熔融焊接，成功地解决了大端板、多管数（2000 以上管束)一次性焊接的工艺难题，填补了我国热电行业PFA换热器设备制作空白。本实用 新型采用热辐射焊接法，将管板牢固的焊接为整体，并确保列管焊接口处孔径不变，列管与 端板焊接深度达到管壁厚度二倍，焊后产品经IMPa/cm 2水压测试，保压30分钟无渗漏，本 实用新型填补了国内端板规格多2000x500mm超大型换热器管板(列管和多孔端板）焊接工 艺空白，处于行业领先水平。
【附图说明】
[0022] 图1是本实用新型热辐射焊接装置的结构及焊接原理示意图。
[0023] 图中：1、热电偶，2、观察窗，3、铝质盖板，4、保温棉，5、发热管，6、铝质安装板，7、铝 质高度调节环，8、模框条，9-1、底柜，9-2、支架，10焊销，11、多孔端板，12、列管。
【具体实施方式】
[0024] 如图1所示，一种热辐射焊接装置，包括加热元件、焊接夹具、复合盖板、温控系 统，所述焊接夹具连接复合盖板；当焊接夹具内安装好待焊接的多孔端板时，所述焊接夹 具、多孔端板和复合盖板形成一个密闭恒温室；所述加热元件安装在密闭恒温室内，所述温 控系统连接密闭恒温室和加热元件。加热元件由发热管5、铝质安装板6组合成，发热管安 装在铝质安装板上。铝质高度调节环7与模框条8组合成型腔和底柜9-1及支架9-2组合 成焊接夹具，石英玻璃观察窗2、铝质盖板3、保温棉4组合成复合盖板，与安装在夹具内换 热器的多孔端板11组合成一个密闭的恒温室。换热器制作过程中，将列管12穿过多孔端板 (保持端面平齐)，列管内插入由特种材质制作的焊销10(采用膨胀焊销，插入深度约60mm)。 选用数显调节仪与热电偶1组成温控系统，实现焊接温度设定与控制。
[0025] -种热辐射焊接方法，用于换热器的多孔端板和列管的焊接。热辐射焊接法原理 和操作过程是：当发热管充电后加热元件发热，密闭恒温室温度迅速上升，在热辐射的作用 下，使安装在夹具中的端板受热，随着时间的延长，温度递增，当达到焊接设定的温度区间， 端板(多孔端板）与列管受热端面渐渐透明，自上至下缓慢熔融，通过控制保温时间达到控 制熔融深度。与此同时，装入焊接夹具的端板受热膨胀受阻产生径向压力与插入列管内膨 胀焊销热膨胀的压力叠加，使熔融状态下的多孔端板与列管在压力的作用下熔为一体，当 关闭电源降温冷却后，达到焊接的目的。
[0026] 热辐射焊接法具体工艺过程与工艺控制作要点如下：
[0027] 1、根据换热器规格与结构形式，制作与产品相适应的焊接夹具与定位用支架。
[0028] 2、PFA管材挤出成型，端板压制成型后，按工艺要求进行热处理，并加工成多孔端 板。
[0029] 3、焊销准备。
[0030] 4、焊接夹具准备。型面涂覆硅树脂脱模剂，并按工艺要求在310±5°C温度下保温 1小时进行烘烤固化处理。
[0031] 5、换热器芯体组装与配插焊销(深度55-60mm，即彡多孔端板厚度5mm)。
[0032] 6、发热元件准备与装配，根据焊接端板面积与焊接工艺温度要求，估算发热管功 率。
[0033] 7、密闭恒温室配装。控制元件线路连接，并做好焊接准备。
[0034] 8、按焊接工艺要求，设定焊接温度与升温速度(焊接温度为400±5°C，升温速度为 10-15°C / 分）。
[0035] 9、当温度达到设定值时，恒温40-60分钟，观察多孔端板受热端面与列管壁间的 熔融状态，当透明深度达到约5_ (目测)，多孔端板受热端面表面平整，可关闭电源，自然冷 却至60-70°C时，按顺序分拆恒温室。
[0036] 10、拨去焊销。
[0037] 11、产品质量检验与安装专用焊接夹具进行水压测试。测试压力IMPa/cm2,保压30 分钟无滴漏。
[0038] 热辐射焊接法的技术关键简述如下：
[0039] 1、热辐射焊接法，焊接温度的控制。
[0040] 可熔融加工氟塑料PFA，具有较明显的熔点温度Tf，流动温度Tm及热分解温度 Td，而熔融焊接温度应高于Tf低于Td，使管板与列管焊接处充分塑化互融，达到焊接的目 的，根据PFA的物理性能，其熔点为302-3KTC，分解温度多430°C，因此，焊接温度控制在 400±5°C适宜且安全。
[0041] 2、热辐射焊接法，焊接压力的控制。
[0042] 根据PFA材料特性，其线膨胀系数1/°C为12xl(T5。热辐射焊接时，多孔端板安放 在特定的焊接夹具中，焊接受热时，其多孔端板，列管、焊销迅速膨胀，导致焊接夹具内多孔 端板承受的膨胀压力聚增，严重时，导致多孔端板沿轴线翘曲变形。如何控制焊接过程中焊 接夹具内多孔端板的压力与形变，是热辐射焊接法三大工艺要素之一，通过实验，采用调节 控制焊接夹具与多孔端板之间的间隙，以间接方式控制焊接夹具内多孔端板的压力，获得 极佳的效果，即E=X * 1，C · e (E为多孔端板与夹具间间隙，X为多孔端板尺寸，单位mm， 1/°C为材料膨胀系数，e为热焊系数值，注：X彡500时，e取值< 0. 6, X < 500时e取值 < 0· 8) 〇
[0043] 3、热辐射焊接法，升温速度与保温时间的控制。
[0044] 热辐射焊接法，是通过加热元件热能辐射到多孔端板端面，使其温度上升，而升温 速度的快慢，保温时间的长短，可直接影响焊接质量。故称之为热辐射焊接温度、压力、时间 三大重要工艺要素。经实验证实，升温速度为10-15°C /分，达到400±5°C，保温40-60分钟 (根据多孔端板厚度）在内压力的作用下，即可达到多孔端板与列管充分塑化熔融的目的。 [0045] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本 领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种热辐射焊接装置，其特征是，包括加热元件、焊接夹具、复合盖板、温控系统，所 述焊接夹具连接复合盖板；当焊接夹具内安装好待焊接的多孔端板时，所述焊接夹具、多孔 端板和复合盖板形成一个恒温室；所述加热元件安装在恒温室内，所述温控系统连接恒温 室和加热元件。
2. 根据权利要求1所述的热辐射焊接装置，其特征是，所述加热元件包括发热管和用 于安装发热管的铝质安装板，所述铝质安装板设置在焊接夹具上面。
3. 根据权利要求2所述的热辐射焊接装置，其特征是，所述焊接夹具包括型腔、底柜和 支架，所述型腔包括铝质高度调节环和位于铝质高度调节环下面的模框条，所述底柜和支 架位于模框条下面，底柜连接支架；所述铝质安装板设置在铝质高度调节环上。
4. 根据权利要求3所述的热辐射焊接装置，其特征是，所述复合盖板包括观察窗、铝质 盖板、保温棉；所述保温棉围合成一个下面设有开口的长方体形方框，该开口处安装焊接夹 具，所述铝质盖板设置在该长方体形方框的顶面内侧，所述观察窗设置在长方体形方框的 顶面和铝质盖板的中部；所述铝质高度调节环、模框条和支架均与保温棉相接。
5. 根据权利要求1所述的热辐射焊接装置，其特征是，所述温控系统包括连接加热元 件的热电偶和连接热电偶的数显调节仪。
【专利摘要】本实用新型公开了一种热辐射焊接装置。包括加热元件、焊接夹具、复合盖板、温控系统，所述焊接夹具连接复合盖板；所述加热元件安装在恒温室内，所述温控系统连接恒温室和加热元件。所述加热元件包括发热管和用于安装发热管的铝质安装板，所述铝质安装板设置在焊接夹具上面。所述焊接夹具包括型腔、底柜和支架。所述复合盖板包括观察窗、铝质盖板、保温棉。利用本实用新型，能将管板牢固的焊接为整体，并确保列管焊接口处孔径不变，列管与端板焊接深度达到管壁厚度2倍，焊后产品经1MPa/cm2水压测试，保压30分钟无渗漏。成功地解决了大端板、多管数一次性焊接的工艺难题。
【IPC分类】B29C65-02
【公开号】CN204471862
【申请号】CN201520044737
【发明人】朱基贵, 张鹏
【申请人】株洲宏大高分子材料有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年1月22日