一种管壳式/管片式热交换器的管板与管子接头的连接方法 【技术领域】
本发明涉及各种能动系统中的管壳式或管片式热交换器的管板与管子接头的连接方法，尤指散热管材质为紫铜、管板材料为低碳钢的管壳式/管片式热交换器的管板与管子接头的连接方法。
【发明背景】
管壳式/管片式热交换器由于其结构简单且制造方便广泛地应用于各种能动系统中，通常情况下管片式/管壳式热交换器的结构包括散热管、管板、散热片、壳体、扰流板、不同热交换介质各自的出入通道。散热管与管板孔之间密封连接使得不同的热交换介质在各自运行的相互独立系统中进行热交换。一般情况下制造管板的材料为散热性能较好地铜合金、铝合金、不锈钢、低碳钢等，而制造散热管的材料为散热性能很好的材料如铜合金、铝合金等。
管片式/管壳式热交换器管板与散热管接头之间连接有致密性要求，常用的连接方法有以下几种：1、机械涨接，即利用涨管头使位于管板孔之中的具有较好变形性能的管子产生适当的塑性变形使管子外表面与管板孔内表面紧密贴合，从而实现密封效用。此种接头多用于冷却管直径大于6毫米的大批量的管壳式/管片式热交换器的生产中，其设备投资相当大，其制成品有致密性的接头在实际使用中有大约10％的泄漏率且返修率高，返修困难，对零部件的制造精度要求很高，制造成本也较高，不能满足现今社会对产品制造技术及质量的要求。2、熔化焊接的方法，即采用多种熔化焊工艺方法配合相关焊接材料使管板开孔边缘与管子端部同时产生熔化并与熔化的填充材料一起形成熔池，凝固后形成一个致密的接头，此种方法多用于高温、高压、大负荷的锅炉热交换器的生产场合，只适合于小批量生产过程中，与此同时此种工艺方法也不适应于异种材质的管板与散热管的连接。3、粘接的方法，利用适当的工艺方法配以合适的粘接剂使其充分合理的填充于散热管外表面与管板开孔内表面之间并形成一个致密的接头，此方法多用于此类型热交换器的维修或试制过程中，一般也使用较少。4、机械连接的方法，采用适当的管子管板连接形式的设计配合以各种密封圈通过密封圈的适度变形形成一个密封接头，此方法也多用于此类型热交换器的维修或试制过程中，一般很少应用。5、炉中钎焊方法，利用钎焊炉进行适度适时加热配合适当的管子管板接头涉及配合适当的钎料钎剂组合，从而在散热管与管板开孔处形成致密接头的方法。此种工艺方法制造出来的热交换器质量稳定清洁美观，但是设备投资大、生产效率较低、能耗较大，适用于大规模生产的管壳式/管片式热交换器。6、浸渍钎焊，即将装配合格的管壳式/管片式热交换器的管子一管板接头浸入熔化的钎料与钎剂中通过适时保温与加热或者将熔化的钎料浇注于装配合格的管壳式/管片式热交换器的管子一管板接头使钎料填充入管子与管板孔的缝隙之中从而形成致密的连接，此种方法工作环境差、钎料钎剂消耗较多、质量不稳定，适用于大批量的热交换器生产过程中。7、手工火焰钎焊，利用适当火焰配合适当的钎料钎剂组合使得钎料填充于管板与散热管之间形成密封的接头，此种工艺生产环境差、效率低、质量不稳定，适用于小批量、多品种的管壳式/管片式热交换器的生产。
【发明内容】
针对散热管为紫铜，管板为低碳钢的且散热管直径小于6毫米的情况，使用涨管、熔化焊接、粘接、机械连接、炉中钎焊、手工火焰钎焊等方法由于其各自的特点都不适应于此种情况的管壳式/管片式热交换器管板与散热管接头的连接的大批量生产等现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种采用氮气保护高频平面感应加热的方法配合使用预置银基钎料(BAg40CuZnSn)环与少量钎剂(QJ102)对管壳式/管片热交换器管板一管子接头进行钎焊连接，从而达到提高接头致密性、提高生产效率、节约能源、节省钎剂、提高产品耐腐蚀性能、提高产品质量的目的。解决上述技术问题采用的技术方案是：一种改进型的管壳式或管片式热交换器的管板与管子接头的连接方法，按以下步骤进行：
1)预置钎料环于管板开孔处的预置沉孔内；
2)喷涂适量钎剂饱和水溶液于管子接头部位；
3)开启氮气保护装置向钎焊部位吹保护氮气；
4)打开感应电源与工作台移动开关，进行高频钎焊操作，直至钎料环与钎剂均匀熔化后流动，并填满焊缝为止；
5)钎焊机床自动喷冷水以淬去钎剂残渣。
本发明的焊接方法，由于预置钎料环和钎剂的用量可精确控制，材料的利用率高，因而其制造成本也相对较低。采用氮气保护高频平面感应加热的方法配合使用预置银基钎料(BAg40CuZnSn)环与少量钎剂(QJ102)对管壳式/管片热交换器管板一管子接头进行钎焊连接，使得加工好的热交换器致密性高，质量稳定，适合大批量生产，尤其适合散热管为紫铜材质、管板为低碳钢且散热管直径小于6毫米的情况。
【附图说明】
图1为管壳式热交换器的管板与管子连接部分的结构示意图。
【具体实施方式】
实施例一：
参照图1，GK91X397-00-00型管壳式热交换器，管板7采用低碳钢制成，上开设有一组纵向通孔8，所述通孔8的底端对应于管板的内表面10处开设有导向沉孔9，所述通孔8的顶端对应于管板的外表面1处开设有焊环预置沉孔4，散热管的管子接头部分2穿入该通孔内8定位，然后按以下步骤进行：
1)预置BAg40CuZnSnNi银基钎料环3于管板开孔处的预置沉孔内，钎料环3的丝径为1mm，钎料环内径为5.4mm，钎料环轴向尺寸为1mm；
2)喷涂适量钎剂饱和水溶液(QJ102)于管子接头部位；所述钎剂型号为QJ102，成分为：B2O3 35％、KBF4 23％、KBF 42％；将钎剂QJ102用水调成饱和水溶液；
3)开启氮气保护装置向钎焊部位吹保护氮气；
4)打开感应电源与工作台移动开关，用PLC元件(即具有编程能力的固态控制系统)控制中频感应钎焊机床工作台的两坐标精确移动，对管板与管子接头部位均匀加热，直至钎料环与钎剂均匀熔化后流动，并填满焊缝为止；钎焊加热循环历时25秒，钎焊感应电流为30A，工件与工作台中心的偏心距为25mm，工作台转速为5rpm，感应频率30KHz，感应器距离工件表面5mm。
5)钎焊机床自动喷冷水以淬去钎剂残渣。
图中标记5为盖子安装台肩，标记6为壳体安装台肩。