板式换热器真空钎焊的质量控制.docx

板式换热器真空钎焊的质量控制Q u a lity Co n t ro l o f V acu um B razin g fo r P la te E x ch an ge r乌鲁木齐市石油化工锅炉安装公司张英 江苏省化工设备制造安装公司 张瑾瑜中日合资宜兴北海封头有限公司邓建德T h e a r t ic le m a in in t ro du ce co n st ru c t io n o f b razin g p la te ch an ge r an d se lec t ive p r in2c ip le o f p a ram e te r fo r vacu um b razin g p ro cedu re, A n d a t cu rve p ro ceed b razin g p ro cedu resp ec if ica t io n ,关键词:th ro u gh te st sa t isfy accep tan ce leve l o f A SM E B PV COD E SEC IX.钎焊板式换热器真空钎焊真空钎焊工艺钎焊工艺评定形尺寸来实现, 而应从设备的结构特点来考虑,提高其紧凑性, 即在单位体积内提供尽量大的 传热面积。另外, 由于钢板越薄换热效果越好, 选用超薄板结构形式是最理想的。 很显然, 板 式换热器在传热效果、紧凑性及单位换热面积、 金属耗量方面比管壳式换热器先进得多。 一般 的可拆式板式换热器在密封和承压性能方面要比管壳式换热器逊色, 但在大型真空炉内采用钎焊方法来制造钎焊板式换热器克服了一般可 拆式板式换热器密封和承压性能差的缺点, 且又具备板式换热器的所有优点。钎焊板式换热器的基本结构是由设计成相 反方向的若干块带有波纹槽 (构成换热介质通 道) 的流通板和前后两端二块盖板组成, 如图1 所示。 然后在流通板之间和流通板与盖板之 间均放置和流通板尺寸一致的厚 0107mm 纯 铜 箔 ( 钎 料)。 流 通 板 材 料 一 般 用 厚 015451前言真空钎焊技术在我国应用较晚,七十年代以来在使用和发展真空钎焊技术方面取得了较大的进展。 随着现代航空、 航天和电子工业的 发展, 以及许多新型高温合金的不断出现和应 用, 真空钎焊技术其特有的优点必将在工业领域中获得越来越广泛的应用。钎焊板式换热器在我国是一种新型而特殊 的压力容器, 其设计、 制造按照美国、 日本等 工业发达国家的规定, 是有强制许可要求的。为 了和国际市场接轨, 我国目前也在积极做这方 面的工作。2结构特点增大传热面积是强化传热效果的主要手段, 但是增大传热面积不应单靠增大设备的外制造安装板式换热器真空钎焊的质量控制016mm 的 316L 不锈钢, 盖板用厚 2 3mm 的316L 不锈钢板, 经用规定压力压实组装后进入 真空炉一次性钎焊成图 2 所示的钎焊板式换热器。 图 3 为钎焊后板式换热器剖切断面所显示 的钎焊接头示意图。个零件和其他零件一起进行组装, 如本文所述的钎焊板式换热器的组装即是一个典型的例 子。图 3 钎焊接头示意图311零件钎焊前准备 清洁而无氧化物的表面是保证获得优质钎焊接头的必要条件: 清除零件表面的氧化物, 在 批量生产时, 最好用超声波清洗法或化学清洗法, 二者均能获得表面质量一致的优质零件表 面, 而且生产率高; 至于钎焊零件的除油, 批 量生产时, 一般在三氯乙烯蒸汽油槽中进行。312零件的组装定位板式换热器装配时, 要在每层流通板 (盖 板) 之间夹上一层铜箔钎料一起组装, 然后用夹具夹紧。和上下盖板接触的夹具面上应预先涂上阻 流剂, 以防止钎焊时液态钎料有可能流到二者之间的接合面上而和夹具焊牢; 然后把组件送 入炉内。313钎焊工艺参数的选择原则为了保证足够的钎透率, 合理的合金化反 应, 避免钎焊缺陷的产生, 从而获得优质的钎 焊接头, 需要全面考虑合理地选择钎焊工艺参数。真空钎焊的工艺参数有: 真空度, 加热速 度, 稳定温度和时间, 钎焊温度和时间, 冷却速度和方式, 出炉温度等。(1) 真空度 真空是一种精确控制钎焊气氛的比较经济的方法, 真空能使工件表面达到所需要的清洁度, 从而使钎料不用钎剂就有良好的润湿性和 流动性, 为了防止被钎零件和炉内元件 (主要图 1 钎焊板式换热器各零件组装位置示意图从图 1 中可见, 可根据用户的需要,只要增减流通板的数量, 即可达到改变原换热面积的目的,从而易于形成系列化产品。图 2 钎焊板式换热器3真空钎焊工艺真空钎焊的工艺过程为: 零件钎焊前准备、组装、装填钎料、涂阻流剂 (如有必要时) , 钎 焊、 出炉检验。 根据组件的结构情况, 装填钎 料也可以在组装时同时进行, 即钎料可作为一46压力容器是加热元件和辐射屏等) 氧化变色, 并且避免热气直接通过机械泵, 在炉子升温前, 预先应 将炉腔抽至一定的真空度, 此真空度的选择主 要根据被钎焊材料的性质决定, 对于不锈钢零 件, 应达到 (1 5) 10- 4 托。然后才能对炉子进行加热。由于铜的蒸发压较高 (在 946时为10- 2 托 ) , 所 以 在 10- 4 托 压 力 和 温 度 超 过1000 条件下, 铜会大量挥发。为了阻止铜的 挥发, 当炉子加热到 900以上时, 应向真空炉 内充填高度纯度惰性气体, 使炉子内压力提高到 (2 3) 10- 2 托 (此压力稍高于铜挥发平衡 压力值) , 来阻止铜的挥发。同时充填的流动惰 性气体会对炉中热量起到对流作用, 使组件受 辐射热更为均匀, 可见真空钎焊是在炉内压力 为 (2 3) 10- 2 托动态平衡的流动惰性气体中完成的。(2) 加热速度炉子加热速度的快慢, 主要取决于既要保 证从零件、 夹具等析出的气体被充分抽出, 以 保持炉内的真空度; 又要使组件受热均匀, 减小或防止组件在加热时出现变形。(3) 稳定温度和时间所谓稳定温度和时间, 是指在加热到钎料 固相线以下的某一个 (或某几个) 温度值时, 暂 停加热, 在此温度下, 保持一段时间, 目的是减小组件内外的温度梯度, 使组件各部位的温 度尽量均匀。(4) 钎焊温度和保温时间在钎焊温度下, 一方面要使钎料熔化, 并 要有足够的保温时间, 使熔化钎料在毛细管力 的作用下填满接头间隙, 同时与基体金属进行合金化作用; 另一方面, 对奥氏体不锈钢材料 要完成固溶处理这一工序。 这样, 使钎焊和固 溶处理工序在同一加热冷却循环中完成, 对奥 氏 体 不 锈 钢 零 件 用 纯 铜 钎 料 进 行 钎 焊 时 取1120为钎焊温度能同时满足上述两点基本要求。(5) 冷却速度和方式 为了防止气流搅动液态钎料, 在钎料固相线温度以上时, 应在真空中随炉冷却; 等炉温降至 1000钎料已完全凝固后, 再填充高纯惰 性气体并启动真空室中的风扇搅拌使炉温快速 下降, 完成奥氏体不锈钢材料的固溶处理工序。(6) 出炉温度对不锈钢组件, 取出炉温度小于 150为 宜。根据以上所述真空钎焊工艺参数的选择原 则, 结合钎焊板式换热器的具体要求, 选取了 图 4 的真空钎焊工艺参数曲线。图 4 钎焊板式换热器的真空钎焊工艺参数曲线图4钎焊工艺评定(1) 按照 A SM E IX Q B 钎焊评定篇的规定, 结合钎焊板式换热器结构特点, 采用图 4 所 示真空钎焊工艺参数曲线进行了如表 1 的搭接 钎焊工艺评定。表 1 钎焊板式换热器搭接钎焊工艺评定项目表(2) 搭接接头拉伸试验和切片试验结果如表 2 和表 3 所示。A SM E IX 切片试验的合格标准: 每个试 样的两个侧面都要抛光, 用至少放大 4 倍的放大镜进行检查, 每个侧面的缺陷分别计算。 各 侧面钎缝中缺陷 (未钎透面) 的总长度不得超 过接头搭接长度 (贴合面) 的 20% 。47序 号评定板厚mm材质搭接量mm铜箔宽mm钎料漫流方向123015 + 015015 + 015015 + 310316L316L316L588101616水平漫流 垂直向下漫流 垂直向下漫流板式换热器真空钎焊的质量控制表 2拉伸试验结果表 3切片试验结果钎缝总长)100%超薄板结构使传热效果达到最佳状态。(2) 钎焊板式换热器生产的关键技术是板 片的冲压和真空钎焊的质量。( 3) 根据A SM E B PV COD E SEC IX 进行 钎焊工艺评定的钎缝强度和钎缝致密性, 证实所采用的工艺参数能获得优质的钎焊接头, 并 满足产品标准的技术要求。(4) 所采用的自动真空钎焊炉设备虽价格昂贵, 但其对各参数自动控制的可靠性、 稳定 性及其先进性, 不仅保证钎焊质量的稳定性, 而 且提高了生产效率。5质量检验控制钎焊板式换热器的钎焊质量主要靠自动真空钎焊炉的技术先进性和稳定性来控制,焊之后还要进行质量检验。511外观检验真空钎焊时, 零件和钎缝表面光亮,但钎便于用肉眼或十倍以上的放大镜直接观察组件的钎焊质量情况。512压力试验经外观检验合格的钎焊板式换热器,一般进行气压试验。 对有特殊要求的钎焊板式换热器可进行液压试验。513泄漏试验参考文献11 美国焊接学会编. 钎焊手册. 国防工业出版社. 198421 A SM E B PV COD E SEC IX 焊接及钎焊评定. 199531 粟祜主编. 真空钎焊. 国防工业出版社. 1984压力试验合格后的钎焊板式换热器,用氦质谱仪进行泄漏试验。尚应41 JB 870198 制冷用板式换热器.199851 西安交大焊接教研组编. 熔化焊工艺学 (下册). 中国工业出版. 196161 (美) M . M 金百尔兹著. 金属焊接手册. 国防工业 出版社. 19886结束语(1) 钎焊板式换热器具有结构紧凑,和承压性能好, 单位体积内传热面积大,密封利用48序号试样数量贴合面 (搭接量)钎缝总长mm缺陷总长 (mm )(缺陷总长贴合面试板尺寸mm备注一侧另一侧一侧另一侧12 个51001070105114110015 + 015搭接0106010511211022 个810011601102101125015 + 015搭接01200112215115032 个810011101071137501875015 + 310搭接0107010401875015序号试样数量拉断力kN试样尺寸mm抗拉强度 bM P aA SM E 规范规定 最低抗拉强度M P a断裂位置评定板厚mm备注1232 个2 个2 个515514513514514514200152001520015539105291251914529125291252912485485485母材 母材015mm端母材015 + 015015 + 015015 + 310搭接 搭接搭接压 力 容 器1999 年第 2 期本文主要介绍钎焊板式换热器结构及其真空钎焊工艺参数的选择原则, 以及由此得出的真空钎焊工艺 参数曲线, 并按此曲线进行钎焊工艺评定。通过试验完 全满足 A SM E B PV COD E SEC ? 中有关验收标准。含硫原油加工装备的腐蚀与防护本文总结、分析了含硫原油加工装置的腐蚀情况, 介绍了硫化物腐蚀的规律及其腐蚀机理, 列举了硫化 物腐蚀的几种主要类型, 根据现场应用情况针对硫化 物腐蚀提出了相应的防护措施, 并对防腐研究工作的 开展提出了一些有益的建议。甲铵冷凝器换热管束断裂原因分析本文以大量的理论、金相、腐蚀产物分析为依据, 详细分析了甲铵冷凝器中材质为 D P 212 (A SM E U N S S31260 相当于 00C r25N i7M o 3W C uN 双相不锈钢) 换 热管束产生裂纹的原因。 并提出了改进措施和建议。福炼两台 400m 3 丙烯球罐的检验和裂纹分析拉、弯、扭及内压载荷下周向裂纹管的塑性极限载荷本文提出了在轴向力、弯矩、扭转及内压联合载荷 作 用下含周向 裂 纹 管 塑 性 破 坏 载 荷 的 力 学 模 型。 按 V o n M ise s 准则可确定塑性跨塌时净截面上诸正应力 值, 进一步又给出了各种裂纹管道 (诸如表面裂纹、穿 透裂纹等) 的诸塑性极限载荷表达式。本文对缺陷评定 十分有用。低碳钢含裂纹管道四点弯曲作用下弹塑性裂纹扩展 的试验研究本文对不同直径、 不同厚度及不同裂纹长度低碳钢管模拟环向穿透裂纹四点弯曲进行了试验研究, 详 细描述了试验的装置、试验过程及现象。给出了实测 J R 阻力曲线及失稳载荷与裂纹长度的关系。基于弹性分析的高温蠕变疲劳损伤分析和寿命预 测方法 (二) 计算实施与实例分析采用基于弹性分析的方法进行高温结构的损伤分析和寿命计算时, 首先要进行弹性分析计算, 本文建立 了求解机械和温度载荷共同作用下结构响应的有限元 求解格式。并作为工程实例, 对某电厂中调峰发电机组 过热器联箱处的接管三通在机组启停过程中的响应进 行了分析, 并进一步对其进行了损伤分析和寿命计算。折流栅抗振型换热器结构及其抗振特性研究本文指出了折流杆换热器的抗振缺陷, 提出了一 种折流栅抗振型换热器的新结构, 并对其抗振特性进 行了理论分析和实验研究, 指出此类换热器的抗振结 构可以弥补折流杆换热器的抗振缺陷。转化管剩余寿命估计中的初态应力分析3本文根据福建炼油化工有限公司两台 400m 丙烯球罐制造、安装以及实际使用状况, 结合开罐检测检验 结果, 对球罐表面裂纹成因进行综合分析, 并对球罐制造和安全使用的预防措施进行一些有益的讨论, 其结 论对今后的工作具有一定的指导性作用。