CN114653966A - 一种基于金属激光选区烧结技术的换热器生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于金属激光选区烧结技术的换热器生产方法，包括绘制三维图，选择生长方向，通过切分软件进行分层块处理，并进行程序编译，然后对基板进行清洗，将程序导入激光增材设备中逐步堆叠成三维零件，生产完成后进行退火，并对零件进行无裂纹检查，最后通过焊接的方式将零件焊接在一起，完成换热器的生产。通过采用激光选区烧结增材制造技术一体成型制作出的换热器芯体，不存在漏水的隐患，采用仿蜂巢分形微流道网络相比传统阵列流道网络具有更高的散热系数和更低的流动压降。仿蜂巢分形微流道网络传热层和圆孔微通道传热层依次交替叠加起到增大换热面积和增强扰流的作用，有利于提高芯体的换热系数，从而提高换热器的散热效率。
Description
技术领域
本发明涉及热交换设备领域，特别涉及一种基于金属激光选区烧结技术的换热器生产方法。
背景技术
目前上述领域特别是在大型高温高压与大温差换热工况的装备系统中，采用扩散焊微流道换热器，但是国内微流道换热器制造工艺水平低，其工艺、结构限制等因素可能导致问题，具体表现在：
1、电化学腐蚀刻槽工艺只能制备矩形截面流管，对于冷却与承载能力更优的圆形及复杂截面流管无法制备；同时电化学腐蚀工艺还存在环境污染问题，即腐蚀液废料的处理问题。
2、国内微型流道金属板片束的平整度和表面粗糙度无法保证，扩撒焊接时由于压力过高易发生翘曲变形和报废，一旦扩散焊报废难以修复。
3、国内的扩散焊接工艺还无法精确实现多板束的无缺陷焊接，存在连接强度不高，接头高温性能差以及耐蚀性不好等问题，这些都影响了冷却介质的流向与流速，甚至是泄露。限制了产品的工作压力，严重降低了换热器的热交换效率及产品的稳定性与可靠性。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺陷，本发明的主要目的在于克服现有技术的不足之处，公开了一种基于金属激光选区烧结技术的换热器生产方法，包括以下步骤：
S1，根据产品需求，通过三维软件绘制换热器的各组成部件的结构；并确定各部件三维模型成形生长方向；
S2，利用切分软件将S1中获得的零件三维模型在成形生长方向上进行分层块处理，确定增材制造程序编译；
S3，将增材制造的原料投入增材制造设备中，并对增材用基板表面进行清理；
S4，将S2中的到的增材制造程序导入增材制造设备中，通过增材制造设备逐步堆叠成三维零件；
S5，将生产完成的零件进行退火，以消除零件的残余应力；
S6，对零件进行检查，以保证零件无裂纹缺陷；
S7，将生产完成的换热器的各部件通过焊接在一起。
进一步地，所述换热器包括芯体、以及设置在所述芯体上的热进液法兰、热出液法兰、冷进液法兰和冷出液法兰，所述芯体包括交替叠加设置的若干第一传热层和第二传热层，所述第一传热层的两端分别与所述热进液法兰、所述热出液法兰连接，所述第二传热层分别与所述冷进液法兰、所述冷出液法兰连接。
进一步地，所述第一传热层为仿生蜂巢分形网络结构，由若干间隔排列的隔柱组成，且相邻所述隔柱之间形成相互连通的热流道。
进一步地，所述格柱的截面呈多边形。
进一步地，所述第二传热层包括至少一组流道组，所述流道阻包括一根进液流道、一根出液流道和至少一根连接流道，所述进液流道和所述出液流道分别连接所述连接流道的两端，组成“Z”形通道。
进一步地，所述进液流道、所述连接流道和所述出液流道的管道截面均为圆形，且直径逐渐变大。
进一步地，S3中，通过磨床对基板表面进行打磨，最后用丙酮擦洗。
进一步地，S4中，将原材料加热至200℃，再通过增材制造设备的铺粉装置按照预定粉末厚度在成形缸表面铺设一层粉末，增材制造设备按照轮廓数据控制高能束选择性的熔化隔层粉末材料，逐步堆叠成三维零件。
进一步地，单层粉末厚度控制在0.1-2.0mm。
进一步地，S6中，裂纹检测通过工业CT缺陷检测和荧光探伤方法检查。
本发明取得的有益效果：
1、通过采用激光选区烧结增材制造技术一体成型制作出的换热器芯体，不存在漏水的隐患，采用仿蜂巢分形微流道网络相比传统阵列流道网络具有更高的散热系数和更低的流动压降。仿蜂巢分形微流道网络传热层和圆孔微通道传热层依次交替叠加起到增大换热面积和增强扰流的作用，有利于提高芯体的换热系数，从而提高换热器的散热效率。
2、在深低温或高温、高压、强腐蚀与现场要求体积小、重量轻或换热介质昂贵的技术条件下具有突出优异性能与效益，并且可以降低微流道/微通道换热器的生产成本和周期。
3、适用于海洋工程装备、石油化工、化工、机械动力、燃料电池汽车、太阳热能、核能与氢能等新能源发电技术领域。
4、能大幅度提高单位体积换热面积、相应减小换热器体积与重量并提高运行可靠性，如在海工装备中天然气液化与液化天然气气化工艺等都是采用管壳式换热器，用微流道/微通道换热器可大幅度减少换热器体积与重量、提高运行可靠性、获得显著效益。
附图说明
图1为换热器的结构示意图；
图2为芯体的立体结构示意图；
图3为图2的主视图；
图4为图3中A-A剖视图；
图5为图3中B-B剖视图；
附图标记如下：
1、芯体，2、热进液法兰，3、热出液法兰，4、冷进液法兰，5、冷出液法兰，11、第一传热层，12、第二传热层，111、隔柱，112、热流道，121、进液流道，122、出液流道，123、连接流道。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
换热器，如图1-2所示，包括芯体1、以及设置在芯体上的热进液法兰2、热出液法兰3、冷进液法兰4和冷出液法兰5，芯体1包括交替叠加设置的若干第一传热层11和第二传热层12，第一传热层11的两端分别与热进液法兰2、热出液法兰3连接，第二传热层12分别与冷进液法兰4、冷出液法兰5连接。上述结构中，热介质通过第一传热层11与第二传热层的冷介质进行热交换，进而对热介质进行降温。
在一实施例中，如图3和4所示，第一传热层11为仿生蜂巢分形网络结构，由若干间隔排列的隔柱111组成，且相邻隔柱111之间形成相互连通的热流道112。采用仿蜂巢分形微流道网络相比传统阵列流道网络具有更高的散热系数和更低的流动压降。
在上述实施例中，如图3和4所示，隔柱111的截面呈多边形；例如三角形、四边形、五边形等等；但，优选的，如图4所示，隔柱111呈六边形。
在一实施例中，如图3和5所示，第二传热层12包括至少一组流道组，流道阻包括一根进液流道121、一根出液流道122和至少一根连接流道123，进液流道121和出液流道122分别连接流道123的两端连接，组成“Z”形通道。其中，连接流道123的数量可以为两根、三根、四根、五根、六根甚至更多，根据实际需求进行确定。在上述实施例中，流道组也可以设置多组，在本实施例中，流道组设置六组。
在上述实施例中，如图3和5所示，进液流道121、连接流道123和出液流道122的管道的截面均为圆形，且直径逐渐变大。即第二传热层12有多个上大下小连续圆形渐变界面微流道均不排列的结构。
本发明公开的一种基于金属激光选区烧结技术的换热器生产方法，具体步骤如下：
S1，根据上述换热器结构，通过三维软件绘制换热器的各组成部件的结构；并确定各部件三维模型成形生长方向；其中，三维软件可以是solidworks、ug、proe等。
S2，利用切分软件将S1中获得的零件三维模型在成形生长方向上进行分层块处理，确定增材制造程序编译；其中，切分软件可以选择CAD。
S3，将增材制造的原料投入增材制造设备中，并对增材用基板表面进行清理；其中，根据换热器使用环境，选择不同的原料；例如钛合金粉末、镍合金粉末或不锈钢粉末。另外，基板的清洁，需要先将基板通过磨床进行表面打磨，以保证基板表面的平整，最后还需要通过丙酮擦洗。
S4，将S2中的到的增材制造程序导入增材制造设备中，通过增材制造设备逐步堆叠成三维零件；具体的，将原材料加热至200℃，再通过增材制造设备的铺粉装置按照预定粉末厚度在成形缸表面铺设一层粉末，增材制造设备按照轮廓数据控制高能束选择性的熔化隔层粉末材料，逐步堆叠成三维零件。其中，金属粉末的单层厚度控制在0.1～2.0mm。
S5，将生产完成的零件进行退火，以消除零件的残余应力；
S6，对零件进行检查，以保证零件无裂纹缺陷；具体采用工业CT缺陷检测和荧光探伤方法。
S7，将生产完成的换热器的各部件通过焊接在一起。
以上仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。
Claims (10)
1.一种基于金属激光选区烧结技术的换热器生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据产品需求，通过三维软件绘制换热器的各组成部件的结构；并确定各部件三维模型成形生长方向；
S2，利用切分软件将S1中获得的零件三维模型在成形生长方向上进行分层块处理，确定增材制造程序编译；
S3，将增材制造的原料投入增材制造设备中，并对增材用基板表面进行清理；
S4，将S2中的到的增材制造程序导入增材制造设备中，通过增材制造设备逐步堆叠成三维零件；
S5，将生产完成的零件进行退火，以消除零件的残余应力；
S6，对零件进行检查，以保证零件无裂纹缺陷；
S7，将生产完成的换热器的各部件通过焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种基于金属激光选区烧结技术的换热器生产方法，其特征在于，所述换热器包括芯体、以及设置在所述芯体上的热进液法兰、热出液法兰、冷进液法兰和冷出液法兰，所述芯体包括交替叠加设置的若干第一传热层和第二传热层，所述第一传热层的两端分别与所述热进液法兰、所述热出液法兰连接，所述第二传热层分别与所述冷进液法兰、所述冷出液法兰连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于金属激光选区烧结技术的换热器生产方法，其特征在于，所述第一传热层为仿生蜂巢分形网络结构，由若干间隔排列的隔柱组成，且相邻所述隔柱之间形成相互连通的热流道。
4.根据权利要求3所述的一种基于金属激光选区烧结技术的换热器生产方法，其特征在于，所述格柱的截面呈多边形。
5.根据权利要求2所述的一种基于金属激光选区烧结技术的换热器生产方法，其特征在于，所述第二传热层包括至少一组流道组，所述流道阻包括一根进液流道、一根出液流道和至少一根连接流道，所述进液流道和所述出液流道分别连接所述连接流道的两端，组成“Z”形通道。
6.根据权利要求5所述的一种基于金属激光选区烧结技术的换热器生产方法，其特征在于，所述进液流道、所述连接流道和所述出液流道的管道截面均为圆形，且直径逐渐变大。
7.根据权利要求1所述的一种基于金属激光选区烧结技术的换热器生产方法，其特征在于，S3中，通过磨床对基板表面进行打磨，最后用丙酮擦洗。
8.根据权利要求1所述的一种基于金属激光选区烧结技术的换热器生产方法，其特征在于，S4中，将原材料加热至200℃，再通过增材制造设备的铺粉装置按照预定粉末厚度在成形缸表面铺设一层粉末，增材制造设备按照轮廓数据控制高能束选择性的熔化隔层粉末材料，逐步堆叠成三维零件。
9.根据权利要求8所述的一种基于金属激光选区烧结技术的换热器生产方法，其特征在于，单层粉末厚度控制在0.1-2.0mm。
10.根据权利要求1所述的一种基于金属激光选区烧结技术的换热器生产方法，其特征在于，S6中，裂纹检测通过工业CT缺陷检测和荧光探伤方法检查。
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2022
- 2022-03-11 CN CN202210239613.5A patent/CN114653966B/zh active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114653966B (zh) | 2024-03-08 |
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