一种用于判断板翅式换热器虚焊程度的系统及工作方法

1.本发明涉及板翅式换热器领域，尤其是一种用于判断板翅式换热器虚焊程度的系统及工作方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.板翅式换热器作为一种高效、紧凑的换热设备，在冶金、电力电子、武器工业和动力机械等领域得到广泛应用，但是在加工时会因各种不可避免的偏差，偶然出现泄露件。泄露不仅会使换热器换热效果变差，还会破坏冷却对象的主要成分，严重时会对使用换热器的主机造成破坏。随着使用板翅式换热器机械装备的增多以及人类对生活生产安全性要求的不断提高，其可靠性逐渐为各生产单位所关注。
4.经过焊接和总装，可根据加工质量将板翅式换热器划分为三种：合格件，危险件，泄露件。合格件，即焊接质量很好，焊合率很高，可正常使用的产品；危险件，存在部分虚焊，可以正常使用，但使用寿命较短，容易在使用过程中演变为泄露件而发生事故的产品；泄露件，无法正常使用，需返工的产品。
5.当前环境下，对泄露件的检测技术趋于成熟：
6.1.肥皂泡法：密封状态下，在换热器各空间充气，在可能泄露的地方刷上肥皂水，有气泡即为泄露。
7.2.水浸法：密封状态下，在换热器各空间充气，浸入水中，如果存在漏气，则会有气泡产生；
8.3.氦质谱检测法：密闭环境下，抽真空再充入氦气，将密封换热器置于其中，一段时间后取出，用氦质谱仪检测换热器中氦含量，以此判断是否泄露。
9.发明人发现，目前对于危险件和合格件的判别，尚处于探索阶段，即无法判断换热器的虚焊程度。


技术实现要素：

10.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于判断板翅式换热器虚焊程度的系统，可快速通过水腔压力变化前后的差值来表征换热器的虚焊程度。
11.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
12.一种用于判断板翅式换热器虚焊程度的系统，包括气源、第一压力传感器和第二压力传感器，气源可与气腔通过第一管路连接用于向气腔内通入具有设定压力的气体，第一压力传感器设于第一管路以测量气腔压力，第二压力传感器用于测量水腔的压力，第一压力传感器、第二压力传感器分别与控制单元连接。
13.上述的系统，通过气源可向气腔内通入具有设定压力的气体，第一压力传感器用于测量气腔的压力，第二压力传感器用于测量水腔的压力，因在气腔通入设定压力气体前
后，水腔内形成了压力差，如有虚焊，可导致气腔与水腔之间的隔板发生变形，隔板不同程度的变形会导致水腔内压力发生不同的变化，这样可通过压力的不同变化程度，来判断虚焊的不同程度。
14.如上所述的一种用于判断板翅式换热器虚焊程度的系统，所述第一管路在所述气源与所述气腔之间设置进气阀，进气阀的设置作用是为了控制第一管路的通断。
15.如上所述的一种用于判断板翅式换热器虚焊程度的系统，所述第一管路在靠近所述气腔侧设置分支管路，分支管路与第一排气阀连接，所述第一压力传感器设置于第一管路或分支管路上，通过第一压力传感器测量气腔内压力变化情况。
16.如上所述的一种用于判断板翅式换热器虚焊程度的系统，所述气源与进气阀之间连接有第一节流阀，第一节流阀用于限制充放气速度。
17.如上所述的一种用于判断板翅式换热器虚焊程度的系统，所述第一排气阀的出口侧连接有第二节流阀，第二节流阀的设置作用同样是为了限制充放气速度。
18.如上所述的一种用于判断板翅式换热器虚焊程度的系统，还包括第二排气阀，第二排气阀与所述水腔连接，所述第二压力传感器设置于第二排气阀与水腔连接的第二管路上。
19.如上所述的一种用于判断板翅式换热器虚焊程度的系统，所述水腔还设置单向限压阀，单向限压阀与第二排气阀并联设置，单向限压阀的作用是在水腔因变形量较大或漏气造成压力超量程时保护第二压力传感器；
20.当第一压力传感器和第二压力传感器检测到压力数值有急速变化时即在样件气腔与水腔之间发生漏气；或第二压力传感器检测到气体压力数值有较大变化时即水腔变形量较大引起压力变化较大超过第二压力传感器量程时，控制单元控制单向限压阀打开。
21.如上所述的一种用于判断板翅式换热器虚焊程度的系统，所述气源可替换为水源，第一管路设置水泵，水泵与所述控制单元连接，通过水源可向气腔内通入水。
22.第二方面，本发明还提供了一种用于判断板翅式换热器虚焊程度的系统的工作方法，包括如下内容：
23.气腔、水腔与大气相通，设定时间后使气腔、水腔封闭，记录此时第一压力传感器和第二压力传感器的数据；
24.设定时间后，通过气源向气腔供入具有设定压力的气体，并充气设定时间；
25.对气腔保压设定时间后，对气腔进行放气，水腔仍封闭，并记录此时第一压力传感器和第二压力传感器的数据；
26.保压开始和结束时，若第一压力传感器和第二压力传感器检测到压力数值有急速变化时即在样件气腔与水腔之间发生漏气，则判断该样件为泄漏件。
27.如上所述的一种用于判断板翅式换热器虚焊程度的系统的工作方法，所述通过气源向气腔供入具有设定压力的气体，水腔内压力变化按照如下曲线进行变化：
28.曲线包括依次连接的第一段曲线、第二段曲线、第三段曲线和第四段曲线，第一段曲线的斜率大于1，第二段曲线的斜率为负数且向零靠近，第三段曲线的斜率为负数且小于
‑
1，第四段曲线的斜率为零；
29.为了方便判断，特设置了判断标准，当水腔内第一段曲线两端点压力值之差大于第一设定值，或第三段曲线两端点压力值之差大于第二设定值，或第三段曲线末端与第一
段曲线起始点压力值之差大于第三设定值时，表明该样件为危险件，反之为合格件，当第一段曲线两端点压力值之差或第二段曲线两端点压力值之差或第三段曲线末端与第一段曲线起始点压力值之差短时间内有较大变化时，判定该样件为泄漏件；
30.这里所说的短时间内指的是时间差小于等于1s。
31.上述本发明的有益效果如下：
32.1)本发明通过气源可向气腔内通入具有设定压力的气体，并通过第一压力传感器、第二压力传感器检测气腔和水腔的压力变化情况，因在气腔通入设定压力气体前后，水腔内形成了压力差，如有虚焊，可导致气腔与水腔之间的隔板发生变形，隔板不同程度的变形会导致水腔内压力发生不同的变化，这样可通过压力的不同变化程度，来判断虚焊的不同程度；而且还可以通过两个压力传感器监测到的数据如果在短时间内有较大变化时，可以作为泄漏件的检测方法。
33.2)本发明在压力表征虚焊程度的基础上，根据实测样件的压力特性曲线，利用虚焊程度、变形量和压力之间的联系，设定判断标准，解决了生产线上危险件和合格件难以区分的问题，同时还可实现对泄漏件的判断，保证了评判结果的准确性。
34.3)本发明系统各结构件成本较低，结构简单，测试效率高，非常适用于生产线。
35.4)本发明系统结构设置简单，可应用于不同型号的板翅式换热器，适用范围较广，便于推广。
附图说明
36.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
37.图1是虚焊面积较小换热器变形示意图。
38.图2是虚焊面积较大换热器变形示意图。
39.图3是本发明根据一个或多个实施方式的一种用于判断板翅式换热器虚焊程度的系统的示意图。
40.图4是本发明根据一个或多个实施方式的一种用于判断板翅式换热器虚焊程度的系统中标准合格件气腔和水腔压力特征曲线图。
41.图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。
42.其中：1.气腔，2.水腔，3.气源，4.第一节流阀，5.进气阀，6.第一压力传感器，7.第一排气阀，8.第二节流阀，9.第二排气阀，10.单向限压阀，11.第二压力传感器。
具体实施方式
43.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
44.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
45.为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
46.术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
47.正如背景技术所介绍的，现有技术中存在现有的漏气判断方法不够简便的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种用于判断板翅式换热器虚焊程度的系统。
48.本发明的一种典型的实施方式中，参考图3所示，一种用于判断板翅式换热器虚焊程度的系统，包括气源3、第一压力传感器6和第二压力传感器11，气源3与气腔1通过第一管路连接用于向气腔内通入具有设定压力的气体，为了实现气腔和水腔压力的监测，第一压力传感器设于第一管路以测量气腔压力，第二压力传感器用于测量水腔的压力，第一压力传感器、第二压力传感器分别与控制单元连接；
49.进一步，第一管路设置进气阀5，用于控制第一管路的通断。
50.换热器是板翅式结构，气腔1一侧有均匀分布的翅片，由隔板隔开，气腔与水腔交替分布，水腔为冷却水腔。换热器的气腔在做高压腔和低压腔时，翅片和隔板之间的连接点所承受的力分别为拉力和压力，连接点承受拉力时在高压条件下虚焊部位隔板更易发生变形，所以测试时把气腔作为高压腔充入高压气体，把水腔作为低压腔测量其变形过程压力变化。
51.虚焊变形原理的示意图其如图1、图2所示，翅片与隔板的虚焊使得翅片与隔板的连接点相对于未发生虚焊时少，在隔板两侧出现较大压力差时，隔板会发生变形；对于不合格件，部分焊点会因压力差较大而开裂，造成翅片与隔板进一步分离，隔板变形量也就更大。根据图1和图2进行对比，虚焊程度不同，隔板变形量不同，变形引起的水腔压力变化也就不同，通过比较压力变化前后的差值，即可对同一型号的板翅式换热器虚焊程度进行评判。
52.需要说明的是，气源3可以是气瓶，气源作用是为气腔即高压腔充气，不同的换热器所需气源压力不同，对气源压力的要求如下：气源压力需要足够稳定；不能引起板翅式换热器撕裂；气源所提供的气体具有设定的压力，足以引起高压腔一定程度的变形，在低压腔通过压力反映出来；气源所提供的压力低于设定值即压力不能过高，避免对合格件造成破坏。
53.进一步地，进气阀5为两通电磁阀，进气阀与气源的连接的第一管路设置第一节流阀4，用于限制充放气速度。
54.第一管路在靠近气腔侧设置分支管路，分支管路与第一排气阀连接，第一压力传感器设置于第一管路或分支管路上，第一排气阀7的出口侧连接第二节流阀8，第二节流阀8的作用同样是为了限制充放气速度。
55.在一些示例中，水腔2与第二排气阀9连接，第二压力传感器设置于第二排气阀与
水腔连接的第二管路上，且水腔还设置单向限压阀10，单向限压阀10与第二排气阀9并联设置，单向限压阀是为了保护第二压力传感器11，单向限压阀与控制单元连接；
56.通过第一压力传感器和第二压力传感器检测到压力数值有急速变化时即在样件气腔与水腔之间发生漏气；或第二压力传感器检测到气体压力数值有较大变化时即水腔变形量较大引起压力变化较大超过第二压力传感器量程时，控制单元控制单向限压阀打开，阻止压力继续升高。
57.本实施例中，控制单元为控制器，可为plc控制器或者其他类型的控制器。
58.另外，在一些示例中，第一排气阀为两通电磁阀。
59.一种用于判断板翅式换热器虚焊程度的系统的测试方法，包括如下内容：
60.关闭所有阀门，调整好第一节流阀和第二节流阀的开度，检查第一管路的气密性，气密性良好，则开始测试。
61.打开第一排气阀和第二排气阀，使气腔、水腔与大气相通，随后关闭，开始保存数据作为实验始点；
62.保存设定时间如10s后，打开高压进气阀，充气设定时间如5s到预设的高压气源压力后，关闭进气阀；
63.保压设定时间如60s后，打开第一排气阀进行放气，此时不能打开第二排气阀，设定时间如10s后停止保存数据。
64.需要说明的是，上述测试方法中提到的时间根据实测换热器型号有所调整；
65.最后对全过程采集的数据进行处理，根据数据作出判断，判断标准如图4所示，其中，高压压力指的是气腔压力，低压压力指的是水腔的压力。
66.当气腔充入0.6mpa～0.72mpa空气后,水腔呈现图4所示之压力曲线。纵坐标为压力p单位：pa(左)，mpa(右)；横坐标为时间t(0.1s)，图4上方的曲线表示水腔的压力变化，单位为mpa，下方的曲线表示气腔的压力变化，单位为pa。
67.由图4可知，样件的变形和恢复可以分为四个阶段：
68.1.似直线的第一段a
‑
b：气腔压力骤增引起水腔压力快速升高；
69.2.似抛物线的第二段b
‑
c：气腔开始保压，水腔压力缓慢升高；
70.3.似直线的第三段c
‑
d：气腔放气后，水腔压力快速下降；
71.4.似抛物线的第四段d
‑
f：压力缓慢下降段。
72.第一段a
‑
b的压差及时差大小与样件结构、材料、焊点位置、虚焊面积大小、虚焊面积(点)分布等因素有关；第二段b
‑
c曲线应趋于平缓，若向下出现拐点，说明低压腔存在漏气；若p
f
(第四段d
‑
f端点f处的压力)＝p
a
(第一段a
‑
b端点a处的压力)，相应δp
cd
＝p
c
(第三段c
‑
d端点c处的压力)
‑
p
d
(似第三段c
‑
d端点d处的压力)应等于δp
ba
＝p
b
(第一段a
‑
b端点b处的压力)
‑
p
a
；
73.t
fd
(第四段两端点之间的时差)＝t
f
(第四段端点f处的时间)
‑
t
d
(第四段端点d处的时间)应等于t
cb
(第二段两端点之间的时差)＝t
c
(第二段端点c处的时间)
‑
t
b
(第二段端点b处的时间)，该过程视为弹性膨胀过程；若p
f
＞p
a
，相应δp
cd
＝p
c
‑
p
d
应小于δp
ba
＝p
b
‑
p
a
，t
fd
＝t
f
‑
t
d
应小于t
cb
＝t
c
‑
t
b
，该过程视为塑性膨胀过程,t
bc
及t
df
的绝对时间长短不影响上述胀缩过程。
74.不同虚焊程度的样件气腔变形程度不一样，水腔压力变化也不同，塑形变形程度
也有区别。根据此原理及上图的变形规律，以水腔四个阶段中压力特征点的压差δp
a，
δp
b，
δp
c
作为判断标准：
75.第一段两端点的压差δp
a
＝p
b
‑
p
a
76.同一型号不同虚焊程度的换热器，δp
a
大小不同；虚焊面积相同，虚焊分布不同，δp
a
大小也不同，但总体分布于某一区间。因此，在气源压力为定值时，设定对应的第一设定值x，当δp
a
大于第一设定值x时，判定为危险件，当δp
a
小于x时，判定为合格件；当δp
a
突然失控性变大(快速增大)时，判定为泄露件。
77.同理可利用δp
b
、δp
c
：
78.第二段两端点的压差δp
b
＝p
c
‑
p
d
79.第三段两端点的压差δp
c
＝p
d
‑
p
a
80.加压介质不局限于空气，也可以用水蒸气或其他惰性气体。
81.当然，在其他一些实施例中，气源可替换为水源，第一管路设置水泵，水泵与所述控制单元连接，通过水源可向气腔内通入水，水在设定量后，具有设定的压力，可挤压隔板，因水腔内在测试时内部为空气，同样在水的作用下，因虚焊使得隔板产生变形。
82.此外，与板翅式换热器结构和需求相似的零部件也可参考使用此方案来进行检测。
83.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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。