鋁制板翅式換熱器的缺陷查找及與修正技術(shù)

婁蓉（杭州杭氧股份有限公司，浙江 杭州 ，311305）

鋁制板翅式換熱器的缺陷查找及與修正技術(shù)

婁蓉
（杭州杭氧股份有限公司，浙江 杭州 ，311305）

本文介紹了鋁制板翅式換熱器產(chǎn)品的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)，分析了鋁制板翅式換熱器缺陷產(chǎn)生的原因，并總結(jié)出鋁制板翅式換熱器一套缺陷查找方法和修正技術(shù)，取得了較好的成效。

鋁制板；翅式換熱器； 缺陷； 修正； 泄漏； 融蝕

板翅式換熱器具有體積小、重量輕、效率高、堅(jiān)固耐用、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于空氣分離、石化、天然氣液化設(shè)備、乙烯冷箱等行業(yè)，同時(shí)是二十一世紀(jì)坦克等軍用裝甲車輛的應(yīng)用方向。

1 鋁制板翅式換熱器的特點(diǎn)

1）傳熱效率高

由于翅片結(jié)構(gòu)特殊，使流體在通道中形成強(qiáng)烈的湍動，使傳熱邊界不斷破壞，從而有效地降低了熱阻，加之冷熱流體之間的換熱不僅以隔板為直接傳熱面，大部份熱量經(jīng)由翅片傳遞，提高了傳熱效率。

2）結(jié)構(gòu)緊湊

單位體積的傳熱面積大，列管式換熱器一般為160m2/m3左右，而板翅式換熱器一般都能達(dá)1500m2/m3，最高可達(dá)4370m2/m3。

3）輕巧而牢固

由于翅片很薄，通常為0.2～0.5mm，而且結(jié)構(gòu)很緊湊，體積小，又是用鋁合金制造，因此重量很輕，同時(shí)，翅片是主要傳熱表面又是兩隔板的支撐，故強(qiáng)度高，如用0.7mm厚度的隔板和0.2mm厚翅片所制成的板翅式換熱器，能承受40Kgf/cm2（表壓）的負(fù)荷，而重量僅為列管式的1/10。

4）適應(yīng)性大

在同一設(shè)備內(nèi)可允許有2～9種介質(zhì)同時(shí)換熱，且可用于氣─氣、氣─液和液─液之間的熱交換，也可在逆流、并流、錯(cuò)流和錯(cuò)逆流等情況下使用，可在-273～+120℃溫度范圍內(nèi)使用，且鋁合金在低溫下有良好的機(jī)械性能，導(dǎo)熱系數(shù)高，特別適用于空氣分離和天然氣分離等行業(yè)。

5）經(jīng)濟(jì)性好

由于結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，采用全鋁結(jié)構(gòu)，所以重量輕，成本大為降低，在深冷技術(shù)中，不僅可以節(jié)約大量貴重金屬且比其它型式換熱器經(jīng)濟(jì)。

2 板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)

板翅式換熱器由芯體、封頭、接管及支座等零部件組成。流體的每一層通道由翅片、隔板、封條組成［1］，每層通道在特定方位上都設(shè)有流體的進(jìn)出口，并用該流體的進(jìn)出口封頭分別包容該流體的每層進(jìn)出口，焊上各自的接管而組成。芯體則由各流體的通道按需要依次疊置，經(jīng)真空釬焊成一體。每個(gè)通道由隔板（或側(cè)板）、翅片（或?qū)Я髌?、封條等零件組成

3 板翅式換熱器的主要缺陷產(chǎn)生原因及糾正措施

鋁制板翅式換熱器由于設(shè)計(jì)、材料、設(shè)備和工藝等不妥當(dāng)時(shí)會出現(xiàn)一些釬焊缺陷?？赡軐?dǎo)致芯體少量釬焊縫出現(xiàn)試壓泄漏現(xiàn)象以及內(nèi)部隔板融蝕等釬焊缺陷的產(chǎn)生。

圖1 氣體流向示意圖

3.1 局部未焊透

3.1.1 局部未焊透產(chǎn)生原因

局部未焊透是真空釬焊的主要缺陷之一，誘發(fā)的原因很多，主要是翅片、導(dǎo)流片、封條與釬焊隔板接觸之間的間隙局部或全部沒有被釬料充分填充或釬料與基體金屬沒有完全熔合而造成板翅式換熱器的局部泄漏。

引起局部未焊透原因主要有以下幾方面：

①真空度不佳：零件表面的氧化膜得不到徹底清除或在加熱時(shí)繼續(xù)氧化，使得釬料的流動性變差而不能填滿整個(gè)間隙［2］；

②零件不干凈： 有油污、銹蝕、灰塵、垃圾等；

③釬焊溫度過低或加熱速率太快而造成組件間溫度不均勻；

④釬料選擇或使用不當(dāng)；

⑤組件裝配不當(dāng)，焊縫間隙過大，毛細(xì)作用降低，釬料難以形成良好釬縫。

3.1.2 局部未焊透的修正措施

（1）清除芯體表面的氧化膜

用銑刀銑去芯體表面氧化膜，在補(bǔ)焊因封條與隔板熔點(diǎn)不一致，導(dǎo)致焊縫之間會產(chǎn)生氣孔，使通道內(nèi)漏，因此先要把封條與隔板分開。

（2）缺陷的修復(fù)

在泄漏的芯體上任意選擇一條，將隔板上層的封條挖去深約2.0mm，寬約4.0mm左右的坡口。補(bǔ)焊前應(yīng)認(rèn)真清理脫焊部位，清理長度應(yīng)在脫焊長度的基礎(chǔ)上，兩端各延長20mm；清理深度一般不小于10mm，然后采用手工氬弧焊進(jìn)行補(bǔ)焊。補(bǔ)焊時(shí)隔板與焊縫之間不能有氣孔，并注意應(yīng)力收縮，在補(bǔ)第二層時(shí)，因補(bǔ)焊時(shí)會有一定的收縮，必須隔開一至二層，使焊縫冷卻，降低焊縫的收縮，確保釬焊縫不被焊接應(yīng)力拉開，可減少重復(fù)修復(fù)，確保產(chǎn)品性能和外觀質(zhì)量。

3.2 隔板融蝕原因與修正措施

3.2.1 真空釬焊產(chǎn)生熔蝕原因

①釬焊溫度過高或在較高溫度下保溫時(shí)間過長；

②釬料選擇不當(dāng)；

③釬料的量過多；

④隔板材料內(nèi)部存在缺陷。

3.2.2 融蝕修正措施

（1）融蝕查找

在換熱器芯體中，隔板融蝕也是主要缺陷之一，是因真空釬焊時(shí)溫度過高或隔板材料缺陷，導(dǎo)致隔板熔穿，而且穿孔位置不一。常規(guī)使用水查找法，在穿孔隔板上下層任意選擇一個(gè)通道，焊上假封頭，把平放好的芯體改為側(cè)放，使通道口一個(gè)朝上，另一個(gè)朝下，把透明塑料管裝到一個(gè)通道口，一頭高于芯體，在上通道口灌入水，到透明管上口出水為止，使通道內(nèi)的水順首穿孔流出，同時(shí)，透明管內(nèi)的水順著下降，當(dāng)水充到穿孔點(diǎn)齊平就不會下降，這時(shí)找到一個(gè)上下位置穿孔點(diǎn)，再畫出平行線；在找左右的穿孔點(diǎn)時(shí)，將芯體一頭吊高，至少在30°以上，再加滿水，順著穿孔點(diǎn)流到齊平，再畫出另一條平行線，這時(shí)第一條平行線的相交點(diǎn)就是穿孔點(diǎn)的位置。

使用水查找法雖然有效，但是查找時(shí)間比較長，在用戶要求比較急的情況下不適應(yīng)。氣體聲音判斷法見效快，但是，要求操作者具有相當(dāng)豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)才能完成。例如：在穿孔隔板上下層選擇一層壓力較高的通道進(jìn)行充氣，在另一層的物流出口判斷穿孔點(diǎn)B向的穿孔位置，假如在如圖1所示，穿孔點(diǎn)①氣流順著翅片流向物流口漏出，判斷物流進(jìn)口與物流出口的氣流位置，如圖1所示漏氣位置（2）無法進(jìn)行修復(fù)，漏氣位置（1）一般可以修復(fù)，但要查出A向的的位置，先判斷物流進(jìn)口與物流出口的漏氣大小來確定鉆孔的位置，如物流出口氣流大，就判定芯體長度的中心偏物流出口方向，采用Ф5mm鉆頭鉆出鉆孔點(diǎn)（1），深約45mm，如圖1所示，在鉆孔點(diǎn)（1）判斷是否切斷氣流，判斷物流出口漏氣位置，氣流是否減少與沒有，根據(jù)鉆孔點(diǎn)（1）的氣流大小來確定鉆第二個(gè)檢查孔的位置，如物流出口氣流減少，鉆孔點(diǎn)（1）的氣流大，就能夠確定第二個(gè)鉆孔點(diǎn)的位置，如圖1所示鉆孔點(diǎn)（2），再與鉆孔點(diǎn)（1）進(jìn)行聲音高低的比較，確定穿孔點(diǎn)的位置。如果鉆孔點(diǎn)（2）的聲音高，鉆孔點(diǎn)（1）的氣流又不變，就可以確定穿孔點(diǎn)在鉆孔點(diǎn)（2）的位置附近，然后在鉆孔點(diǎn)（1）和鉆孔點(diǎn)（2）之間靠近鉆孔點(diǎn)（2）位置附近找到穿孔點(diǎn)后進(jìn)行修復(fù)。

（2）融蝕修正

修復(fù)有一定的范圍和尺寸，過去一般的修補(bǔ)在芯體外側(cè)至內(nèi)穿孔點(diǎn)尺寸30mm以內(nèi)，再向內(nèi)就無法修復(fù)，導(dǎo)致該產(chǎn)品通道只能堵通道處理，一定程度上會對板翅式換熱器性能產(chǎn)生影響。利用以下方法可以在芯體外側(cè)至內(nèi)穿孔點(diǎn)的修復(fù)尺寸達(dá)到約45mm，進(jìn)一步減少或消除產(chǎn)品缺陷對板翅式換熱器性能的影響。在缺陷處理時(shí)，要選擇上下通道壓力低的流道為挖補(bǔ)口，挖去穿孔點(diǎn)處的封條，假如穿孔點(diǎn)在封條內(nèi)邊上時(shí)，挖去上下封條，以45°角左右坡口，以使焊槍噴嘴方便進(jìn)入，如穿孔點(diǎn)在45°角左右時(shí)，要將上下封條一起挖掉，保留隔板，再往上下面挖45°坡口，將保留的隔板用鑿子輕輕往上下擠，使焊槍噴嘴進(jìn)入，補(bǔ)好融蝕點(diǎn)，把保留的隔板跟上下面焊接，再進(jìn)行試壓，確認(rèn)不漏，再對挖除口進(jìn)行焊接，最后將修復(fù)位置表面磨平，再進(jìn)行試壓檢查完成修復(fù)工作。

4 結(jié)論

本文總結(jié)了板翅式換熱器的主要缺陷產(chǎn)生原因及修正措施，對于鋁制板翅式換熱器釬焊局部未焊透造成的泄漏，提出了封條與隔板熔點(diǎn)不一致，先要把缺陷處封條與隔板分開的觀點(diǎn)，同時(shí)要考慮補(bǔ)焊時(shí)會有一定的收縮。還總結(jié)出了氣體聲音判斷法查找缺陷位置，大型鋁制板翅式換熱器芯體外側(cè)至內(nèi)融蝕修復(fù)范圍達(dá)到45mm，減少或避免堵通道層數(shù)，保證換熱面積與試壓強(qiáng)度，確保產(chǎn)品性能和質(zhì)量。

（References）

［1］ NB/T 47006-2009.鋁制板翅式熱交換器［S］.北京：國家能源局，2009.

［2］ 趙鵬飛，康慧. Al-Ti異種合金真空釬焊的研究［J］. 材料工程，2001（4）∶25-28.