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。
[0020] -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原件发热，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。
[0021] 热辐射焊接法具体工艺过程与工艺控制作要点如下： 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。
[0022] 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。
[0023] 3、焊销准备。
[0024] 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。
[0025] 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)。
[0026] 6、发热原件准备与装配，根据焊接端板面积与焊接工艺温度要求，估算发热管功 率。
[0027] 7、密闭恒温室配装。控制原件线路连接，并做好焊接准备。
[0028] 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）。
[0029] 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5mm (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。
[0030] 10、拨去焊销。
[0031] 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。
[0032] 热辐射焊接法的技术关键简述如下： 1、热辐射焊接法，焊接温度的控制。
[0033] 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，分解温度彡430°C，因此，焊接温度控制在 400±5°C适宜且安全。
[0034] 2、热辐射焊接法，焊接压力的控制。
[0035] 根据PFA材料特性，其线膨胀系数1/°C为12x10'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_， 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)。
[0036] 3、热辐射焊接法，升温速度与保温时间的控制。
[0037] 热辐射焊接法，是通过加热原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。
[0038] 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，均包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种热辐射焊接装置，其特征是，包括加热原件、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；所述加热原件安装在恒温室内，所述温控系统连接恒温 室和加热原件。
2. 根据权利要求1所述的热辐射焊接装置，其特征是，所述加热原件包括发热管和用 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原 件的热电偶和连接热电偶的数显调节仪。
6. -种热辐射焊接方法，其特征是，将列管穿过多孔端板，在列管内插入焊销；然后通 过焊接夹具将多孔端板和列管需焊接部位放置于安装有加热原件的密闭恒温室中，在热辐 射的作用，通过控制焊接温度和保温时间，使多孔端板、列管和焊销受热，并使多孔端板与 列管受热端面自上至下熔融；与此同时，安装在焊接夹具内的多孔端板受热膨胀受阻产生 径向压力与插入列管内的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；关闭电源降温冷却后，达到焊接的目的。
7. 根据权利要求6所述的热辐射焊接方法，其特征是，选用数显调节仪与热电偶组成 温控系统，实现焊接温度的设定与控制。
8. 根据权利要求6所述的热辐射焊接方法，其特征是，采用权利要求1所述的热辐射焊 接装置进行焊接，所述热辐射焊接方法包括以下工艺流程： A、 制作焊接夹具和支架：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 与支架；在焊接夹具的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； B、 装配多孔端板、列管和焊销：PFA管材挤出成型，多孔端板压制成型后，按预定工艺 要求进行热处理，并加工成多孔端板；将列管安装到多孔端板上，在列管内配插好焊销，焊 销插入深度为55-60mm; C、 安装发热原件：根据多孔端板焊接面积与焊接工艺温度要求，选择相应的发热原件 并安装到焊接夹具上，调节好发热原件的高度； D、 密闭恒温室装配：将观察窗、铝质盖板、保温棉组装成复合盖板，再将上述装配好列 管和焊销的多孔端板安装到焊接夹具内，并与复合盖板一起组成一个密闭恒温室；将温控 系统安装连接好； E、 按预定焊接工艺要求，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；启动发热原件开始加热，当焊接温度达到设定值时，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5mm且表面平整时，关闭电源，自 然冷却至60-70°C时，按顺序分拆恒温室，取出焊接好列管的多孔端板，拨去焊销；完成焊 接。
9. 根据权利要求8所述的热辐射焊接方法，其特征是，对焊接好列管的多孔端板与焊 接夹具进行水压测试检验；测试压力为IMPa/cm2,保压30分钟，无滴漏则为合格。
10. 根据权利要求8所述的热辐射焊接方法，其特征是，通过调节控制焊 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； E=X?l/t>e,其中，E为多孔端板与焊接夹具之间的间隙，X为多孔端板尺寸，单位为mm， 1/°C为材料膨胀系数，e为热焊系数值；当X彡500时，e取值< 0. 6,X< 500时，e取值 < 0? 8。
【专利摘要】本发明公开了一种热辐射焊接装置及焊接方法。热辐射焊接装置包括加热原件、焊接夹具、复合盖板、温控系统，焊接夹具连接复合盖板；焊接夹具、多孔端板和复合盖板形成一个恒温室；所述加热原件安装在恒温室内，所述温控系统连接恒温室和加热原件。热辐射焊接方法，将列管穿过多孔端板，在列管内插入焊销，置于安装有加热原件的密闭恒温室中，在热辐射的作用，使多孔端板与列管受热端面自上至下熔融，达到焊接的目的。本发明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】CN104608372
【申请号】CN201510032321
【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5月13日
【申请日】2015年1月22日