激光焊板式换热器板片焊接与传热性能研究

发布时间：2020-06-30 11:09

【摘要】：换热器在石油、化工、冶炼等领域中有着不可缺少的地位。为了扩大换热器的应用范围,提高工业生产效率和经济效益,需要开发出适合不同条件的高效换热器。焊接板式换热器具有管壳式换热器安全可靠、承压性能好的优点,同时还兼备可拆板式换热器高效率的长处。但焊接型板式换热器的单元板片较薄,通道也比较复杂,如何同时保证焊接工艺及传热效率,一直是行业内的两大研究难题。本文首先建立了激光焊接板片加工的仿真模型,对焊接过程进行了数值分析,着重探讨了焊接时间、焊接功率、光斑直径、焊接路径以及外界环境温度对焊接温度的影响规律。结果表明:在焊接开始时,焊接温度较低,只有1400K左右,未达到不锈钢304的熔点,容易造成虚焊现象,但激光焊接的加热速度非常快,必须控制加热时间,避免烧穿工件;焊接速度越快,焊缝熔池中心位置的温度就越低,容易未焊透,相反则容易过烧焊穿,在3000W焊接功率时,选择5mm/s的速度是比较合适的;焊接功率的改变对温度场影响非常大,过大的焊接功率就容易焊穿,对于叠加厚度1.6mm的工件,选用2500~3000W较适宜;外界环境对焊接的影响基本可以不考虑;不同的光斑半径会对焊接热影响区大小有影响,光斑半径越小,能力越集中,能量利用率就高;焊接时圆形轨迹的形状比点焊性能更好。基于金相实验和承压实验分析了激光焊缝接头微观组织特点和力学性能。研究表明:焊点焊后冷却速度越快,焊缝组织呈现枝晶倾向的胞状奥氏体;在全满焊的情况下,板片单元承压能力达到3.0MPa。建立了板片对流传热模型,分析了板片波纹高度、夹角、间距等参数对板片单元传热特性的影响规律。波纹高度的改变,会影响板片间的距离,高度越大,扰动程度越厉害,传热性能越好,但阻力会增大,高度为4mm时,较为合适;波纹的夹角和波纹间距直接影响触点的数量,夹角越小,触点数量越多,波纹间距越大,触点数量越少。最后通过对焊接型板式换热器的传热性能测试,得到传热系数、压力降随流速的变化关系曲线,为该换热器的实际工程设计,提供了参考。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.5;TG456.7
【图文】：

板式换热器,焊接式,结构示意图

图 1-2 焊接式板式换热器结构示意图.1-2 Schematic diagram of welded plate heat exchanger可拆式板式换热器最大的区别就是其没有密封方式实现。焊接板式换热器集成了可拆板式换拆板式换热器应用范围的空白。同时焊接板式其能在更多的情况下，取代传统的管壳式换热构与可拆板式换热器的相似，同样能在低流速热性能也非常卓越，有的情况下甚至可以比可为无垫片的结构设计，配合先进的焊接工艺，用不同的金属或合金材料。因此全焊接板式换结构设计上的紧凑性，传热性能的高效及使用更为广泛。接工艺

示意图,板式换热器,示意图

图 1-3 板式换热器焊接部位示意图Fig.1-3 Schematic diagram of plate heat exchanger welding site对于板式换热器的焊接，相关的行业、国家标准都是比较严格的：当温度低于 15℃对湿度大于 90%时而无有效保护，就应禁止焊接；焊接对口错边量不应大于钢材四分之一；焊缝余高要符合对应的图例要求；焊缝表面要达到要求，不得有裂纹等；焊接同一部位返修次数应少于 2 次等。由此可以看出焊接质量对板式换热器性。众所周知，板片越薄，对于传热来说是越有利的，但是板片太薄会给制造加很大的困难，尤其是在焊接时，薄板的对接焊缝容易焊穿，无法成型。在焊接式制造过程中，就存在这种问题[10]。对于板式换热器焊接方面的问题，前人也做了研究。雷国庆等[11]阐述了板式换热器缝隙腐蚀的原因，并提出了一些解决板式换腐蚀的办法，如改变焊接结构、添加防腐蚀剂、实行阴极保护和改变焊接结构。不锈钢是通过钝化来提高防腐蚀的能力的，但是对于采用钎焊的板式换热器，铜钢接触的区域发生腐蚀最为严重。还有，钎焊会导致晶粒长大，形成混晶，并使

【参考文献】