高壓鋁制板翅式換熱器的釬焊技術(shù).pdf

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1、化工機(jī)械2010年高壓鋁制板翅式換熱器的釬焊技術(shù)黃安庭木(杭州杭氧股份有限公司)摘要介紹了高壓鋁制板翅式換熱器釬焊工藝特點(diǎn)及一些重要的釬焊操作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)產(chǎn)品釬焊的3個(gè)溫度階段具體控制進(jìn)行了描述。并提出了高壓鋁制板翅式換熱器釬焊過程的關(guān)鍵控制要求。關(guān)鍵詞鋁制板翅式換熱器真空爐釬焊中圖分類號(hào)TQosI．5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B文章編號(hào)0254-6094(2010)02-0208-03高壓鋁制板翅式換熱器主要用于大型乙烯冷箱及液氮銑冷箱裝置等一些化工設(shè)備中，其中板翅式換熱器大多在高壓、低溫工況下運(yùn)行，介質(zhì)系含氫烴的復(fù)雜混合物，且為多股流、多組分的加熱、冷卻及部分冷凝與部分蒸發(fā)的相變換熱，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造難度

2、極大。杭氧公司通過引進(jìn)技術(shù)和自主開發(fā)相結(jié)合的方式，成功研制完成了大型乙烯冷箱十余套，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)生產(chǎn)乙烯冷箱的空白，成為我國(guó)大型乙烯冷箱的研制基地，同時(shí)還在高壓鋁制板翅式換熱器的研制過程中攻克了許多的技術(shù)難關(guān)，積累了大量的高壓鋁制板翅式換熱器釬焊技術(shù)，使釬焊技術(shù)逐漸成熟。1研制過程1992年杭氧公司從美國(guó)引進(jìn)了一臺(tái)大型真空爐設(shè)備，同時(shí)也引進(jìn)了相關(guān)的釬焊技術(shù)，并于1994年成功研制了第l臺(tái)高壓鋁制板翅式換熱器，設(shè)計(jì)壓力高達(dá)7．51MPa，該產(chǎn)品按美國(guó)ASME規(guī)范設(shè)計(jì)、制造，并出口美國(guó)，運(yùn)行情況良好。在隨后的幾年中杭氧公司又陸續(xù)研制了十余臺(tái)類似等級(jí)的高壓板翅式換熱器，均出口美國(guó)、加拿大及韓國(guó)等國(guó)，

3、主要用于化工行業(yè)。隨著高壓鋁制板翅式換熱器制造技術(shù)的成熟，于1997年承接了乙烯冷箱國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目，該項(xiàng)目是“九五”國(guó)家重大裝備科研攻關(guān)項(xiàng)目，同時(shí)也是中石化“九五”規(guī)劃第1批10個(gè)重大國(guó)產(chǎn)化攻關(guān)項(xiàng)目，杭氧集中了一批板翅式換熱器的設(shè)計(jì)、制造、工藝及質(zhì)檢等方面的專家，成立了攻關(guān)小組，解決了成套設(shè)計(jì)、換熱計(jì)算及高壓板翅式換熱器制造等技術(shù)難題，完全改變了過去乙烯冷箱成套裝置主要靠進(jìn)口的局面；在1998年還成功研制了大氮肥裝置液氮洗冷箱，解決了材料選用、安全系數(shù)及爆破試驗(yàn)等難題，該項(xiàng)目是“十五”國(guó)家重大裝備科研攻關(guān)項(xiàng)目；同時(shí)在2008—2009年成功研制了天津百萬噸乙烯冷箱、上海賽科乙烯冷箱和鎮(zhèn)海百萬噸乙

4、烯冷箱，設(shè)計(jì)壓力最高達(dá)8．OMPa，百萬噸乙烯冷箱項(xiàng)目是我國(guó)“十一五”國(guó)家重大裝備科研攻關(guān)項(xiàng)目，該項(xiàng)目的研制成功標(biāo)志著我國(guó)在大型乙烯冷箱制造領(lǐng)域再一次實(shí)現(xiàn)了重大突破，開創(chuàng)了大型乙烯冷箱國(guó)產(chǎn)化工作的新紀(jì)元。2釬焊工藝特點(diǎn)乙烯冷箱中使用的板翅式換熱器的設(shè)計(jì)壓力一般為4．0—8．OMPa，流道多，最多的在一個(gè)單元中有16組通道，結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，釬焊難度高。釬焊的芯體使用的主要材料是側(cè)板(3003—0)、封條(3003一H112)、鋁帶(3003．O，3004一O+1100一O)、復(fù)合板(3003-O包覆BAISi7)和焊片(BAI-Si4，需要時(shí))，它們均屬鋁錳合金，其化學(xué)成分見表1?！S安庭，男，

5、1972年1月生，高級(jí)工程師。浙江省杭州市，310004。第37卷第2期化工機(jī)械2093003和3004鋁合金與其他金屬相比，釬焊比較困難，主要原因是鋁對(duì)氧的親和力極大，表面很容易生成一層致密且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)很高(2050℃)的氧化鋁膜，室溫時(shí)厚約5nm左右，在5000C一600℃的釬焊溫度下，膜厚劇增至0．2斗m左右，阻礙釬料與母材的濕潤(rùn)和結(jié)合。真空無釬劑釬焊時(shí)，僅依靠真空作用難以去除這種氧化膜。因此，為了去除氧化膜并防止鋁氧化，必須同時(shí)借助某些金屬活化劑的作用。實(shí)踐表明，以鎂作活化劑效果最好，因?yàn)殒V的蒸汽壓高，在真空中容易揮發(fā)，有利于清除氧化膜。鎂作為活化劑加入BAISi7合金中，其

6、中，一部分固溶于鋁中，一部分以MgSi：化合物形態(tài)存在。在1mPa的真空條件下鎂的蒸發(fā)點(diǎn)為250℃，當(dāng)溫度在500℃～580℃范圍內(nèi)時(shí)，鎂大量地蒸發(fā)出來。鎂蒸氣在真空室中，與氧化性氣體(O：、H：O)發(fā)生反應(yīng)，起到凈化介質(zhì)的作用；鎂蒸氣與氧化膜接觸，發(fā)生還原反應(yīng)，使致密平滑的A1：O，膜變質(zhì)，生成疏松多孔的新氧化層MgAl：O。。鋁及鋁合金真空釬焊時(shí)只能使用鋁基釬料，它們的熔點(diǎn)都接近母材的熔點(diǎn)，應(yīng)該嚴(yán)格控制加熱溫度和釬焊時(shí)間。3釬焊過程控制3．1工裝和溫度監(jiān)控為了控制工件在熱態(tài)下的變形，采用高溫合金材料制成的網(wǎng)格狀?yuàn)A具將工件組裝定位，減少熱膨脹對(duì)焊縫收縮率的影響。將監(jiān)視工件溫度的熱電偶按工藝

7、要求安裝在工件表面和通過側(cè)面上的工藝孔引入到工件的中心位置，以便于監(jiān)測(cè)工件的實(shí)際溫度，防止工件過熱或欠熱；同時(shí)通過爐體熱電偶了解爐子內(nèi)部不同區(qū)域的溫度狀況，在釬焊過程中要密切關(guān)注爐體溫度和工作溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以判斷所顯示溫度的準(zhǔn)確性，這對(duì)釬焊質(zhì)量的影響是至關(guān)重要的。3．2氧化膜及鎂在升溫過程中的變化在過去的真空釬焊工藝中，一般需要通過釬焊過程添加鎂塊的方式使?fàn)t內(nèi)形成鎂氣氛，從而達(dá)到破除氧化膜的目的，但經(jīng)過大量