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高效的套片式换热器冷却管与散热片的连接工艺
发布日期：2009-06-13

介绍高效的套片式换热器散热片和冷却管连接常采用的胀接工艺方法，胀接之前应进行试胀，测试胀接扩头的直径和胀管前后冷却管的长度，寻找合适的胀管率。胀接工艺是影响套片式换热器性能的关键工序。关键词：套片式换热器冷却管散热片胀接工艺胀管率扩头套片式换热器又称为翅片管式换热器，是冷却管外带肋的换热面，肋面形状有：针刺型、绕簧型、圆型、方型。肋片形式有：一管多片式（见图1）和一片多管式（见图2）。现在大量采用一片多管式。冷却管形状有：圆形、长腰形、椭圆形，水滴形。现在大量采用圆形管。套片式换热器在石化、电力、船舶、机车、制冷等行业中有广泛的应用，特别在石化间级冷却器、电力空气冷却器和氢气冷却器上大量使用。随着工业的发展,工业缺水以及工业环境污染问题日益突出，高效、节能、降耗的套片式换热器的应用更引起人们的重视。能元件，二者之间的连接问题是套片式换热器的关键工艺。散热片和冷却管连接质量的好坏对换热器的正常运转起着关键的作用。因此冷却管与散热片之间的连接工艺技术就显得非常重要，本文就该工艺中常用的胀接技术做了介绍。 1 连接方式和连接方法管壳式换热器是冷却管外不带散热片的一类换热器，套片式换热器是冷却管外带散热片的一类换热器，属高效的换热器，存在冷却管与散热片的连接工艺问题。散热片与冷却管的连接方式有胀接、挤压和焊接。胀接方法有机械胀管和水压胀管；焊接方法分为锡焊、浸锡+烘焊。胀接、挤压的目的是为消除换热管与散热片之间缝隙的轻度胀接，其作用是降低散热片和冷却管之间的热阻和提高换热器的传热性能。焊接是为消除换热管与散热片之间缝隙，提高换热器的传热性能和散热片的防腐蚀能力。胀接方法具有操作简单、成本低等优点，因而得到了广泛应用。挤压和焊接方法使用较少，本文不作介绍。 2 机械胀管和水压胀管的比较机械胀管方法是采用液压缸或拉力机拉动扩杠运动，扩杠前端安装有扩头，扩头在冷却管内运动，使冷却管内外径增大后与散热片紧贴，同费用； 2.1 机械胀管方法的缺点 2.1.1 受工作平台的限制，被扩管的产品不能太长； 2.1.2 管内润滑不好,扩管后管壁温度升高,产生热应力,易出现应力腐蚀； 2.1.3 震动大,扩管时扩杠摆动撞击管内壁,易划伤冷却管内壁； 2.1.4工装复杂,不同的产品需要不同的扩管工装,费用大； 2.1.5必须有固定的工作平台和场地,大型产品搬运困难； 2.1.6 散热片与冷却管的贴合率低。水压胀管方法是往冷却管内打入高压的水流，水流推动扩头运动，使冷却管与散热片贴合。通过优选精密球扩头和扩管工艺，采用线接触过盈胀接，有效地减少管与散热片之间的间隙，使散热片与冷却管的贴合率达到98%以上，有效地降低了热阻，提高了传热性能，同时也大大提高了气体换热器的生产效率。因不需要装夹工装，故可降低成本,并且冷却管内的压力液能润滑和冷却管璧,外观质量有所改善。 2.2 水压胀管方法的优点 2.2.1 被扩管的产品可以无限长； 2.2.2 管内充满压力液体,能很好地带走因扩管产生的热量，扩管后管壁温度基本不升高，不产生热应力； 2.2.3扩球对中性好,无震动, 无扩杠,冷却管内壁不易划伤； 2.2.5不需要有固定的工作平台和场地,对大型产品可以将液压扩管设备搬运至产品处,解决了大型产品搬运困难问题； 2.2.6散热片与冷却管的贴合率提高,达到98%以上。 3 胀管扩头的选用胀管扩头的种类，有圆台形、圆台+球形、球形等。它的选用主要根据换热管的内径、冷却管厚度及胀接特点而确定。 4 试胀正式胀接之前应进行试胀。试胀的目的是验证胀管扩头的尺寸和质量的好坏，验证预定的冷却管与散热片孔的结构是否合理，检验胀接后冷却管的外观质量及外径，测试胀接接头的直径和胀管前后冷却管的长度，寻找合适的胀管率，以便制定出合理的产品胀接工艺。试件应与产品冷却管和散热片的材料、厚度、直径、管孔大小一致，试件上的孔数应不少于10个，其管孔的排列形式如图4所示。胀接时所用的扩头直径、材料、规格应与产品所用的一致，换热管的长度可不一致，一般为 500～1000mm。试胀前应根据胀管率计算公式推算出换热管胀接后的内径尺寸。胀管率计算公式： H=(d1-d2)/d2 × 100% 胀管率应在2.0%～2.5%之间选取。胀管率小于2%为欠胀，管子胀后未产生足够的塑性变形，不能保证换热管与散热片之间的胀接质量。胀管率大于2.5%为过胀，管子胀后产生过大的塑性变形，加工硬化现象严重，容易导致管子出现裂纹等缺陷，散热片管孔也可能产生塑性变形而使胀后的散热片不能有效地回弹，从而影响胀接处的质量。胀管率取值应根据胀接形式而定，机械胀管时应取较小值，水压胀管时应取较大值。对于次使用该工艺的制造厂，应进行风洞性能试验。 5 工艺检验工艺检验包括拉脱力试验和解剖检验二方面。拉脱力试验是检验换热管与散热片之间脱离时所需之力大小的试验，检查换热管与散热片的贴合力情况，拉脱力应大于15kN；解剖检验是把换热管与散热片线切割分解后检查胀接处是否有起皮、皱纹、裂纹、切口和偏斜等缺陷，检查散热片管孔部分是否有破裂，检查散热片与换热管之间外壁的接触表面的印痕和啮合状况以确定换热管与散热片之间是否贴合良好。 6 正式胀接正式胀接之前换热管应逐根进行水压试验，换热管进行清洗，清除锈蚀、油污等杂物。胀接时应按试胀结果确定一个合适的胀管率，测量换热管端部直径和壁厚、管板孔直径并进行合理的分组搭配，选用合适的扩头直径，以便更好的保证胀接质量。胀接顺序也是应注意的问题。胀接时，管子因缩短而对管板产生一个反力，先胀管板四周的冷却管，机械胀管一次可以胀4~6根冷却管，水压胀管一次只胀1根冷却管。机械胀管时被胀接产品应固定在工作台上，定期测量产品的变形量。胀接环境也很重要，胀接应在3℃以上进行。机械胀接时应防止润滑油流入管子与管板的缝隙中。胀接过程应与试胀过程一致，由初胀到终胀两步完成。初期胀接1~2根冷却管后，测量数据应与试胀过程一致，不一致时找出原因后再胀。 7 检验胀接后应认真进行检查，胀接部位不得有起皮、皱纹、裂纹、散热片排列不匀等缺陷。全部胀接完毕后应按图纸要求进行尺寸测量。 8 结语影响套片式换热器性能的关键工序是胀接，胀接时必控制胀管率，只有合适的胀管率才能保证胀接质量，满足使用要求。

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