CN102615489B

CN102615489B - 不锈钢翅片板与孔板的连接方法

Info

Publication number: CN102615489B
Application number: CN2012101104954A
Authority: CN
Inventors: 凌祥; 顾黎昊; 彭浩
Original assignee: Nanjing Rct Thermal Energy Equipment Co ltd; Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Rct Thermal Energy Equipment Co ltd; Nanjing Tech University
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2032-04-16
Also published as: CN102615489A

Abstract

本发明公开了一种用于不锈钢翅片板与孔板的连接方法，它包括步骤：1）用于不锈钢翅片板与孔板连接的套管的加工；2）对不锈钢翅片板与套管采用激光焊接；3）将套管的另一侧焊上封头，并对翅片板进行试压；4）使用激光切割将封头切下，将套管插入到孔板中，使用手弧焊连接，全部翅片板与孔板连接完成后，整体试压，最后对焊接表面进行喷丸处理。采用本发明的工艺来进行翅片板与孔板的连接，使得翅片板换热器一次整体试压通过率提高，而且焊接质量很高，焊缝抗应力腐蚀的能力强，换热器寿命明显增加。大大提高了翅片板换热器的制造效率和质量，缩短了制造周期。

Description

不锈钢翅片板与孔板的连接方法

技术领域

本发明是一种用于不锈钢翅片板与孔板的连接工艺，特别涉及一种用于冷凝式烟气余热回收的新型翅片板换热器制造的关键工艺。

背景技术

我国锅炉数量众多，广泛应用于冶金、化工、炼油、水泥等，这些锅炉排放的烟气的平均温度能达到150~250°C，而其中大部分高温烟气是直接排放或只吸收利用了显热后就排放到环境中去。这些烟气携带了大量的汽化潜热，直接排放不仅极大地浪费了能源，也增加了污染物的排放，因此采用冷凝式换热器将高温烟气中的显热和水蒸气汽化潜热都进行回收，可以降低烟气的排放温度，有效的回收余热和废热，减小烟气中的污染物的含量，在能源紧缺且环境问题日益严重的今天显得十分重要。通过实验验证，经过冷凝式余热回收改造后的锅炉，可以有效提高燃油锅炉热效率8%-12%，提高燃气锅炉热效率12%-15%。在取得明显经济效益的同时保护了环境。

新型翅片板换热器由镍基钎焊而成，是一种高效、紧凑的余热回收换热装置，特别适用于冷凝式烟气余热回收领域。翅片板换热器具有以下优点：1）单位体积换热面积大，是管壳式的8倍，紧凑度达到600 m²/m³；2）换热效率高，传热系数是管壳式的5~7倍；3）采用镍基钎料的316L不锈钢，因此耐腐蚀；4）翅片板结构的大间距翅片和较大的板间距保证了不会发生堵塞；5）表面涂有氟碳涂层，抗结垢。与传统的翅片管换热器相比，体积减小，便于安装布置，成本显著下降，性能有了很大的改进和提高。因此，针对该翅片板换热器的稳定生产工艺的研究显得非常重要。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的翅片板换热器有以下特征：316L不锈钢材质，焊接型式多样，焊缝极多而且结构复杂。在换热器制造过程中，尤其是翅片板与孔板焊接过程中，会发生如下问题：1）由于翅片板是整体镍基钎焊而成，与孔板直接焊接导致会钎焊焊缝破坏；2）翅片板数量众多却无法单独试压，待到全部与孔板连接后整体试压，内部焊缝出现漏点无法补焊（要拆开后才能再焊）；3）涉及到多种焊接型式，焊接质量难以保证，必须加以处理。本发明针对上述问题，利用在翅片板两侧各增加一小段套管的方法，解决了钎焊焊缝破坏以及无法单独试压的问题，并对各种焊接，切割，喷丸参数进行了定义，确保连接质量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于不锈钢翅片板与孔板的连接方法（特别涉及翅片板换热器制造的关键工艺）。所述工艺包括1）用于不锈钢翅片板与孔板连接的套管的加工；2）对不锈钢翅片板与套管采用激光焊接；3）将套管的另一侧焊上封头，并对翅片板进行试压；4）使用激光切割将封头切下，将套管插入到孔板中，使用手弧焊连接，全部翅片板与孔板连接完成后，整体试压，最后对焊接表面进行喷丸处理。所述步骤1，套管采用0.5 mm的不锈钢薄板，通过一个特制的矩形模具弯轧成型。套管的截面应与翅片板截面大小一致，加工精度要求±0.1 mm；套管长度为40 mm。所述步骤2包括：将套管用耐热夹具固定，加热至500 ℃，保温20 min，然后套入翅片板8-10 mm，风冷至室温，确保套管与翅片板紧密贴合，并留有一定的预紧力。然后采用激光焊来连接两侧套管与翅片板时，设定离焦量为0 mm（零离焦量），焦距100 mm，激光功率350 W, 焊接速度为120 mm/min，以纯氩气为保护气体，气流量为20 L/min。此激光焊工艺可以有效防止翅片板（整体镍基钎焊而成）钎焊焊缝遭到破坏。所述步骤3包括：两侧套管焊好后，将套管另一端都焊上封头，封头截面的尺寸应与套管尺寸一样，长度大于50 mm，其中一个封头留有接管，然后对翅片板进行试压，压力为设计压力的2倍，若发生漏点，则进行补焊。此步骤提前对每一块翅片板分别试压，防止出现所有翅片板与孔板焊接后整体试压出现内部焊缝破坏而无法补焊的问题。所述步骤4包括：对每一块翅片板都试压完成后，使用CO₂激光切割，将封头切下，设定功率500 W，辅助气体为O₂，气压0.5 MPa，切割速度3.5 m/min，激光切割处为伸出翅片板20 mm处，套管不能过长，会减小有效翅片传热面积，此处采用激光切割，切缝质量很高，使得只有少量热量传到套管的其它部分，所造成的变形极小或没有变形，加工精度高，套管可以插入到孔板中且与孔尺寸高度吻合，提高下一步手弧焊的质量。孔板的厚度为10-16 mm，孔板开孔的大小要比套管截面的长和宽各增大0.5 mm，用水刀或者激光切割。由于孔板上要焊的翅片板很多，厚度不够会导致孔板的变形量过大，而厚度过大则会导致热阻过大，成本增加。开孔大小同样重要，开孔过大会影响焊接质量，过小则容易导致套管无法插入。然后将套管插入到孔板中，用手工氩弧焊进行连接，电流70 A，电压23 V，焊接速度80 mm/min，焊丝为H0Cr19Ni9Ti，焊丝直径2 mm，氩气流量9 L/min，保证焊接质量。待所有的翅片板与两侧孔板连接完成后，整体试压，若出现漏点，进行补焊。最后，对焊接表面用玻璃喷丸进行处理，弹丸平均直径0.2 mm，弹丸密度2.5 g/cm³，弹丸硬度50 HRC，喷丸压力0.4 MPa，喷射速度290 m/s，喷丸强度0.2 mm，用于提高焊缝的抗应力腐蚀的能力，工艺完成。

采用该工艺来进行翅片板与孔板的连接，使得翅片板换热器一次整体试压通过率提高，而且焊接质量很高，焊缝抗应力腐蚀的能力强，换热器寿命明显增加。大大提高了翅片板换热器的制造效率和质量，缩短了制造周期。

附图说明

图1本发明实施例的翅片板结构图。

图2本发明实施例的翅片板与套管连接图。

图3本发明实施例的翅片板易出现钎焊焊缝破坏处。

图4本发明实施例的翅片板与孔板连接完毕图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

实施例：一种用于不锈钢翅片板与孔板的连接工艺（特别涉及翅片板换热器制造的关键工艺）。该工艺包括以下步骤：

1）用于不锈钢翅片板（见图1）与孔板连接的套管的加工：

首先，套管的加工采用0.5 mm的不锈钢薄板，通过一个特制的矩形模具弯轧成型。套管的截面应与翅片板截面大小一致，加工精度要求±0.1 mm；套管长度为40 mm。

2）对不锈钢翅片板与套管采用激光焊接：

将套管用耐热夹具固定，加热至500 ℃，保温20 min，然后套入翅片板8-10 mm，风冷至室温，确保套管与翅片板紧密贴合，并留有一定的预紧力，见图2。然后采用激光焊来连接两侧套管与翅片板时，设定离焦量为0 mm（零离焦量），焦距100 mm，激光功率350 W, 焊接速度为120 mm/min，以纯氩气为保护气体，气流量为20 L/min。此激光焊工艺可以有效防止翅片板（整体镍基钎焊而成）钎焊焊缝遭到破坏（见图3）。

3）将套管的另一侧焊上封头，并对翅片板进行试压：

两侧套管焊好后，将套管另一端都焊上封头，封头截面的尺寸应与套管尺寸一样，长度大于50 mm，其中一个封头留有接管，然后对翅片板进行试压，压力为设计压力的2倍，若发生漏点，则进行补焊。此步骤提前对每一块翅片板分别试压，防止出现所有翅片板与孔板焊接后整体试压出现内部焊缝破坏而无法补焊的问题。

4）使用激光切割将封头切下，将套管插入到孔板中，使用手弧焊连接，全部翅片板与孔板连接完成后，整体试压，最后对焊接表面进行喷丸处理：

对每一块翅片板都试压完成后，使用CO₂激光切割，将封头切下，设定功率500 W，辅助气体为O₂，气压0.5 MPa，切割速度3.5 m/min，激光切割处为伸出翅片板20 mm处，套管不能过长，会减小有效翅片传热面积，此处采用激光切割，切缝质量很高，使得只有少量热量传到套管的其它部分，所造成的变形极小或没有变形，加工精度高，套管可以插入到孔板中且与孔尺寸高度吻合，提高下一步手弧焊的质量。孔板的厚度为10-16 mm，孔板开孔的大小要比套管截面的长和宽各增大0.5 mm，用水刀或者激光切割。由于孔板上要焊的翅片板很多，厚度不够会导致孔板的变形量过大，而厚度过大则会导致热阻过大，成本增加。开孔大小同样重要，开孔过大会影响焊接质量，过小则容易导致套管无法插入。然后将套管插入到孔板中，见图4，用手工氩弧焊进行连接，电流70 A，电压23 V，焊接速度80 mm/min，焊丝为H0Cr19Ni9Ti，焊丝直径2 mm，氩气流量9 L/min，保证焊接质量。待所有的翅片板与两侧孔板连接完成后，整体试压，若出现漏点，进行补焊。最后，对焊接表面用玻璃喷丸进行处理，弹丸平均直径0.2 mm，弹丸密度2.5 g/cm³，弹丸硬度50 HRC，喷丸压力0.4 MPa，喷射速度290 m/s，喷丸强度0.2 mm，用于提高焊缝的抗应力腐蚀的能力，工艺完成。

Claims

1.一种用于不锈钢翅片板与孔板的连接方法，它包括步骤：1）用于不锈钢翅片板与孔板连接套管的加工，具体为：套管的加工采用0.5 mm的不锈钢薄板，通过一个矩形模具弯轧成型；套管的截面应与翅片板截面大小一致，加工精度要求±0.1 mm；套管长度为40 mm，其中套入翅片板部分的长度为8-10 mm；2）对不锈钢翅片板与套管一侧采用激光焊接，具体为：将套管用耐热夹具固定，加热至500 ℃，保温20 min，然后套入翅片板8-10 mm，风冷至室温；激光焊接时，设定离焦量为0 mm，焦距100 mm，激光功率350 W, 焊接速度为120 mm/min，采用纯氩气为保护气体，气流量为20 L/min；3）将套管的另一侧焊上封头，并对翅片板进行试压；4）使用激光切割将封头切下，将套管插入到孔板中，使用手弧焊连接，全部翅片板与孔板连接完成后，整体试压，最后对焊接表面进行喷丸处理。

2.根据权利要求1所述的不锈钢翅片板与孔板的连接方法，其特征是，所述步骤3）中进一步包括：将翅片板两侧的套管另一侧都焊上封头，封头截面的尺寸应与套管尺寸一样，长度大于50 mm，其中一个封头留有接管，然后对翅片板进行试压，压力为设计压力的2倍，若发生漏点，则进行补焊；此步骤提前对每一块翅片板分别试压，防止出现所有翅片板与孔板焊接后整体试压出现内部焊缝破坏而无法补焊的问题。

3.根据权利要求1所述的不锈钢翅片板与孔板的连接方法，其特征是，所述步骤4）中进一步包括：使用CO₂激光切割，功率500 W，辅助气体为O₂，气压0.5 MPa，切割速度3.5 m/min，激光切割处为伸出翅片板20 mm处，套管不能过长，会减小有效翅片传热面积，对于该套管采用此激光切割工艺，切缝质量很高，使得只有少量热量传到套管的其它部分，所造成的变形极小或没有变形，加工精度高，套管插入到孔板中且与孔尺寸高度吻合，提高下一步手弧焊的质量。

4.根据权利要求1所述的不锈钢翅片板与孔板的连接方法，其特征是，所述步骤4）中进一步包括：孔板的厚度为10-16 mm，孔板开孔的大小要比套管截面的长和宽各增大0.5 mm，用水刀或者激光切割；由于孔板上要焊的翅片板很多，厚度不够会导致孔板的变形量过大，而厚度过大则会导致热阻过大，成本增加；开孔大小同样重要，开孔过大会影响焊接质量，过小则容易导致套管无法插入。

5.根据权利要求1所述的不锈钢翅片板与孔板的连接方法，其特征是，所述步骤4）中进一步包括：将套管插入到孔板中，用氩弧焊进行连接，电流70 A，电压23 V，焊接速度80 mm/min，焊丝为H0Cr19Ni9Ti，焊丝直径2 mm，氩气流量9 L/min，此工艺保证焊接质量；待所有的翅片板与两侧孔板连接完成后，整体试压，若出现漏点，进行补焊。

6.根据权利要求1所述的不锈钢翅片板与孔板的连接方法，其特征是，所述步骤4）中进一步包括：对焊接表面进行玻璃喷丸处理，弹丸平均直径0.2 mm，弹丸密度2.5 g/cm³，弹丸硬度50 HRC，喷丸压力0.4 MPa，喷射速度290 m/s，喷丸强度0.2 mm，明显提高焊缝的抗应力腐蚀的能力，工艺完成。