專(zhuān)利名稱(chēng)：熱交換器制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造具有權(quán)利要求1的特征的熱交換器的方法。
背景技術(shù)：
許多年來(lái)，特別在發(fā)電廠技術(shù)中，空氣冷卻式熱交換器已被用于
水蒸汽的再冷卻。這種熱交換器涉及以A形方式設(shè)置的熱交換器束的 排列，其中水蒸汽在導(dǎo)管內(nèi)部冷凝。至環(huán)境空氣的熱傳遞通過(guò)與導(dǎo)管 連接的肋片而得以改良。為了確保盡可能數(shù)十年的運(yùn)作壽命，抗腐蝕 性對(duì)于這種空氣冷卻式熱交換器而言是重要的。由此，曾作出一系列 努力來(lái)以抗腐蝕方式設(shè)計(jì)這種熱交換器的熱交換器導(dǎo)管。由美國(guó)專(zhuān)利 US-PS5，042，574已知在使用鋁硅焊料的情況下在回火爐中將鍍鋁扁平 導(dǎo)管與以波狀方式折疊的鋁肋片條連接。此類(lèi)型的連接的缺陷為焊 接僅可通過(guò)繞開(kāi)鍍鋁扁平導(dǎo)管及/或借助經(jīng)覆鍍的鋁肋片而制成。除了 由于需準(zhǔn)備多種不同材料而導(dǎo)致相對(duì)較高的費(fèi)用以外，其另外所涉及 的缺點(diǎn)為在周邊上由至少一個(gè)縱向焊縫所封閉的扁平導(dǎo)管在焊接區(qū) 中可能不被鍍鋁，因?yàn)榉駝t其不可能確保完好的焊接。由鋼制成的扁 平導(dǎo)管與折疊式鋁肋片條的硬釬焊所呈現(xiàn)的問(wèn)題為釬焊必須在約 600。C的量值級(jí)(亦即，接近于鋁的軟化溫度)的相對(duì)較高的溫度下執(zhí) 行。所需焊料通常由在稍低于鋁的軟化點(diǎn)時(shí)熔融的鋁硅共熔混合物構(gòu) 成。助熔劑的選擇是困難的，其在焊料熔化之前必須移除連接表面的 氧化層，但同樣地在接近于軟化溫度時(shí)液化。因此，在焊接期間正確 的溫度引導(dǎo)通常僅可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)判定。
因?yàn)殇X與鋼的溫度膨脹系數(shù)不同，所以可能會(huì)因?yàn)楦吆附訙囟惹?因?yàn)楹罄m(xù)冷卻至環(huán)境溫度而產(chǎn)生顯著的材料應(yīng)力，使得相互連接的部 分可能變形，在此情況下，如果由于在硬釬焊期間熔化而未完好地施加鋁鍍層或因?yàn)樵阡搶?dǎo)管與鋁鍍物之間形成中間鐵鋁層，則焊接連接 甚至可能破裂。
因此，在EP 1 250 208 Bl中建議通過(guò)使用鋅鋁合金及通過(guò)使用以 四氟化鉀鋁的特殊助熔劑來(lái)將焊接溫度自迄今的大約600。C降低至介 于370'C與470。C之間的溫度范圍。因?yàn)闇囟容^低，材料應(yīng)力同樣地較 小。然而，助熔劑的處理由于重金屬含量而要求特定保護(hù)性措施，以 便避免環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
由此出發(fā)，本發(fā)明的目的在于提供一種用于制造熱交換器的方法， 其中將鋁或鋁合金制成的肋片固定于由鋼片制成的熱交換器導(dǎo)管上， 所述熱交換器導(dǎo)管具有外側(cè)的能夠焊接的防蝕層，其中可省去使用含 重金屬的助熔劑，但仍能同時(shí)確保在防蝕層與鋼導(dǎo)管之間不形成不合 人意的鐵鋁中間金屬連接或所述連接的中間相，以便即使在更高的焊 接溫度下仍能確保肋片與熱交換器導(dǎo)管之間的牢固連接。 通過(guò)具有權(quán)利要求1及4的特征的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的。 本發(fā)明構(gòu)思的有利的其他擴(kuò)展結(jié)構(gòu)是從屬權(quán)利要求的主題。 在根據(jù)本發(fā)明的方法中規(guī)定通過(guò)熱浸鍍精制用于制造熱交換器 導(dǎo)管的鋼片。熱浸鍍精制方法導(dǎo)致在所精制的產(chǎn)品上沉積防蝕層，以 便保護(hù)基板以免受腐蝕侵蝕。
通常，在熔融液體的金屬浴槽中發(fā)生實(shí)際熱浸鍍精制之前，清潔、 在連續(xù)爐中再結(jié)晶或加熱在熱浸鍍精制中所采用的扁平制品，且將其 冷卻至金屬熔體的溫度。當(dāng)穿過(guò)浴槽時(shí)，基板的兩側(cè)被涂覆有防蝕層。 然而，僅在熱交換器導(dǎo)管的外部上需要腐蝕保護(hù)。雖然已知將包 括具有封閉導(dǎo)管端的肋片的整個(gè)熱交換器導(dǎo)管浸漬于金屬熔體中，以 便為整個(gè)熱交換器導(dǎo)管連同肋片設(shè)置防蝕層。然而，由于肋片的表面 大于熱交換器導(dǎo)管的表面，故需要很大量的金屬熔體，這增加了顧及 用于發(fā)電廠中水蒸氣的冷凝的熱交換器的尺寸的成本。熱交換器導(dǎo)管 的長(zhǎng)度通常介于6與12米之間，此外，其需要相應(yīng)大的熱浸鍍裝置。 此外，由于在后續(xù)熱浸鍍中的高溫在構(gòu)件中會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，從而導(dǎo)致其
5變形。
相反地，根據(jù)本發(fā)明的方法，在熱浸鍍方法中預(yù)先施加防蝕層且 將其從鋼片的一側(cè)特別是以機(jī)械方式移除。以此方式去除防蝕層的一 側(cè)隨后形成由此鋼片制成的熱交換器導(dǎo)管的內(nèi)側(cè)。因此，防蝕層僅存 在于熱交換器導(dǎo)管的外部上。用于在外側(cè)涂覆熱交換器導(dǎo)管的制造方
法本身考慮以下事實(shí)，即必須設(shè)有用于移除防蝕層的機(jī)械的裝置， 結(jié)果是成本低廉并且因此相當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)。
器的制造，因?yàn)橛糜诮o水的水化學(xué)性方面通常要求在與蒸汽接觸的各 表面上不能有非鐵金屬，諸如鋁或銅。此外，在冷凝過(guò)程中形成磁鐵 層，其保護(hù)熱交換器導(dǎo)管以在內(nèi)部上免受腐蝕，故在內(nèi)部不需要額外 的腐蝕保護(hù)。
本發(fā)明的重要優(yōu)點(diǎn)在于在外側(cè)將采用防蝕層，其至少含有鋅及 介于0.5%與60%之間、優(yōu)選為4%與55%之間的鋁。鋅的存在防止 或減少形不合人意的金屬間的鐵鋁中間層或鐵鋁連接的中間相，其在 后續(xù)的硬釬焊期間可能會(huì)導(dǎo)致以往鋁化的鋼導(dǎo)管的脫落。由于不再需 要以與迄今相同的方式來(lái)考慮不合人意的金屬間的鐵鋁中間層，故制 造方法同樣明顯地簡(jiǎn)化，因?yàn)殛P(guān)于用于制造硬釬焊連接的溫度及時(shí)間 段的參數(shù)范圍可選擇為大于以往的與鍍鋁鋼導(dǎo)管相關(guān)的硬釬焊連接的 參數(shù)范圍。
另外的優(yōu)點(diǎn)為可免除含銫助熔劑。實(shí)際上，可與含有鋁及硅的 焊接材料一起使用基于四氟化鉀鋁的助熔劑。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的第一變型中設(shè)定至少在局部區(qū)域中，肋 片上鍍覆有焊接材料。尤其在是波狀肋片條的構(gòu)件的肋片上，肋片的 兩側(cè)進(jìn)行焊接劑鍍覆，以便將這種肋片條在其面對(duì)熱交換器導(dǎo)管的表 面的一側(cè)上分別上述肋片連接。與肋片的焊接在此在波狀肋片條的弧 形的區(qū)域中進(jìn)行。經(jīng)鍍覆的焊接材料在焊接過(guò)程中熔融且流入待連接 的組件之間的相應(yīng)的焊接間隙中。
另一替代實(shí)施方式規(guī)定肋片是未鍍覆的，亦即，不設(shè)有焊接劑
6層，焊接材料單獨(dú)地引入至肋片與熱交換器導(dǎo)管之間的焊接間隙中。
此方法所提供的優(yōu)點(diǎn)為對(duì)于肋片，可使用更有利的原始材料。即使 將焊接材料單獨(dú)地引入至焊接間隙中，可靠的焊接仍是可能的。
在該方法的第三變型中可考慮的是，省略肋片的焊接材料及焊料 涂層的供應(yīng)，然而，在此情況下，防蝕層由含有鋅及介于0.5%與60 %之間的鋁以及硅的合金形成，且在此情況下，焊接材料由防蝕層本 身形成。在此方法中，鋼片也未鍍覆有鋁層，但被設(shè)有以熱浸鍍方法 施加的防蝕層，其同時(shí)構(gòu)成焊接材料。當(dāng)然，有可能的是，亦在此變 型中，將焊接材料單獨(dú)地添加至連接區(qū)。不言而喻，也不排除對(duì)肋片 進(jìn)行焊料涂覆。最后，可組合所有三個(gè)變型方案，其中在熱交換器導(dǎo) 管上的防蝕層同時(shí)形成用于焊接過(guò)程所需的焊接材料的變型方案是對(duì) 于方法技術(shù)及經(jīng)濟(jì)原因的最有吸引力的解決方案。
與采用哪一個(gè)變型方案無(wú)關(guān)，如果通過(guò)由含有55%的鋁、43.4% 的鋅及1.6 %的硅的浴槽的熱浸鍍精制來(lái)制造防蝕層，則認(rèn)為該變型方 案是有利的。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，認(rèn)為防蝕層中60%的鋁的上限 為合適的。但原則上，也可以考慮的是在此方法中使用具有顯著較低 的鋁含量的防蝕層。特別是鋁含量可低于50%。在另一實(shí)施方式中， 可通過(guò)由包含5%的鋁、硅及微量稀土的鋅浴槽的熱浸鍍精制來(lái)制造 防蝕層。
當(dāng)焊接鋁時(shí)，所使用的助熔劑也具有決定性的意義。為了焊接的 目的，必須通過(guò)移除始終存在的氧化層來(lái)將結(jié)合區(qū)域的表面清潔至金 屬光潔狀態(tài)，且其必須在焊接期間通過(guò)使用助熔劑來(lái)保護(hù)以免受形成 新的氧化物。事實(shí)證明由氟化鉀鋁(KA1F4)組成的助熔劑已證明 為尤其有效的。特別是要在受控氣氛(CAB)中，特別是在氮?dú)夥罩?執(zhí)4亍該方法。
因?yàn)樵诟鶕?jù)本發(fā)明的方法中要以機(jī)械方式移除防蝕層中的一個(gè)， 可能有利的是以不同的厚度將防蝕層施加至鋼片上，且將防蝕層中的 較薄的防護(hù)層移除。以此方式，減少了比鋼更為貴重的涂層材料的損 耗以及減少用于移除防蝕層的耗費(fèi)。移除防蝕層時(shí)優(yōu)選以機(jī)械方式、特別是通過(guò)切削加工的方法來(lái)執(zhí) 行。這可通過(guò)旋轉(zhuǎn)的毛刷來(lái)完成，因?yàn)槊⒌膸缀涡螤钔瑫r(shí)允許對(duì)表 面的精加工。原則上，熱浸鍍方法中所施加的防蝕層具有較小厚度， 使得旋轉(zhuǎn)的毛刷工具優(yōu)選適于以經(jīng)濟(jì)的方式來(lái)特定地移除這種較小厚 度。當(dāng)然，對(duì)于較大的層厚度，亦有可能在毛刷處理之前連接自'j削或
刮削工具，以便執(zhí)行腹板材料的粗加工。試驗(yàn)表明優(yōu)選裝備有金剛 石的毛刷頭部會(huì)引起有利的處理結(jié)果。這種毛刷頭部可以這樣地構(gòu)造， 使得它擁有較長(zhǎng)使用壽命且同時(shí)具有高的移除效率。
不言而喻，本發(fā)明的范圍內(nèi)不排除在通過(guò)旋轉(zhuǎn)毛刷的機(jī)械移除之 后為其他精加工步驟，如果這是必要的話?？上氲降氖牵砻婢o接在 毛刷處理之后經(jīng)受研磨處理，其中，即使沒(méi)有通過(guò)研磨頭的極精細(xì)的 加工，也有可能單獨(dú)通過(guò)毛刷處理來(lái)實(shí)現(xiàn)具有240至1000微米的粒度 大小的表面。


在下文通過(guò)附圖中所示出的實(shí)施例而更詳細(xì)地闡述本發(fā)明。 圖1為穿過(guò)包含周邊肋片的傳熱器的導(dǎo)管的壁的縱向截面； 圖2為圖1的根據(jù)另一實(shí)施例的視圖；及 圖3為圖1的在第三實(shí)施例中的視圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1至圖3中，用1來(lái)表示用于未詳細(xì)示出的熱交換器的由碳 鋼組成的熱交換器導(dǎo)管2的壁，該熱交換器為用于蒸汽渦輪機(jī)的空氣 冷卻式冷凝設(shè)備的形式。熱交換器導(dǎo)管2可以具有介于6與12米之間 的長(zhǎng)度。根據(jù)圖l的實(shí)施例，熱交換器導(dǎo)管2設(shè)有含有鋅(Zn)及鋁 (Al)的防蝕層3。防蝕層3通過(guò)熱浸鍍方法被施加至壁1的外表面4。 圖l進(jìn)一步示出波狀的肋片條5固定于熱交換器導(dǎo)管2的所示 出的壁1上。肋片條5由多個(gè)彼此平行地定向的肋片2構(gòu)成，它們通 過(guò)弧形的部段7—體地相互連接。肋片條5由鋁制成。其在兩側(cè)上通 過(guò)在焊接過(guò)程期間熔融的含有鋁及硅的焊接材料8鍍覆。焊接材料8 含有介于7.5%與12%之間的硅。在受控的爐氣氛中，將KA1F4(鉀鋁四氟化物)作為助熔劑供給焊接過(guò)程。在焊接期間，焊接材料8置 換(verdrangt)助熔劑(未詳細(xì)圖示)，且造成防蝕層3與肋片條5 的弧形的部段7之間的連接。在焊接過(guò)程中，在相互待連接的構(gòu)件的 邊界面中的極窄區(qū)內(nèi)的原子之間發(fā)生擴(kuò)散交換。由于防蝕層3優(yōu)選含 有55%的鋁、43.4%的鋅及1.6%的硅，鋅的存在引起由鋼制成的熱交 換器導(dǎo)管2與防蝕層3之間的牢固的結(jié)合，然而，至少?zèng)]有顯著地形 成會(huì)導(dǎo)致影響的強(qiáng)度的鐵鋁中間層。
圖2的實(shí)施例與圖1的實(shí)施例的不同之處在于焊接材料8未被 鍍覆在肋片6上，但被單獨(dú)地引入至焊接間隙中，且當(dāng)然在使用鉀鋁 氟化物的助熔劑的情況下被引入至焊接間隙中。
在第三實(shí)施例中，如圖3中所示，省去了以經(jīng)覆鍍的肋片的形式 的焊接添加劑，如圖l中所示的。同樣地也未添加單獨(dú)的焊接材料， 如圖2所示的。而是，防蝕層3由55%的鋁、43.4%的鋅及1.6%的硅 所組成的合金制成，其通過(guò)熱浸鍍精制而被施加至熱交換器導(dǎo)管2上 且在焊接過(guò)程期間在使用KAIF4作為助熔劑來(lái)進(jìn)行熔融，使得防蝕層 3在肋片6和熱交換器導(dǎo)管2之間直接接觸。通過(guò)防蝕層3中的鋅及 鋁含量允許在由鋁制成的肋片6與由鋼材料制成的熱交換器導(dǎo)管2之 間建立結(jié)合。
附圖標(biāo)記列表
1 壁
2 熱交換器導(dǎo)管
3 防蝕層
4 1的表面
5 肋片條
6 肋片
7 9的弧形的部段
8 焊接材料
9
權(quán)利要求
1. 一種用于制造一熱交換器的方法，其包含以下步驟a)對(duì)一鋼片進(jìn)行熱浸鍍精制，以便形成防蝕層(3)，該防蝕層(3)含有鋅和介于0.5％與60％之間的鋁；b)從該鋼片的一側(cè)將防蝕層(3)移除；c)由該鋼片制造一熱交換器導(dǎo)管(2)，其中該防蝕層(3)設(shè)置在外側(cè)上；d)提供由鋁或一鋁合金制成的肋片(6)；e)提供一助熔劑；f)在所述肋片(6)與該熱交換器導(dǎo)管(2)的外側(cè)之間的連接區(qū)域中提供一含有鋁及硅的焊接材料(8)；g)在一硬釬焊過(guò)程中將該熱交換器導(dǎo)管(2)與所述肋片(6)連接。
2. 如權(quán)利要求l的方法，其特征在于至少在局部區(qū)域中用該焊 接材料(8)鍍覆所述肋片(6)。
3. 如權(quán)利要求1的方法，其特征在于在將焊接材料(8)引入 到所述肋片(6)與該熱交換器導(dǎo)管(2)之間的焊接間隙的情況下， 將未鍍覆的肋片(6)與該熱交換器導(dǎo)管(2)焊接。
4. 一種用于制造一熱交換器的方法，其包括以下步驟a) 對(duì)一鋼片進(jìn)行熱浸鍍精制，以便形成一防蝕層(3)，其中該防 蝕層(3)含有鋅、介于0.5%與60%之間的鋁以及硅；b) 從該鋼片的一側(cè)將防蝕層(3)移除；c) 由此鋼片制造一熱交換器導(dǎo)管(2)，該防蝕層(3)設(shè)置在外 側(cè)上；d) 提供由鋁或一鋁合金制成的肋片(6);e) 提供一助熔劑；f) 在所述肋片與形式為防蝕層(3)的熱交換器導(dǎo)管的外側(cè)之間 的連接區(qū)域中提供一含有鋁及鋅的焊接材料；g)在一硬釬焊過(guò)程中將該熱交換器導(dǎo)管(2)與所述肋片(6)連接。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的方法，其特征在于該防蝕層(3 ) 通過(guò)由 一含有55 %的鋁、43.4 %的鋅及1.6 %的硅的浴槽的熱浸鍍精制 而制成。
6. 如權(quán)利要求1的方法，其特征在于該防蝕層(3)通過(guò)由一 含有5%的鋁、硅及微量稀土的鋅浴槽的熱浸鍍精制而制成。
7. 如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的方法，其特征在于該助熔劑為 一種四氟化鉀鋁化合物。
8. 如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的方法，其特征在于將所述防蝕 層(3)以不同的厚度施加至該鋼片上，其中將所述防蝕層中的較薄的 防蝕層移除。
9. 如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的方法，其特征在于該防蝕層(3 ) 的移除以機(jī)械的方式進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造熱交換器的方法，其包含以下步驟a)對(duì)一鋼片進(jìn)行熱浸鍍精制，以便形成一防蝕層(3)，該防蝕層(3)含有鋅及介于0.5％與60％之間的鋁；b)將該防蝕層(3)從該鋼片的一側(cè)移除；c)由此鋼片制造一熱交換器導(dǎo)管(2)，該防蝕層(3)設(shè)置在外側(cè)上；d)提供由鋁或一鋁合金制成的肋片(6)；e)提供一助熔劑；f)在所述肋片(6)與該熱交換器導(dǎo)管(2)的該外部之間的連接區(qū)域中提供一含有鋁及硅的焊接材料(8)；g)在一硬釬焊過(guò)程中將該熱交換器導(dǎo)管(2)與所述肋片(6)連接。
文檔編號(hào)B23K1/00GK101489709SQ200780026417
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2007年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月24日
發(fā)明者E·福爾克默, M·卡爾, M·赫貝曼, R·維特 申請(qǐng)人:Gea能量技術(shù)有限公司