專利名稱：內(nèi)翅片管高溫真空釬焊夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)翅片管釬焊夾具及其制造工藝，特別涉及一種在化工、冶金、玻 璃制造、城市生活垃圾焚燒及生物質(zhì)焚燒等高溫余熱回收領(lǐng)域中使用的內(nèi)翅片管高溫真空 釬焊時(shí)需要的夾具。
背景技術(shù)：
伴隨著能源的日益緊張，全球需要更為高效的能源動(dòng)力系統(tǒng)，而高效的能源動(dòng)力 系統(tǒng)往往需要更高的操作溫度，同時(shí)全球日益關(guān)注減排和節(jié)能，高溫?zé)嵛廴究刂坪陀酂峄?收越來越引起重視，因此高溫?fù)Q熱器在化工、冶金、玻璃制造、城市生活垃圾焚燒及生物質(zhì) 焚燒等高溫余熱回收領(lǐng)域中具有廣闊的市場需求，如固體氧化物燃料電池、外部燃燒聯(lián)合 循環(huán)、核能化學(xué)制氫等領(lǐng)域中使用的換熱器操作溫度常常高于900°C，這對換熱器的性能提 出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，而換熱效率低下是高溫?fù)Q熱器面臨的一大難題。內(nèi)翅片管作為一種新型的強(qiáng)化換熱方式，已被廣泛應(yīng)用于壓縮機(jī)中冷器等氣_液 熱交換場合，目前主要應(yīng)用于相對較低溫度的工作環(huán)境，其制造材料有碳鋼、銅和不銹鋼， 其焊接可采用常規(guī)的軟釬焊或者硬釬焊方式。目前已有一些學(xué)者提出將內(nèi)翅片管用于高溫 換熱器的強(qiáng)化換熱，但是由于材料、結(jié)構(gòu)和制造等諸多因素，還沒有得到實(shí)際的應(yīng)用。其中， 內(nèi)翅片管的高溫真空釬焊技術(shù)尚無成熟經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。對于高溫下使用的高溫合金內(nèi)翅片管，常規(guī)的軟釬焊或者硬釬焊方式已不能滿足 耐高溫、耐高壓、強(qiáng)度以及使用壽命等方面的要求，需要采用鎳基釬料和高溫真空釬焊工 藝。而鎳基釬料一般是厚度為0. 03 0. 05mm的箔帶，這就對釬縫的間隙提出了很高的要 求，因?yàn)殁F焊的過程是釬料中的硼、硅、碳等元素向母材擴(kuò)散的過程。當(dāng)釬焊間隙較大時(shí)，釬 縫中的這些元素來不及向母材全部擴(kuò)散以致在釬縫中形成連續(xù)的脆性層，這些脆性層會(huì)嚴(yán) 重影響釬焊接頭的強(qiáng)度和塑性。當(dāng)釬焊間隙很小時(shí)，擴(kuò)散距離很短，這些元素在釬焊時(shí)間內(nèi) 擴(kuò)散充分，釬縫組織不會(huì)形成大面積的脆性層，而是形成鉻鎳固溶體，釬焊接頭的強(qiáng)度和塑 性可以得到保證。對于焊接面非常不規(guī)則的內(nèi)翅片管，由于制造工藝的限制，不銹鋼管內(nèi)表 面的平整度、內(nèi)翅片的圓整度以及翅峰的平整度都無法精確的保證。發(fā)明人通過前期實(shí)驗(yàn) 表明，即使在內(nèi)翅片管的內(nèi)部插入外徑與內(nèi)翅片內(nèi)徑相同的芯管后再進(jìn)行高溫真空釬焊， 也無法獲得很好的焊接效果。因此，很有必要研制合適的模具，才能獲得滿足要求的高溫合 金內(nèi)翅片管。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供內(nèi)翅片管高溫真空釬焊夾具，該夾具由支撐 導(dǎo)管、內(nèi)部支撐錐體、芯管、端頭支撐錐體、墊片和螺母組成。其中，支撐導(dǎo)管由圓管沿軸向 均勻切割而成的多塊管片組成，當(dāng)對螺母施加外力時(shí)，支撐導(dǎo)管會(huì)沿著內(nèi)部支撐錐體和端 頭支撐錐體的斜面移動(dòng)，從而使支撐導(dǎo)管的各塊管片沿徑向均勻張開，內(nèi)翅片受到支撐導(dǎo) 管的均勻張力會(huì)逐漸緊密貼合在外管的內(nèi)壁上。本發(fā)明夾具可為內(nèi)翅片管施加均勻的張力，可減小焊縫距離，提高焊著率，提高釬焊接頭的強(qiáng)度和塑性，減小接觸熱阻，從而滿足內(nèi)翅片管在高溫?fù)Q熱器中使用的要求。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的內(nèi)翅片管高溫真空釬焊夾具，由支撐導(dǎo)管、內(nèi)部 支撐錐體、芯管、端頭支撐錐體、墊片和螺母組成。其中，支撐導(dǎo)管安裝在內(nèi)翅片內(nèi)部，內(nèi)部 支撐錐體安裝在相鄰支撐導(dǎo)管之間，端頭支撐錐體安裝在兩端的支撐導(dǎo)管的外側(cè)，芯管貫 穿內(nèi)部支撐錐體和端頭支撐錐體的軸心孔，芯管兩端均有螺紋，墊片和螺母安裝在芯管兩 端的螺紋上，支撐導(dǎo)管由圓管沿軸向均勻切割而成的多塊管片組成，當(dāng)對螺母施加外力時(shí)， 支撐導(dǎo)管的多塊管片會(huì)沿著內(nèi)部支撐錐體和端頭支撐錐體的斜面移動(dòng)，從而使支撐導(dǎo)管的 多塊管片沿徑向均勻張開，內(nèi)翅片受到支撐導(dǎo)管的均勻張力會(huì)逐漸緊密貼合在外管的內(nèi)壁 上。所述的支撐導(dǎo)管可根據(jù)需要被均勻切割成2塊、3塊或者4塊，支撐導(dǎo)管的周向開 有2道槽，開槽位置靠近圓管的兩端，用細(xì)線在開槽處簡單纏繞，但不能固定。所述的內(nèi)部支撐錐體的軸心為中空結(jié)構(gòu)，兩端開有斜面，斜面傾角β尺寸為7°
<β < 25°。所述的端部支撐錐體的軸心為中空結(jié)構(gòu)，一端開有斜面，斜面傾角θ尺寸為7°
<θ < 25°。所述的內(nèi)部支撐錐體安裝位置處于不同段內(nèi)翅片的交界處。所述的內(nèi)翅片僅存在一段時(shí)，支撐導(dǎo)管只需要一段，不需要內(nèi)部支撐錐體。所述的內(nèi)翅片由2段內(nèi)翅片組成時(shí)，需要2段支撐導(dǎo)管和1個(gè)內(nèi)部支撐錐體；當(dāng)內(nèi) 翅片由N段內(nèi)翅片組成時(shí)，需要N段支撐導(dǎo)管和(N-I)個(gè)內(nèi)部支撐錐體。所述的夾具材料采用碳鋼、不銹鋼或者高溫合金。所述的夾具可以用于高溫合金內(nèi)翅片管、不銹鋼內(nèi)翅片管或者碳鋼內(nèi)翅片管的釬焊。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)夾具可為內(nèi)翅片管施加均勻的張力，從而減小焊縫距 離，提高焊著率，提高釬焊接頭的強(qiáng)度和塑性，減小接觸熱阻。(2)夾具結(jié)構(gòu)簡單，裝配方便，適用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)；(3)夾具可以拆卸并重 復(fù)利用，減小制造成本。


圖1(a)為縱向波紋狀內(nèi)翅片管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1(b)為縱向平直內(nèi)翅片管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明內(nèi)翅片管高溫真空釬焊夾具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3(a)為本發(fā)明夾具中支撐導(dǎo)管部件的結(jié)構(gòu)主視圖。圖3(b)為本發(fā)明夾具中支撐導(dǎo)管部件的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。圖4(a)為本發(fā)明夾具中內(nèi)部支撐錐體部件的結(jié)構(gòu)主視圖。圖4(b)為本發(fā)明夾具中內(nèi)部支撐錐體部件的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。圖5(a)為本發(fā)明夾具中端部支撐錐體部件的結(jié)構(gòu)主視圖。圖5(b)為本發(fā)明夾具中端部支撐錐體部件的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。圖6為本發(fā)明內(nèi)翅片管高溫真空釬焊夾具的另一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，1-外管，2-內(nèi)翅片，3-支撐導(dǎo)管，3a_開槽處，4-內(nèi)部支撐錐體，5_芯管， 6-端頭支撐錐體，7-墊片，8-螺母，9-釬料。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式圖1(a)和圖1(b)描述了本發(fā)明需要釬焊的兩種內(nèi)翅片管結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖1(a)描述的內(nèi)翅片2為縱向波紋狀翅片，圖1(b)描述的內(nèi)翅片2為縱向平直翅片。為了 獲得良好的傳熱效果，內(nèi)翅片2外表面的翅峰必須與外管1的內(nèi)表面焊接以減小接觸熱阻， 但從圖(1)可看出，焊接點(diǎn)很多且不規(guī)則，而高溫真空釬焊中使用的鎳基釬料9是厚度為 0. 03 0. 05mm的箔帶，這就對釬焊前內(nèi)翅片管的裝配工藝提出了很高的要求，本專利正是 針對此問題提出了一種新型內(nèi)翅片管高溫真空釬焊用模具。圖2為本發(fā)明的一種具體實(shí)施例。參照圖2所示，本發(fā)明的高溫合金內(nèi)翅片管高溫真空釬焊夾具由支撐導(dǎo)管3、內(nèi)部 支撐錐體4、芯管5、端頭支撐錐體6、墊片7和螺母8組成。其中，支撐導(dǎo)管3安裝在內(nèi)翅 片2內(nèi)部，內(nèi)部支撐錐體4安裝在相鄰支撐導(dǎo)管3之間，端頭支撐錐體6安裝在兩端的支撐 導(dǎo)管3的外側(cè)，芯管5貫穿內(nèi)部支撐錐體4和端頭支撐錐體6的軸心孔，芯管5兩端均有螺 紋，墊片7和螺母8安裝在芯管5的螺紋上并將端頭支撐錐體6、內(nèi)部支撐錐體4和支撐導(dǎo) 管3夾緊。支撐導(dǎo)管3由不銹鋼管沿軸向均勻切割而成的多塊鋼片組成，當(dāng)對螺母8施加外 力時(shí)，支撐導(dǎo)管3會(huì)沿著內(nèi)部支撐錐體4和端頭支撐錐體6的斜面移動(dòng)，從而使支撐導(dǎo)管3 沿徑向均勻張開，內(nèi)翅片2受到支撐導(dǎo)管3的均勻張力會(huì)逐漸緊密貼合在外管1的內(nèi)壁上。 在釬焊之前，應(yīng)該首先將鎳基箔狀釬料9均勻纏繞在內(nèi)翅片2的外表面上，然后將內(nèi)翅片2 安裝在外管1內(nèi)部，最后將上述的模具安裝到內(nèi)翅片管內(nèi)部。圖2所示內(nèi)翅片2由3段內(nèi) 翅片組成，主要是考慮到制造內(nèi)翅片所用的帶材寬度很窄，在外管1較長的情況下，則需要 多段內(nèi)翅片。由于制造工藝的限制，不同段內(nèi)翅片的圓整度以及翅峰的平整度不相同，不銹 鋼管內(nèi)表面不同位置的平整度也不盡相同，因此在不同段內(nèi)翅片形成的焊縫間隙不同。為 了獲得更高的焊著率，本發(fā)明將支撐導(dǎo)管3也制造成多段，每一段支撐導(dǎo)管3對應(yīng)一段內(nèi)翅 片2，支撐導(dǎo)管3的長度比內(nèi)翅片2稍短，必須保證內(nèi)部支撐錐體4安裝位置處于不同段內(nèi) 翅片2的交界處，這樣內(nèi)部支撐錐體4產(chǎn)生的壓緊力可以使不同段支撐導(dǎo)管3產(chǎn)生不同的 支撐效果，可滿足不同焊縫的需要，可提高焊著率。當(dāng)內(nèi)翅片2由2段內(nèi)翅片組成時(shí)，則需 要2段支撐導(dǎo)管3和1個(gè)內(nèi)部支撐錐體4 ；當(dāng)內(nèi)翅片2由N段內(nèi)翅片組成時(shí)，需要N段支撐 導(dǎo)管3和(N-I)個(gè)內(nèi)部支撐錐體4。參照圖3(a)及圖3(b)所示，本發(fā)明夾具中的支撐導(dǎo)管3由圓管沿軸向均勻切割 而成的3塊管片組成，在圓管的周向開2道槽3a，開槽位置靠近圓管的兩端位置，可根據(jù)實(shí) 際需要將圓管均勻切割成2塊、3塊、4塊或者多塊，切口應(yīng)盡量小以使切割之后的管片拼接 起來仍能基本保持原來的圓管形狀，將切開的多塊管片3按切割前圓管形狀拼接起來并用 細(xì)線在開槽處3a簡單纏繞，但不能固定，因?yàn)槔p繞細(xì)線是為了便于裝配，待模具放到內(nèi)翅 片管后，擰緊螺母8時(shí)，需要支撐導(dǎo)管3的多塊管片能夠沿徑向均勻張開。參照圖4(a)及圖4(b)所示，本發(fā)明夾具中的內(nèi)部支撐錐體4的軸心中空，兩端開 有斜面，斜面傾角β不宜過大也不宜過小，建議7° < β <25°，因?yàn)樾泵鎯A角β過小會(huì)造成自鎖，斜面傾角β過大會(huì)給支撐導(dǎo)管3微小距離的滑動(dòng)帶來困難，同時(shí)要保證斜面的 光滑性，這樣有利于支撐導(dǎo)管3在內(nèi)部支撐錐體4斜面上的滑動(dòng)。參照圖5(a)及圖5(b)所示，本發(fā)明夾具中的端部支撐錐體6的軸心中空，一端開 有斜面，斜面傾角θ不宜過大也不宜過小，建議7° < θ <25°，因?yàn)樾泵鎯A角θ過小會(huì) 造成自鎖，斜面傾角θ過大會(huì)給支撐導(dǎo)管3微小距離的滑動(dòng)帶來困難，同時(shí)也要保證斜面 的光滑性，這樣有利于支撐導(dǎo)管3在端部支撐錐體6斜面上的滑動(dòng)。附圖6為本發(fā)明的另一種具體實(shí)施例。參照圖6所示，本發(fā)明的內(nèi)翅片管高溫真空釬焊夾具由支撐導(dǎo)管3、芯管5、端頭支 撐錐體6、墊片7和螺母8組成。與附圖2不同之處是，附圖6沒有內(nèi)部支撐錐體4，其他相 關(guān)部件的結(jié)構(gòu)與附圖2介紹的實(shí)施例相同，圖6所示模具適用于內(nèi)翅片管長度較短且只有 一段內(nèi)翅片管的情況。
權(quán)利要求
內(nèi)翅片管高溫真空釬焊夾具，其特征在于，由支撐導(dǎo)管(3)、內(nèi)部支撐錐體(4)、芯管(5)、端頭支撐錐體(6)、墊片(7)和螺母(8)組成，其中，支撐導(dǎo)管(3)安裝在內(nèi)翅片(2)內(nèi)部，內(nèi)部支撐錐體(4)安裝在相鄰支撐導(dǎo)管(3)之間，端頭支撐錐體(6)安裝在兩端的支撐導(dǎo)管(3)的外側(cè)，芯管(5)貫穿內(nèi)部支撐錐體(4)和端頭支撐錐體(6)的軸心孔，芯管(5)兩端均有螺紋，墊片(7)和螺母(8)安裝在芯管(5)兩端的螺紋上，支撐導(dǎo)管(3)由圓管沿軸向均勻切割而成的多塊管片組成，當(dāng)對螺母(8)施加外力時(shí)，支撐導(dǎo)管(3)的多塊管片會(huì)沿著內(nèi)部支撐錐體(4)和端頭支撐錐體(6)的斜面移動(dòng)，從而使支撐導(dǎo)管(3)的多塊管片沿徑向均勻張開，內(nèi)翅片(2)受到支撐導(dǎo)管(3)的均勻張力會(huì)逐漸緊密貼合在外管(1)的內(nèi)壁上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)翅片管高溫真空釬焊夾具，其特征在于，所述的支撐導(dǎo)管 (3)可均勻切割成2塊、3塊或者4塊，支撐導(dǎo)管(3)的周向開有2道槽(3a)，開槽位置靠近 圓管的兩端，用細(xì)線在開槽處纏繞。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)翅片管高溫真空釬焊夾具，其特征在于，所述的內(nèi)部支撐 錐體(4)的軸心為中空結(jié)構(gòu)，兩端開有斜面，斜面傾角0尺寸為7° < β <25°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)翅片管高溫真空釬焊夾具，其特征在于，所述的端部支撐 錐體(6)的軸心為中空結(jié)構(gòu)，一端開有斜面，斜面傾角e尺寸為7° < 0 <25°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)翅片管高溫真空釬焊夾具，其特征在于，所述的內(nèi)部支撐 錐體(4)安裝位置處于相鄰內(nèi)翅片(2)的交界處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)翅片管高溫真空釬焊夾具，其特征在于，所述的內(nèi)翅片(2) 僅存在一段時(shí)，支撐導(dǎo)管(3)只需要一段，不需要內(nèi)部支撐錐體(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)翅片管高溫真空釬焊夾具，其特征在于，所述的內(nèi)翅片(2) 由2段內(nèi)翅片組成時(shí)，需要2段支撐導(dǎo)管(3)和1個(gè)內(nèi)部支撐錐體⑷；當(dāng)內(nèi)翅片(2)由N 段內(nèi)翅片組成時(shí)，需要N段支撐導(dǎo)管(3)和(N-1)個(gè)內(nèi)部支撐錐體(4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)翅片管高溫真空釬焊夾具，其特征在于，所述的夾具材料 采用碳鋼、不銹鋼或者高溫合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內(nèi)翅片管高溫真空釬焊夾具，該夾具由支撐導(dǎo)管、內(nèi)部支撐錐體、芯管、端頭支撐錐體、墊片和螺母組成。其中，支撐導(dǎo)管由圓管沿軸向均勻切割而成的多塊管片組成，當(dāng)對螺母施加外力時(shí)，支撐導(dǎo)管會(huì)沿著內(nèi)部支撐錐體和端頭支撐錐體的斜面移動(dòng)，從而使支撐導(dǎo)管的管片沿徑向均勻張開，內(nèi)翅片受到支撐導(dǎo)管的均勻張力會(huì)逐漸緊密貼合在外管的內(nèi)壁上。本發(fā)明夾具可為內(nèi)翅片管在高溫真空釬焊過程中施加均勻的張力，可減小焊縫距離，提高焊著率，提高釬焊接頭的強(qiáng)度和塑性，減小接觸熱阻，從而滿足內(nèi)翅片管在高溫?fù)Q熱器中使用的要求，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡單，裝配方便，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號B23K1/008GK101829827SQ20101019931
公開日2010年9月15日 申請日期2010年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月12日
發(fā)明者吉彥鵬, 曾敏, 王士元, 王秋旺, 馬挺 申請人:西安交通大學(xué)