工業(yè)用換熱器翅片管元件的制造工藝

苗祥利 朱靜旭 馮侃

翅片管是工業(yè)用換熱器的一種主要換熱元件，它主要由基管和翅片組成（翅片垂直于基管）。其技術(shù)原理是通過在（換熱）基管的表面加翅片，增大（換熱）基管的外表面積或內(nèi)表面積，從而達(dá)到提高換熱效率的目的。翅片管服務(wù)的工業(yè)用換熱器，可作為余熱回收裝置、加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等來完成余熱回收和熱量轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)用于化工、石油、鋼鐵、汽車、食品及其他許多工業(yè)部門，在生產(chǎn)中應(yīng)用甚為廣泛且占有重要地位。而翅片管作為工業(yè)用換熱器的核心換熱元件，對提高工業(yè)用換熱器的換熱性能至關(guān)重要。

1. 常用翅片管的基本結(jié)構(gòu)和組成

目前，工業(yè)用換熱器翅片管的結(jié)構(gòu)形式常用的有螺旋翅片管和H型翅片管兩種，這兩者都是由基管和翅片兩部分組成，區(qū)別在于翅片的形狀不同，前者為螺旋圓形，后者為H型。

螺旋翅片管由于生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低而被廣泛采用。H型翅片管由于采用H型順排翅片而非螺旋型翅片，較好地解決了換熱器產(chǎn)品在使用過程中的積灰和磨損難題，逐漸受到市場的青睞。

翅片管現(xiàn)階段還是非標(biāo)件，翅片管基管、翅片的材質(zhì)和尺寸（基管直徑、壁厚、長度，翅片厚度、高度及翅片間距等）都需要設(shè)計人員根據(jù)具體使用要求而設(shè)計。

翅片管基管和翅片材質(zhì)的選擇，要綜合考慮其應(yīng)用的工況條件、使用年限、投入產(chǎn)出技術(shù)經(jīng)濟(jì)性以及用戶的要求而確定。基管管材常選用10碳素鋼無縫鋼管、20碳素鋼無縫鋼管、0Cr18Ni9不銹鋼管、15CrMo耐熱鋼管及銅管等；翅片常采用優(yōu)質(zhì)碳鋼帶（08Al鋼帶）、鋁帶、不銹鋼帶等。

2.翅片管制造工藝流程

翅片管制造工藝基本流程：①基管材料應(yīng)根據(jù)設(shè)計的翅片管基管材質(zhì)、管徑、壁厚等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行采購；翅片材料根據(jù)設(shè)計翅片管翅片的材質(zhì)、高度、厚度等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行采購。采購進(jìn)廠后檢測其是否符合技術(shù)要求。②經(jīng)過定長下料、除銹、校直等工序制得基管，基管若采用熱管，還需通過熱管爐等設(shè)備制得熱管；H型翅片管的翅片，由翅片材料經(jīng)過沖壓制得。③若加工螺旋翅片管，通過高頻焊設(shè)備，在基管上將翅片的帶狀材料一邊纏繞一邊焊接制得翅片管；若加工H型翅片管，通過H型翅片管高頻焊設(shè)備，將已制備的翅片焊接在基管上制得。④對制造的翅片管產(chǎn)品進(jìn)行檢測。

3. 翅片與基管焊接方式

按翅片管翅片與基管固定方式分，目前常用的制造方法有高頻電阻焊、釬焊以及高頻電阻焊與釬焊的復(fù)合應(yīng)用等。

（1）高頻電阻焊 高頻焊螺旋翅片管是在鋼帶纏繞鋼管的同時，利用高頻電阻焊在纏繞鋼帶的一定壓力下焊接。該方法可使翅片與基管焊著率達(dá)95%，而且生產(chǎn)率及自動化程度很高。近年，國產(chǎn)H型翅片管高頻電阻焊機(jī)床也成功推出，大力促進(jìn)了H型翅片管高頻焊工藝的應(yīng)用。H型翅片管高頻焊機(jī)如圖1所示。

（2）釬焊 釬焊是先將合金釬料均勻地噴涂在翅片管的外部及翅片根部，然后送入釬焊爐（見圖2）中高溫加熱，使釬料熔化，熔化的釬料均勻充滿管、片間隙，在其逐步緩慢冷卻后，即可獲得高質(zhì)量的合金滲層釬焊翅片管。

工件通過自動上料進(jìn)料機(jī)構(gòu)的可調(diào)速帶輪進(jìn)入加熱爐，合金粉通過合金粉噴灑裝置將均勻噴涂在工件表面，噴涂工件經(jīng)加熱爐的預(yù)熱區(qū)、焊接區(qū)、保溫區(qū)，同時經(jīng)惰性保護(hù)氣制備系統(tǒng)將N2、H2供給到加熱爐中，制好的翅片管經(jīng)冷卻水套冷卻后通過下料機(jī)構(gòu)輸送到產(chǎn)品架上。通過釬焊，在基管和翅片表面形成合金滲層保護(hù)層，表面光滑，耐沖刷和磨損，不存在起皮或脫落的可能，工業(yè)使用中，不易積灰和結(jié)垢，可在含酸性和堿性氣體環(huán)境中長期工作，而且接觸熱阻幾乎為零。

圖1 H型翅片管高頻焊機(jī)

圖2 釬焊爐

（3）高頻電阻焊與釬焊的復(fù)合應(yīng)用 為了提高高頻焊翅片管在工作環(huán)境中的防腐蝕性能，可采用高頻電阻焊與合金滲層釬焊的復(fù)合制造工藝，即將高頻電阻焊焊接后的翅片管再采用合金滲層釬焊工藝，在翅片與基管的表層增加一層合金滲層。螺旋翅片管高頻焊機(jī)如圖3所示。

螺旋型翅片管采用高頻電阻焊與釬焊復(fù)合焊接工藝時，首先根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)要求制備好基管和翅片用鋼帶（或鋁帶）；其次在圖3所示的螺旋型翅片管高頻焊機(jī)上，按設(shè)定調(diào)整好的參數(shù)（見表1）繞制、焊接翅片管；然后再通過圖2所示的釬焊爐，制得合金滲層高頻電阻焊翅片產(chǎn)品。翅片與基管三種焊接工藝對比如表2所示。

圖3 螺旋翅片管高頻焊機(jī)

4. 結(jié)語

隨著工業(yè)用換熱器市場需求變化和不斷涌現(xiàn)出的新技術(shù)，翅片管制造呈現(xiàn)以下技術(shù)發(fā)展趨勢：從材料上向多元化發(fā)展，如碳鋼、不銹鋼、銅合金、鋁合金、鈦合金、鎳合金，以及幾種材料的復(fù)合；從制造工藝上向可實現(xiàn)自動化、數(shù)控、低成本方向發(fā)展；從組成結(jié)構(gòu)上向內(nèi)外雙向、高翅片、翅片管與熱管組合等方面發(fā)展；從使用性能上向低接觸熱阻、高傳熱性、耐腐蝕、長壽命、易清洗等方面發(fā)展。從事工業(yè)用換熱器及翅片管的制造，需根據(jù)市場和技術(shù)發(fā)展趨勢不斷創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計和制造工藝，才能打造產(chǎn)品高質(zhì)量、制造低成本的核心競爭優(yōu)勢，更好服務(wù)于社會。

表 1

表2 翅片管三種焊接工藝對比