CN113566635A

CN113566635A - 一种复合管板、空冷器管束以及制备工艺

Info

Publication number: CN113566635A
Application number: CN202110855034.9A
Authority: CN
Inventors: 张建华; 张靖; 江洪涛; 兰文明
Original assignee: Beijing Longyuan Zefeng Environmental Protection Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Longyuan Zefeng Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date: 2021-07-28
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2021-10-29

Abstract

本发明公开了一种复合管板、空冷器管束以及制备工艺，涉及空冷器技术领域。其具体实施方式包括：复合管板，应用于空冷器管束，包括：基板、在基板上并排排列的多个管孔、多个第一凹槽以及多个焊接部，其中，每一个管孔，用于安装空冷器管束的一个基管的端部；每一个第一凹槽位于基板的一个主面上，围绕一个管孔设置；每一个焊接部固定于第一凹槽内，用于与基管的端部焊接连接。该复合管板能够在与基管焊接的基板区域设置焊接部，克服当前技术容易产生的焊接缺陷，提高了焊接质量。

Description

一种复合管板、空冷器管束以及制备工艺

技术领域

本发明涉及空冷器技术领域，尤其涉及一种复合管板、空冷器管束以及制备工艺。

背景技术

空冷器也称“空冷式换热器”，其是以环境空气作为冷却介质，横掠翅片管外，使管内高温工艺流体得到冷却或冷凝的设备。该空冷器一般是由管束、管箱、风机、百叶窗和构架等主要部分组成，广泛应用于石化、冶金、电力、航空航天等行业。

空冷器管束一般是由翅片管、管板和管箱组成。其中，翅片管的基管穿过管板的管孔，并与管板焊接连接。针对目前广泛使用的扁管型铝质翅片管，为了使铝质翅片管能够焊接于管板上，一般需选用钢铝复合管板。

目前，空冷器管束使用的钢铝复合管板是通过爆炸复合工艺将一整块铝板或铝合金板复合到钢板上，并在铝板与钢板之间或铝合金板与钢板之间形成钢铝结合面。但是，在基管与钢铝复合管板焊接连接时，由于焊接高温的影响，容易使钢铝结合面产生开裂、钢铝剥离等缺陷。而结合面断裂、铝钢剥离可造成基管与钢铝复合管板焊接连接的焊接质量较差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种复合管板、空冷器管束以及制备工艺，能够通过第一凹槽固定焊接部，而非在焊接部与基板之间形成结合面，从而克服了钢铝结合面开裂的缺陷，提高了焊接质量。

为实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种复合管板，应用于空冷器管束，包括：基板、在所述基板上并排排列的多个管孔、多个第一凹槽以及多个焊接部，其中，

每一个所述管孔，用于安装所述空冷器管束的一个基管的端部；

每一个所述第一凹槽位于所述基板的一个主面上，围绕一个所述管孔设置；

每一个所述焊接部固定于所述第一凹槽内，用于与所述基管的端部焊接连接。

可选地，所述第一凹槽深度为4～10mm。

可选地，所述第一凹槽的底面与侧面之间的夹角为75～80度。

可选地，所述第一凹槽的侧面上设置有至少一个密封沟槽；

焊接部的一部分填充挤入所述密封沟槽内。

可选地，所述密封沟槽的断面形状为三角形、梯形、弧形、矩形以及其它多边形中的任意一种。

可选地，所述第一凹槽的断面为扁口形结构。

可选地，所述第一凹槽的尺寸为(228～248)mm×38mm。

可选地，所述焊接部为铝制材料。

可选地，所述管孔为扁口形结构。

可选地，所述管孔尺寸为(209.2～230)mm×19mm；

可选地，所述管孔与所述基管之间的间隙为0.4～0.8mm。

第二方面，本发明实施例提供一种空冷器管束，包括：并排排列的基管、设置于所述基管上的翅片以及上述任一实施例提供的所述的复合管板，其中，

所述基管的端部安装于所述复合管板包括的管孔，并与所述复合管板包括的焊接部焊接连接。

可选地，所述基管的断面为口琴形结构。

可选地，所述基管尺寸为(208.8～229.2)mm×19mm。

可选地，所述基管的壁厚为0.8～1.6mm。

可选地，所述基管内腔包括由隔板隔出若干通孔。

可选地，所述通孔个数为1～12。

第三方面，本发明实施例提供一种复合管板的制备工艺，包括：

在基板上并排排列的多个预设管孔区域中的每一个预设管孔区域加工出第二凹槽；

将焊接用填料通过锻压镶嵌于所述第二凹槽内；

在镶嵌有所述焊接用填料的第二凹槽内冲裁出管孔，并形成围绕一个所述管孔设置的第一凹槽以及固定于所述第一凹槽内的焊接部，其中，所述管孔用于安装空冷器管束的基管，所述焊接部与所述基管焊接连接。

可选地，上述复合管板的制备工艺，进一步包括：

在所述第二凹槽的侧面开设密封沟槽。

可选地，所述将焊接用填料通过锻压镶嵌于所述第二凹槽内，包括：

将焊接用填料的一部分填充挤入所述密封沟槽。

可选地，所述第二凹槽的深度为4～10mm。

可选地，所述第二凹槽的底面与侧面之间的夹角为75～80度。

可选地，所述第二凹槽的断面为扁口形结构。

可选地，所述第二凹槽的尺寸为(228～248)mm×38mm。

可选地，所述焊接用填料为铝制材料。

可选地，上述复合管板的制备工艺，进一步包括：

按照预设的计算条件确定基板材质以及基板厚度；

根据所述基板材质和所述基板厚度，选择基板原料；

对所述基板原料采用机加如冲裁方式下料，并对下料的边缘去除毛刺、平整并倒钝，得到所述基板。

第四方面，本发明实施例提供一种空冷器管束的制备工艺，包括：上述任一所述的复合管板的制备工艺，以及，

将所述空冷器管束包括的基管安装于所述复合管板的工艺。

上述发明具有如下优点或有益效果：由于第一凹槽位于基板的一个主面上，围绕一个管孔设置，焊接部固定于该第一凹槽内，即通过第一凹槽固定焊接部，避免在钢板与铝板或铝合金板之间形成钢铝结合面，同时，该第一凹槽固定焊接部可以承受焊接高温，从而克服了钢铝结合面开裂的缺陷，提高了焊接质量。

上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。

附图说明

附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

图1是根据本发明实施例的空冷器管束的部分主体结构的示意图；

图2是根据本发明实施例的图1标识出的区域A放大后的结构的示意图；

图3是根据本发明实施例的基管的断面示意图；

图4是根据本发明实施例的复合管板的断面结构的示意图；

图5是根据本发明实施例的复合管板制备工艺过程中复合管板结构变化的流程示意图；

图6是根据本发明实施例的复合管板的平面结构的剖面示意图；

图7是根据本发明实施例的复合管板制备工艺的主要工序流程的示意图。

10 复合管板 11 基板 12 管孔

13 第一凹槽 131 第一凹槽的底面

132 第一凹槽的侧面 1321 密封沟槽 14 焊接部

15 第二凹槽 151 第二凹槽的底面

152 第二凹槽的侧面 16 焊接用填料

20 基管 21 管孔与基管之间的间隙

30 翅片

具体实施方式

以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例作出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

图1、图2以及图4至图6是根据本发明实施例的复合管板的结构示意图。其中，图1示出了空冷器管束的部分主体结构，其给出了复合管板与空冷器管束的基管之间相对位置关系以及复合管板包括的管孔、第一凹槽以及焊接部之间的相对位置关系；图2示出了图1标识出的区域A放大后的结构；图4示出了复合管板的断面结构；图5示出了复合管板制备工艺过程中复合管板结构的变化过程；图6示出了复合管板的平面结构的剖面示意图。

如图1、图2以及图4至图6所示，该应用于空冷器管束中的复合管板可包括：基板11、在基板上并排排列的多个管孔12、多个第一凹槽13以及多个焊接部14，其中，每一个管孔12，用于安装空冷器管束的一个基管20的端部；每一个第一凹槽13位于基板11的一个主面上，围绕一个管孔12设置；每一个焊接部14固定于第一凹槽13内，用于与基管20的端部焊接连接。

其中，下述空冷器管束的基管以及翅片管中的基管均指该附图中示出的基管20。

另外，焊接部14所用的材料一般与基管20的材料一致或接近，以使焊接部14与基管20之间焊接能够匹配，保证焊接接头牢固。针对基管20为目前常用的铝材质的情况，该焊接部14为纯铝材料或者铝合金材料。一个优选地实施例中，该焊接部14为铝合金材料。选用铝合金材料制备焊接部，可使焊接部14不易变形并具有较好的密封性，同时具备实用性。其中，作为焊接部14的铝合金材料可为铝锰合金、铝镁合金、铝镁硅合金等中的任意一种。一个优选地实施例中，作为焊接部14的铝合金材料可为铝锰合金。通过选用铝锰合金可以保证焊接部与第一凹槽之间的嵌合比较牢固，以进一步提高复合管板的密封性。可以理解地，针对基管20选用其它材质的情况，该焊接部14所用材料可以相应地调整，以满足焊接需求。

值得说明的是，复合管板一般具有两个主面，其中管孔12贯通该两个主面，其中复合管板的一个主面靠近空冷器管束的翅片管，复合管板的另一个主面远离空冷器管束的翅片管、并与翅片管中的基管的端部形成焊接接头，一般来说，该基管20的端部从该复合管板的一个主面穿过管孔到达复合管板的另一个主面，则每一个第一凹槽13所位于的基板11的主面是指远离空冷器管束的翅片管、并与翅片管中的基管的端部形成焊接接头的主面。

在本发明实施例中，第一凹槽13深度为4～10mm范围内的任一值，以使固定于第一凹槽内的焊接部14能够满足不同类型焊接的需求的同时，能够保证复合管板与翅片管之间的密封性，并避免焊接部所用材料的浪费。比如，针对焊接类型为非熔化极惰性气体保护电弧焊(Tungsten Inert Gas Welding，TIG焊)，第一凹槽深度可为4mm；又比如，针对焊接类型为熔化极惰性气体保护焊(Melt Inert Gas Welding，MIG焊)，第一凹槽深度可为10mm等。值得说明的是，该第一凹槽13深度是指从第一凹槽的底面131到复合管板中远离翅片管的主面的垂直距离。如图4所示，该第一凹槽13的底面131是指与复合管板主面平行或者近似的平行的、围成该第一凹槽的一个表面。

值得说明的是，在本发明实施例中，如果第一凹槽13的底面131与侧面132之间的夹角小于75度，不仅增加了第一凹槽制作难度，而且焊接部14很难填满第一凹槽13，导致复合管板密封不合格。如果第一凹槽13的底面131与侧面132之间的夹角大于80度，第一凹槽的侧面张紧力较小，会造成该侧面132靠近复合管板的主面区域外翻，从而影响焊接部14的固定。因此，本发明实施例提供的第一凹槽13的底面131与侧面132之间的夹角α为75～80度范围内的任意一个值。其中，如图4所示，该第一凹槽13的侧面132是指位于复合管板中远离翅片管的主面与第一凹槽13的底面131之间、围成第一凹槽的另一个表面。该第一凹槽13的侧面132分别与复合管板中远离翅片管的主面和第一凹槽13的底面131相交。通过试验测试表明，将第一凹槽13的底面131与侧面132之间的夹角控制在75～80度范围内，可以使焊接部镶嵌于第一凹槽，以实现密封，同时使第一凹槽能够有效地固定连接焊接部，并提高复合管板产良率。

在本发明实施例中，如图4和图5所示，第一凹槽13的侧面132上设置有至少一个密封沟槽1321；焊接部14的一部分填充挤入密封沟槽1321内。通过该密封沟槽1321的设置，可以进一步提高复合管板的密封性。其中，密封沟槽1321的断面形状为三角形、梯形、弧形、矩形以及其它多边形中的任意一种。通过该密封沟槽1321的断面形状可以有效地提高焊接部与密封沟槽1321之间的结合力，从而更好地提高复合管板的密封性。

在本发明实施例中，如图1和图6所示，第一凹槽13的断面为扁口形结构，该扁口形结构可以更好地满足目前比较常见的断面为口琴形结构的基管的使用要求。另外，在满足断面为口琴形结构的基管的焊接要求的同时，也能很好的控制制作焊接部所用材料的用量。

在本发明实施例中，为了使复合管板能够应用于口琴形结构的基管，如图1、图3和图6所示，管孔12为扁口形结构。其中，该管孔12尺寸为(209.2～230)mm×19mm；其中，管孔的宽度为19mm，管孔的长度为209.2～230mm。如图6所示，该管孔的宽度是指扁口形结构的管孔的两条长边之间的间距W1，该管孔的长度是指扁口形结构的管孔的上下两个端部之间的间距L1。

在本发明实施例中，为了能够满足焊接部与基管之间的焊接要求，同时避免焊接部使用材料的浪费，该第一凹槽13的尺寸为(228～248)mm×38mm。其中，该第一凹槽13的尺寸是指第一凹槽13为扁口形结构时，该扁口形结构的宽度为38mm，长度为228～248mm。如图6所示，该第一凹槽13的扁口形结构的宽度是指，第一凹槽13的侧面在复合管板的主表面上围成的扁口形结构的两个长边之间的间距W2；该第一凹槽13的扁口形结构的长度是指，第一凹槽13的侧面在复合管板的主表面上围成的扁口形结构的上下两个端部之间的间距L2。

通过上述第一凹槽尺寸的选取可以满足焊接要求，同时减少焊接材料的浪费。更优选地，上述第一凹槽13尺寸与第一凹槽13的底面131与侧面132之间的夹角为75～80度之间相互适配，能准确的控制焊接材料的用量，已达到进一步减少材料浪费的目的。

另外，为了能够使管孔与基管相匹配，同时降低管孔制作难度以及在管孔内安装基管的技术难度，本发明实施例提供的管孔12与基管20之间的间隙21可为0.4～0.8mm。该管孔12与基管20之间的间隙是指管孔的内壁与基管的外壁之间的间隙。

上述各个实施例提供的复合管板由于第一凹槽位于基板的一个主面上，围绕一个管孔设置，焊接部固定于该第一凹槽内，即通过第一凹槽固定焊接部，避免在钢板与铝板或铝合金板之间形成钢铝结合面，同时，该第一凹槽固定焊接部可以承受焊接高温，从而克服了钢铝结合面开裂的缺陷，提高了焊接质量。

另外，由于焊接质量的提高，产生废弃钢铝复合板的机率大大下降，有效避免了材料的浪费。

本发明实施例提供一种空冷器管束，图1和图2示出了空冷器管束的部分结构主视图。从图1中可以看出，该空冷器管束可包括：并排排列的基管20、设置于基管20上的翅片30以及上述实施例提供的复合管板10，其中，

基管20的端部安装于复合管板10包括的管孔12内，并与复合管板10包括的焊接部14焊接连接。

上述空冷器管束所使用的复合管板由于克服了钢铝结合面开裂的缺陷，提高了焊接质量，从而提高了空冷器管束的质量和使用性能。

值得说明的是，该空冷器管束还包括有管箱(图中未示出)，其作用与现有空冷器管束制造技术的管箱相同，在此不再赘述。

在本发明实施例中，如图3所示，该空冷器管束包括的基管20的断面为口琴形结构，可以有效地优化基管内流体的导热。

在本发明实施例中，基管20尺寸为(208.8～229.2)mm×19mm，其中，“(208.8～229.2)mm”为口琴形结构两端之间的间距，如图3所示的L3即为口琴形结构两端之间的间距；“19mm”为口琴形结构两条长边之间的间距，如图3所示的W3即为口琴形结构两条长边之间的间距；不管是口琴形结构两端之间的间距，还是口琴形结构两条长边之间的间距，均采用基管20外侧壁计量。

在本发明实施例中，基管20的壁厚为0.8～1.6mm。可以满足空冷器管束的换热需求，同时能够满足基管20与焊接部14之间的焊接要求。

在本发明实施例中，基管20内腔包括由隔板隔出的若干通孔。通孔个数一般为1～12中的任意一个值，可以有效地提高空冷器管束的换热效率。

如图5和图7所示，本发明实施例提供一种复合管板的制备工艺。其中，图7示出的该复合管板的制备工艺可包括如下步骤：

步骤S701：在基板11上并排排列的多个预设管孔区域中的每一个预设管孔区域加工出第二凹槽15；

如图5所示，该第二凹槽15并不是通槽，其能够承载焊接用填料16。

另外，如图5所示，还可在第二凹槽15的侧面开设密封沟槽。该密封沟槽即为前述实施例中提及的第一凹槽13侧面的密封沟槽1321。其中，该密封沟槽的断面形状可为三角形、梯形、弧形、矩形以及其它多边形中的任意一种。

另外，为了能够得到复合管板中深度为4～10mm的第一凹槽13，在该步骤中可控制第二凹槽15的深度与第一凹槽13一致，以简化复合管板的制备工艺。

另外，为了能够控制复合管板中第一凹槽13的底面131与侧面132之间的夹角为75～80度。可通过控制如图5所示的第二凹槽15的底面151与侧面152之间的夹角β为75～80度，通过该过程可以使第一凹槽13的底面131与侧面132之间的夹角比较容易制作，以进一步简化复合管板的制备工艺。

另外，为了能够获得扁口形结构的第一凹槽13以及上述实施例所提的第一凹槽的尺寸，在该步骤中还可控制第二凹槽15的断面为扁口形结构。另外，第二凹槽15的尺寸为(228～248)mm×38mm。该第二凹槽的尺寸是指第二凹槽的侧面在复合管板的主面上形成的扁口形结构的尺寸。

步骤S702：将焊接用填料16通过锻压镶嵌于第二凹槽15内；

在该步骤中，如果第二凹槽15开设有密封沟槽，则该步骤通过锻压还可将焊接用填料的一部分挤入到密封沟槽，以填充该密封沟槽1321，从而有效的提高制备得到的复合管板的密封性。

值得说明的是，如图5所示，该焊接用填料16的断面形状与第二凹槽15的断面形状类似，以使焊接用填料16比较容易镶嵌于第二凹槽，从而使复合管板的制备工艺简单易行。

该焊接用填料16可选用铝制材料。

步骤S703：在镶嵌有焊接用填料16的第二凹槽15内冲裁出管孔12，并形成围绕一个管孔12设置的第一凹槽13以及固定于第一凹槽13内的焊接部14，其中，管孔12用于安装空冷器管束的基管20，焊接部14与基管20焊接连接。

在本发明实施例中，上述复合管板的制备工艺还可包括：按照预设的计算条件确定基板材质以及基板厚度；根据基板材质和基板厚度，选择基板原料；对基板原料采用机加如冲裁方式下料，并对下料的边缘去除毛刺、平整并倒钝，得到基板。该预设的计算条件可以为空冷器管束所需承载的压力、承载的流体量、钢板不同规格能够承受的压力等参数。

与现有的爆炸复合工艺相比，本发明实施例提供的复合管板制备工艺无需专用封闭场地，焊接用填充材料浪费较少，工艺简单，成本低，并能克服现有技术焊接方面的缺陷。

本发明实施例还提供一种空冷器管束的制备工艺，其可包括：上述实施例提供的复合管板的制备工艺，以及，将空冷器管束包括的基管安装于复合管板的工艺。

为了能够清楚地说明复合管板以及空冷器管束的制备工艺，下面以两个具体的实施例进行说明。

实施例一

基板制备：按设计计算条件选择材质为Q235B，厚度为18mm，采用冲剪方法下料，四周边缘去除毛刺、平整并倒钝。

第二凹槽制备：并列壹排位于管板各预设管孔位置，深度4mm，形状为扁口形，尺寸为238×38mm，采用数控钻铣切削加工方式，控制第二凹槽的底面与侧面之间的夹角为75度，并在第二凹槽的侧面上开设断面为三角形的密封沟槽。

焊接用填料制备：材质为铝合金3003，先用模具将厚度4.98mm板材冲裁加工成焊接用填料，外形对应于第二凹槽。

焊接部及管孔制备：将上一步骤得到的焊接用填料放置于第二凹槽内，以锻压方式使其变形镶嵌于第二凹槽内，焊接用填料同时也填充挤入密封沟槽内，通过锻压后使焊接用填料表面与基板的主面基本平齐。然后，通过机械冲裁加工方式冲裁出管孔，并形成围绕管孔的焊接部，其冲裁面选择在复合侧，控制管孔与基管之间的间隙量为0.4mm。

基管安装与焊接：将基管端部安装到管孔内，并将复合管板的焊接部和基管的端部焊接到一起，在该步骤中，基管的断面形状类似口琴形，基管尺寸为(219±0.2)×19mm，基管壁厚为1.5mm，基管内腔为若干通孔组成，通孔数量为2。

实施例二

基板制备：按设计计算条件选择材质为Q345R，厚度26mm，采用激光切割下料，四周边缘去除毛刺、平整并倒钝。

第二凹槽制备：与实施例一提供的制备工艺一致，只是控制深度为5mm，尺寸为248×38mm，并控制第二凹槽的底面与侧面之间的夹角为77度，并在第二凹槽的侧面上开设断面为梯形的密封沟槽。

焊接用填料制备：材质为铝合金3003，先用模具将厚度6.27mm板材冲裁加工成焊接用填料，外形对应于第二凹槽。

焊接部及管孔制备：将上一步骤得到的焊接用填料放置于第二凹槽内，以锻压方式使其变形镶嵌于第二凹槽内，焊接用填料同时也填充挤入密封沟槽内，通过锻压后使焊接用填料表面与基板的主面基本平齐。然后，通过机械冲裁加工方式冲裁出管孔，并形成围绕管孔的焊接部，其冲裁面选择在复合侧，控制管孔与基管之间的间隙量为0.6mm。

基管安装与焊接：将基管端部安装到管孔内，并将复合管板的焊接部和基管的端部焊接到一起，在该步骤中，基管的断面形状类似口琴形，基管尺寸为(229±0.2)×19mm，基管壁厚为1.6mm，基管内腔为若干通孔组成，通孔数量为4。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。