本發(fā)明屬于鋁制繞管式換熱器領域，具體涉及一種超窄孔橋間距下?lián)Q熱管和管板的熔焊方法。

背景技術：

1、鋁制繞管式換熱器是一種新型的高效節(jié)能鋁制換熱設備。這種換熱器具備多項優(yōu)勢：產(chǎn)品重量輕、結構緊湊、溫差應力小、單位容積傳熱面積大，并能同時進行多種介質的傳熱。它適用于溫差較小、需傳遞較大熱量以及管內介質操作壓力較高的場合，例如在低溫制氧過程中的應用。然而，其設計過程涉及眾多變量因素，如材料密度、熱導率、孔橋間距、焊接工藝等，這要求設計制造人員在材料性能理解、換熱管的空間布置、管板焊縫質量控制等方面具備一定的技術素養(yǎng)。只有綜合考慮各種因素，才能確定最終的設計路線。

2、鋁制繞管式換熱器通常采用3003鋁合金材質的換熱管，這種材料具有良好的防銹性能、成形性和較高的抗蝕性。而管板則采用5083-h112鋁合金板，該材質強度高、低溫性能優(yōu)異且耐蝕性強。盡管兩者都是鋁合金，但屬于不同系列，因此在焊接時會存在一定的熔合難度。此外，由于換熱管壁厚與管板厚度的差異較大，且焊接空間有限，這些不利因素提高了焊接工藝的難度。

3、孔橋間距是指在鋁制繞管式換熱器中，換熱管中心距與管板孔徑的差值。在設計孔橋間距時，較小的孔橋間距可以提高整體換熱效率會越高，但孔橋間距越小會使得換熱管在小區(qū)域內的排布更密集。目前常用的是tig焊ac焊接模式，tig焊全稱為鎢極惰性氣體保護電弧焊(tungsten?inert?gas?welding)，是一種使用不熔化的鎢作為電極，在惰性氣體保護下產(chǎn)生電弧來進行焊接的方法。而ac焊接模式通常指的是使用交流電源的焊接模式。在tig焊接中使用ac模式，交流電可以通過正負極交替打破氧化膜，并實現(xiàn)清潔作用?，F(xiàn)有的tig焊ac焊接模式中，電流通常不低于300a，以確保管板和換熱管之間的熔合。但是，這樣的參數(shù)會可能會導致單個管口焊接時熱輸入過大，相鄰換熱管管孔焊縫焊接時產(chǎn)生的熱影響區(qū)發(fā)生重疊，從而引起焊縫及周圍母材進行多次熱循環(huán)，造成材料性能損失。此外，焊縫處內力集中，以及管口在焊接后變形嚴重，都可能導致裂紋、未焊透和氣孔等缺陷的產(chǎn)生。這些質量問題會影響換熱管的長期工作性能。如果管板焊縫發(fā)生泄露，不僅會降低換熱效率，而且在繞管式換熱器結構復雜的情況下，還會導致漏點返修周期長、作業(yè)困難。

4、因此，亟需開發(fā)一種在超窄孔橋間距條件下，獲得質量穩(wěn)定的管板焊縫質量的熔焊方法。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術中的不足，并提供一種超窄孔橋間距下?lián)Q熱管和管板的熔焊方法。

2、本發(fā)明所采用的具體技術方案如下：

3、本發(fā)明提供一種超窄孔橋間距下?lián)Q熱管和管板的熔焊方法，具體步驟如下：

4、s1：在管板焊接面開設若干用于焊接換熱管的管孔，并在每個管孔內設置倒角坡口；

5、s2：將加工完成的管板和換熱管依次經(jīng)過naoh溶液、水、hno3溶液和水清洗后，徹底洗去表面雜質，烘干備用；

6、s3：裝配管板和換熱管，使得換熱管伸出管板焊接面；

7、s4：采用散熱銅棒作為加絲焊接過程的輔助成型工裝；所述散熱銅棒包括用于卡位的端頭和插入換熱管內部導熱的銅桿，端頭的直徑大于銅桿；

8、s5：采用提供交直流混合波的電源作為焊接電源，其中直流電模式在一個周期內的占比為10％～80％；交流電模式下進行焊縫表面清潔，直流電模式下實現(xiàn)窄電弧、高熔深；

9、將管板上的若干管孔每3列分為1組，每個管孔分為左右兩個半圓；自下而上焊接每列管孔的一側半圓，隨后焊接其余列管孔的另一側半圓，避免局部溫度過高影響焊縫質量；

10、焊接每個管孔時，自管孔外側開始起弧，逐漸過渡至管孔內；先從一側半圓自下而上逆時針加絲焊接，焊縫自倒角坡口引出，在管孔外側熄弧；焊接另一側半圓時，電弧在管孔的兩側半圓焊縫重合部位駐停，使焊縫重合部位打開重熔，隨后自下而上順時針加絲焊接，焊縫也自倒角坡口引出，在管孔外側熄弧；加絲焊接過程采用非連續(xù)的點動送絲，一道單層焊接成型；重復以上步驟，直至所有管孔焊接結束。

11、作為優(yōu)選，所述管板采用5083-h112鋁合金板，厚度為30～80mm；換熱管采用3003鋁合金材質，直徑為12mm；管板焊接面上開設管孔的直徑為12～12.1mm；所述孔橋間距為換熱管中心距與管板孔徑的差值，取值為3.4～3.8mm。

12、作為優(yōu)選，所述倒角坡口的角度為30°～45°，倒角深度為1.65～2mm，形成一個漏斗狀坡口。

13、作為優(yōu)選，步驟s2中，naoh溶液的濃度為25％～30％，45℃條件下清洗10分鐘；hno3溶液的濃度為3.5～4％，室溫下清洗3分鐘。

14、作為優(yōu)選，步驟s3中換熱管伸出管板焊接面1.0～2.0mm。

15、作為優(yōu)選，所述散熱銅棒中，端頭直徑為10.0mm，長度為20mm；銅桿直徑為7.6mm，長度為120mm。

16、作為優(yōu)選，步驟s5中所述焊接電源采用數(shù)字化脈沖tig焊機，型號為weld?tecpower?ac/dc?502；交直流混合波頻率為135～165hz，焊接電流為115～125a，一個周期內直流電模式占比30％，鎢極直徑為3.0mm，保護氣為99.99％ar，氣體流量為10～15l/min。

17、作為優(yōu)選，步驟s5中所述加絲焊接過程中采用er5183鋁焊絲，焊絲直徑為1.6mm，每段長度為25cm；焊接位置為橫焊；若環(huán)境溫度低于5℃，需要將管板預熱至60℃進行焊接。

18、作為優(yōu)選，步驟s5中，焊縫在管孔外側3mm處熄??；管孔兩側半圓的焊縫重合部位大小為3×3mm，電弧在焊縫重合部位駐停1.5～2.0秒，使焊縫重合部位打開重熔。

19、作為優(yōu)選，步驟s5中焊接每個管孔時，自管孔外側3～5mm開始起弧。

20、作為優(yōu)選，步驟s5中，點動送絲持續(xù)0.5～1.0s后停止送絲1.0s，控制焊接速度為6.4～8.0cm/min。

21、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術而言，具有以下有益效果：

22、(1)本發(fā)明提供的熔焊方法中，選擇交直流混合波電源，解決了單獨采用交流電(ac)模式焊接時的熱影響區(qū)大、成形質量差的不足；本發(fā)明中，在ac模式下進行焊縫表面清潔，dc模式下實現(xiàn)窄電弧、高熔深，能夠實現(xiàn)更窄孔橋間距下?lián)Q熱管和管板焊接，減小換熱器的整體體積和設備自重，提高單位體積換熱效率。

23、(2)本發(fā)明提供的熔焊方法中，對管板上的管孔分區(qū)焊接，避免局部溫度過高；對單個管孔也分為左右兩側半圓分別焊接，可以避免單孔左側焊縫自上而下焊接導致的焊縫塌陷問題；焊接過程采用非連續(xù)的點動送絲，避免管孔上化開的鋁液過多，形成焊縫塌陷、焊瘤，從而影響焊縫質量。

24、(3)本發(fā)明中采用散熱銅棒作為輔助成型工裝，有效減小換熱管在批量焊接時升溫嚴重的問題，避免裂紋的產(chǎn)生。該熔焊方法的焊接工藝熱輸入小，生產(chǎn)成本低，焊后可獲得質量穩(wěn)定的管板焊縫。

技術特征：

1.一種超窄孔橋間距下?lián)Q熱管和管板的熔焊方法，其特征在于，具體步驟如下：

2.根據(jù)權利要求1所述的超窄孔橋間距下?lián)Q熱管和管板的熔焊方法，其特征在于，所述管板(1)采用5083-h112鋁合金板，厚度為30～80mm；換熱管(2)采用3003鋁合金材質，直徑為12mm；管板(1)焊接面上開設管孔的直徑為12～12.1mm；所述孔橋間距為換熱管中心距與管板孔徑的差值，取值為3.4～3.8mm。

3.根據(jù)權利要求1所述的超窄孔橋間距下?lián)Q熱管和管板的熔焊方法，其特征在于，所述倒角坡口(3)的角度為30°～45°，倒角深度為1.65～2mm，形成一個漏斗狀坡口。

4.根據(jù)權利要求1所述的超窄孔橋間距下?lián)Q熱管和管板的熔焊方法，其特征在于，步驟s2中，naoh溶液的濃度為25％～30％，45℃條件下清洗10分鐘；hno3溶液的濃度為3.5～4％，室溫下清洗3分鐘。

5.根據(jù)權利要求1所述的超窄孔橋間距下?lián)Q熱管和管板的熔焊方法，其特征在于，步驟s3中換熱管(2)伸出管板(1)焊接面1.0～2.0mm。

6.根據(jù)權利要求1所述的超窄孔橋間距下?lián)Q熱管和管板的熔焊方法，其特征在于，所述散熱銅棒(4)中，端頭(401)直徑為10.0mm，長度為20mm；銅桿(402)直徑為7.6mm，長度為120mm。

7.根據(jù)權利要求1所述的超窄孔橋間距下?lián)Q熱管和管板的熔焊方法，其特征在于，步驟s5中所述焊接電源采用數(shù)字化脈沖tig焊機，型號為weld?tec?power?ac/dc?502；交直流混合波頻率為135～165hz，焊接電流為115～125a，一個周期內直流電模式占比30％，鎢極直徑為3.0mm，保護氣為99.99％ar，氣體流量為10～15l/min。

8.根據(jù)權利要求1所述的超窄孔橋間距下?lián)Q熱管和管板的熔焊方法，其特征在于，步驟s5中所述加絲焊接過程中采用er5183鋁焊絲，焊絲直徑為1.6mm，每段長度為25cm；焊接位置為橫焊；若環(huán)境溫度低于5℃，需要將管板(1)預熱至60℃進行焊接。

9.根據(jù)權利要求1所述的超窄孔橋間距下?lián)Q熱管和管板的熔焊方法，其特征在于，步驟s5中，焊縫在管孔外側3mm處熄弧；管孔兩側半圓的焊縫重合部位大小為3×3mm，電弧在焊縫重合部位駐停1.5～2.0秒，使焊縫重合部位打開重熔。

10.根據(jù)權利要求1所述的超窄孔橋間距下?lián)Q熱管和管板的熔焊方法，其特征在于，步驟s5中焊接每個管孔時，自管孔外側3～5mm開始起??；點動送絲持續(xù)0.5～1.0s后停止送絲1.0s，控制焊接速度為6.4～8.0cm/min。

技術總結
本發(fā)明公開了一種超窄孔橋間距下?lián)Q熱管和管板的熔焊方法，屬于鋁制繞管式換熱器領域。該方法采用提供交直流混合波的電源作為焊接電源，AC模式下進行焊縫表面清潔，DC模式下實現(xiàn)窄電弧、高熔深；將管板上的若干管孔每3列分為1組，每個管孔分為左右兩個半圓；自下而上焊接每列管孔的一側半圓，隨后焊接其余列管孔的另一側半圓，避免局部溫度過高影響焊縫質量；焊接過程采用散熱銅棒作為加絲焊接過程的輔助成型工裝，加絲焊接過程采用非連續(xù)的點動送絲，一道單層焊接成型。該熔焊方法得到的焊縫表面和內部無缺陷，能夠實現(xiàn)更窄孔橋間距下?lián)Q熱管和管板焊接，減小換熱器的整體體積和設備自重，提高單位體積換熱效率。

技術研發(fā)人員：胡際良,俞富燦,馮林濤,陳維淦,俞曉良,孫軍磊
受保護的技術使用者：杭州中泰深冷技術股份有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/11/14