剂升温至130℃，加入乙醇，真空干燥8～10h,得到改性聚芳醚砜。
步骤七：加入25g改性双酚A型环氧树脂，12g多聚甲醛，17g苯胺，16g改性聚芳醚砜，在110℃下搅拌30min，加入300ml无水乙醚，用盐酸洗涤三次，用去离子水洗涤三次，加入无水硫酸钠，干燥，过滤，旋转蒸发，真空干燥22h；加入15ml二甲苯，7ml正丁醇，搅拌8h，得到耐腐蚀膜液体，将铝翅片管浸没在耐腐蚀膜液体中，干燥，得到一种激光焊接铝翅片管。
实施例4：激光焊接后，快速降温至室温，其余与实施例1相同。
步骤一：将铝管与不锈钢管进行超声波清洗10min，干燥。
步骤二：将铝管套在不锈钢管的外面，加热铝管和不锈钢管至530℃，把铝管和钢管头部复合在一起。冷拔，退火至610℃，校直。
步骤三：在铝管一端固定铝带，绕制制备好的铝带，在铝管另一端固定铝带。
步骤四：采用激光焊接，将铝带焊接在铝管上，得到激光焊接铝翅片管。激光焊接后，以100℃/min的速度冷却至500℃，保温15min，再以100℃/min的速度冷却至室温，得到激光焊接铝翅片管。
步骤五：加入14.2g双酚A型环氧树脂、2g四丁基溴化铵、加热搅拌，通入二氧化碳，加入5g乙酸乙酯、25ml去离子水，蒸馏，搅拌，加入5g端氨基聚醚，制得改性双酚A型环氧树脂。
步骤六：将12g双氯、3g4,4’-二氯二苯砜、6g双酚酸、8g无水碳酸钾、50ml甲苯在氮气保护下，加热至130℃，在170℃加热8h，加入3g烯丙基溴，加热，蒸馏，烘干，得到聚芳醚砜。将15g聚芳醚砜、4g烯丙基、2g端氢硅油、40mL环己酮、催化剂升温至115℃，加入乙醇，真空干燥9h,得到改性聚芳醚砜。
步骤七：加入25g改性双酚A型环氧树脂，12g多聚甲醛，17g苯胺，16g改性聚芳醚砜，在105℃下搅拌25min，加入300ml无水乙醚，用盐酸洗涤三次，用去离子水洗涤三次，加入无水硫酸钠，干燥，过滤，旋转蒸发，真空干燥21h；加入15ml二甲苯，7ml正丁醇，搅拌7h，得到耐腐蚀膜液体，将铝翅片管浸没在耐腐蚀膜液体中，干燥，得到一种激光焊接铝翅片管。
实施例5：不在铝翅片管表面附耐腐蚀膜，其余与实施例1相同。
步骤一：将铝管与不锈钢管进行超声波清洗10min，干燥。
步骤二：将铝管套在不锈钢管的外面，加热铝管和不锈钢管至530℃，把铝管和钢管头部复合在一起。冷拔，退火至610℃，校直。
步骤三：在铝管一端固定铝带，绕制制备好的铝带，在铝管另一端固定铝带，得到一种激光焊接铝翅片管。
实施例6：不对聚芳醚砜进行改性，其余与实施例1相同。
步骤一：将铝管与不锈钢管进行超声波清洗10min，干燥。
步骤二：将铝管套在不锈钢管的外面，加热铝管和不锈钢管至530℃，把铝管和钢管头部复合在一起。冷拔，退火至610℃，校直。
步骤三：在铝管一端固定铝带，绕制制备好的铝带，在铝管另一端固定铝带。
步骤四：采用激光焊接，将铝带焊接在铝管上，得到激光焊接铝翅片管。激光焊接后，以40℃/min的速度缓慢冷却至470℃，保温40min，再以80℃/min的速度冷却至室温。
步骤五：加入14.2g双酚A型环氧树脂、2g四丁基溴化铵、加热搅拌，通入二氧化碳，加入5g乙酸乙酯、25ml去离子水，蒸馏，搅拌，加入5g端氨基聚醚，制得改性双酚A型环氧树脂。
步骤六：将12g双氯、3g4,4’-二氯二苯砜、6g双酚酸、8g无水碳酸钾、50ml甲苯在氮气保护下，加热至130℃，在170℃加热8h，加入3g烯丙基溴，加热，蒸馏，烘干，得到聚芳醚砜。
步骤七：加入25g改性双酚A型环氧树脂，12g多聚甲醛，17g苯胺，16g聚芳醚砜，在105℃下搅拌25min，加入300ml无水乙醚，用盐酸洗涤三次，用去离子水洗涤三次，加入无水硫酸钠，干燥，过滤，旋转蒸发，真空干燥21h；加入15ml二甲苯，7ml正丁醇，搅拌7h，得到耐腐蚀膜液体，将铝翅片管浸没在耐腐蚀膜液体中，干燥，得到一种激光焊接铝翅片管。
实施例7：不对双酚A型环氧树脂进行改性，其余与实施例1相同。
步骤一：将铝管与不锈钢管进行超声波清洗10min，干燥。
步骤二：将铝管套在不锈钢管的外面，加热铝管和不锈钢管至530℃，把铝管和钢管头部复合在一起。冷拔，退火至610℃，校直。
步骤三：在铝管一端固定铝带，绕制制备好的铝带，在铝管另一端固定铝带。
步骤四：采用激光焊接，将铝带焊接在铝管上，得到激光焊接铝翅片管。激光焊接后，以40℃/min的速度缓慢冷却至470℃，保温40min，再以80℃/min的速度冷却至室温。
步骤五：将12g双氯、3g4,4’-二氯二苯砜、6g双酚酸、8g无水碳酸钾、50ml甲苯在氮气保护下，加热至130℃，在170℃加热8h，加入3g烯丙基溴，加热，蒸馏，烘干，得到聚芳醚砜。将15g聚芳醚砜、4g烯丙基、2g端氢硅油、40mL环己酮、催化剂升温至115℃，加入乙醇，真空干燥9h,得到改性聚芳醚砜。
步骤六：加入25g双酚A型环氧树脂，12g多聚甲醛，17g苯胺，16g改性聚芳醚砜，在105℃下搅拌25min，加入300ml无水乙醚，用盐酸洗涤三次，用去离子水洗涤三次，加入无水硫酸钠，干燥，过滤，旋转蒸发，真空干燥21h；加入15ml二甲苯，7ml正丁醇，搅拌7h，得到耐腐蚀膜液体，将铝翅片管浸没在耐腐蚀膜液体中，干燥，得到一种激光焊接铝翅片管。
实施例8：不添加聚芳醚砜，其余与实施例1相同。
步骤一：将铝管与不锈钢管进行超声波清洗10min，干燥。
步骤二：将铝管套在不锈钢管的外面，加热铝管和不锈钢管至530℃，把铝管和钢管头部复合在一起。冷拔，退火至610℃，校直。
步骤三：在铝管一端固定铝带，绕制制备好的铝带，在铝管另一端固定铝带。
步骤四：采用激光焊接，将铝带焊接在铝管上，得到激光焊接铝翅片管。激光焊接后，以40℃/min的速度缓慢冷却至470℃，保温40min，再以80℃/min的速度冷却至室温。
步骤五：加入14.2g双酚A型环氧树脂、2g四丁基溴化铵、加热搅拌，通入二氧化碳，加入5g乙酸乙酯、25ml去离子水，蒸馏，搅拌，加入5g端氨基聚醚，制得改性双酚A型环氧树脂。
步骤六：将12g双氯、3g4,4’-二氯二苯砜、6g双酚酸、8g无水碳酸钾、50ml甲苯在氮气保护下，加热至130℃，在170℃加热8h，加入3g烯丙基溴，加热，蒸馏，烘干，得到聚芳醚砜。将15g聚芳醚砜、4g烯丙基、2g端氢硅油、40mL环己酮、催化剂升温至115℃，加入乙醇，真空干燥9h，得到改性聚芳醚砜。
步骤七：加入25g改性双酚A型环氧树脂，12g多聚甲醛，17g苯胺，16g改性聚芳醚砜，在105℃下搅拌25min，加入300ml无水乙醚，用盐酸洗涤三次，用去离子水洗涤三次，加入无水硫酸钠，干燥，过滤，旋转蒸发，真空干燥21h；加入15ml二甲苯，7ml正丁醇，搅拌7h，得到耐腐蚀膜液体，将铝翅片管浸没在耐腐蚀膜液体中，干燥，得到一种激光焊接铝翅片管。
实验1：将实施例1～3和实施例5制备的铝翅片管置于盐酸中浸泡48h后清洗，进行耐腐蚀测试，观察其48h后铝翅片管的外观状况。
结论：由实施例5可知，在铝翅片管表面附耐腐蚀膜，可以通过涂层的物理隔绝作用将环境与金属隔绝开，并抑制氧、离子或水分子等腐烛介质的渗透，防止腐蚀介质对金属涂层界面的破坏，抑制涂层溶胀、剥离，使涂层长时间保持有效作用，增强铝翅片管耐腐蚀性能，延长使用寿命。由实施例7可以看出，改性双酚A型环氧树脂能使铝翅片管膜的亲水性大幅度降低，且使耐化学品性能提高，涂层渗透性能降低，并且拥有良好的防腐蚀性。
实验2：取实施例1～7制备的铝翅片管进行性能测试，测试结果如下：
结论：由实施例1～7的数据可知，由实施例4和实施例1～3对比可得在激光焊接后，将铝翅片管缓慢冷却至室温，利于铝翅片管提升传热性能；由实施例8可以看出，对聚芳醚砜进行改性，可以提高翅片管耐热性能。
实验3：取实施例1～3和实施例6制备的铝翅片管进行疏水性能测试。
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例6 | |
| 接触角 | 102° | 102° | 102° | 87° |
结论：由实施例1～3和实施例6的数据可知，对聚芳醚砜进行改性，接触角大于100度，铝翅片管表面有亲水性变为疏水性，赋予铝翅片管防污、易清洗的特点。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (7)
1.一种激光焊接铝翅片管的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将铝管与不锈钢管进行超声波清洗5～15min，干燥；
步骤二：将铝管套在不锈钢管的外面，加热铝管和不锈钢管至500～560℃，把铝管和不锈钢管头部复合在一起，冷拔，退火至600～620℃，校直；
步骤三：在铝管一端固定铝带，绕制制备好的铝带，在铝管另一端固定铝带；
步骤四：采用激光焊接，将铝带焊接在铝管上，得到激光焊接铝翅片管；
步骤四中，铝翅片管表面经过耐腐蚀处理，具体步骤为：加入改性双酚A型环氧树脂、多聚甲醛、苯胺、聚芳醚砜，在100～110℃下搅拌20～30min，加入无水乙醚，用盐酸洗涤三次，用去离子水洗涤三次，加入无水硫酸钠，干燥，过滤，旋转蒸发，真空干燥20～22h；加入二甲苯、正丁醇，搅拌6～8h，得到耐腐蚀膜液体，将铝翅片管浸没在耐腐蚀膜液体中，干燥。
2.根据权利要求1所述的一种激光焊接铝翅片管的加工工艺，其特征在于：所述改性双酚A型环氧树脂制备方法为：加入双酚A型环氧树脂、四丁基溴化铵，加热搅拌，通入二氧化碳，加入乙酸乙酯、去离子水，蒸馏，搅拌，加入端氨基聚醚，制得改性双酚A型环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的一种激光焊接铝翅片管的加工工艺，其特征在于：所述聚芳醚砜的制备方法为：将双氯、4,4’-二氯二苯砜、双酚酸、无水碳酸钾、甲苯在氮气保护下，加热至120～140℃，在160～180℃加热7～9h，加入烯丙基溴，加热，蒸馏，烘干，得到聚芳醚砜。
4.根据权利要求3所述的一种激光焊接铝翅片管的加工工艺，其特征在于：所述聚芳醚砜经过改性，改性方法为：将聚芳醚砜、烯丙基、端氢硅油、环己酮、催化剂升温至100～130℃，加入乙醇，真空干燥8～10h。
5.根据权利要求1所述的一种激光焊接铝翅片管的加工工艺，其特征在于：步骤四的激光焊接要在氦气保护下进行。
6.根据权利要求5所述的一种激光焊接铝翅片管的加工工艺，其特征在于：激光焊接后，以30～50℃/min的速度缓慢冷却至450～500℃，保温30～50min，再以70～90℃/min的速度冷却至室温。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的一种激光焊接铝翅片管的加工工艺加工得到的一种激光焊接铝翅片管。
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