一種熱輻射焊接裝置及焊接方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及應用在熱電領域的可熔融加工氟塑料聚四氟乙烯與全氟烷基乙烯基 醚共聚物（PFA)特大型熱交換器管板熱熔融焊接技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著我國加工制造業的迅猛發展，國家大力發展核電、水電、風電等清潔電能，雖 然我國擁有較豐富的燃煤、燃氣，而熱電產生大量的CO、S02及PM2. 5煙塵污染環境與大氣 層，為降低減排，經廣大科技工作者努力，已獲得突破。根據降耗減排資料的研究數據顯示： 熱電系統排煙溫度每增加10_20°C，熱損亦增加20% ;煙道內的煙氣溫度80-85°C時脫硫效 果最佳，煙氣溫度上升脫硫反應率而降低，導致排放煙霧中含硫量增加，通過技術論證，在 設備主體煙道內增設低溫省煤器，即可降低熱電損耗，又能提高煙氣排放質量，滿足減排達 標要求。
[0003] 低溫省煤器俗稱深度煙氣余熱利用裝置，簡稱熱交換器。采用碳鋼焊接制作，但存 在易腐蝕、易結垢、常堵塞，換熱效果下降，體積龐大，不易維修，凝結水耗量大、浪費嚴重， 使用壽命短。借鑒發達國家的成功經驗。選用耐溫性能高(使用溫度150-200°C)，機械性 能好(抗拉強度27kg/cm 2)，防粘性能優(具有不粘性）的可熔融加工氟塑料系列的四氟乙 烯與全氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA)制作。可抗腐、無結垢、換熱效果好，凝結水回收無浪 費，產品質量輕，結構緊湊，安裝維修方便，使用壽命長，是一種性能完美的產品。但熱電機 組功率大，以300MW機組為例，煙氣溫度135-146°C，煙氣量1600000kg/h，須配備換熱面積 為6000m 2模塊式組合的換熱器(熱交換器)，端板規格為2000x500mm，因端板面積大，焊接工 藝參數控制難度大及不利于安全操作。換熱器的大端板、多管數（2000以上管束)一次性焊 接工藝存在技術難題。
[0004] 現有技術中，申請號為201210187064. 8的中國發明公開了應用于太陽能電池片 熱輻射式焊接方法和熱輻射式焊接裝置，包括紅外線加熱裝置、壓針裝置和預熱裝置，所 述紅外線加熱裝置下方放置壓針裝置，所述紅外線加熱裝置、所述壓針裝置置于所述預 熱裝置中部。應用于太陽能電池片熱輻射式焊接方法包括如下步驟，采用6塊預熱板對 電池片進行先后預熱，該6塊預熱板的溫度設置分別Tl、T2、T3、T4、T5和T6,所述溫度 T3>T2=T4>T1=T5>T6,在第3塊預熱板上將紅外線光源聚光在該電池片的需焊接位置，直到 加熱成液態的焊錫浸潤焊接部位后，停止紅外線光源聚光加熱。申請號為201210231702. 1 的中國發明公開了一種遠紅外熱輻射焊接方法，包括：遠紅外線熱輻射板材間的間隙；所 述板材為第一所述板材和第二所述板材；所述間隙為板材需要的厚度；其中遠紅外線熱輻 射的加熱管與所述第一板材和第二板材均不接觸。所述第一板材和第二板材均為PP中 空板；所述遠紅外線熱輻射的加熱管與第一板材和第二板材的距離分別為l-5cm。申請號 為201210295363. 3的中國發明公開了一種PP中空板遠紅外熱輻射焊接工藝，該工藝包 括：在焊接機上安裝上、下兩根遠紅外加熱并通電加熱；遠紅外熱輻射焊接；取出焊接在一 起的PP中空板。該焊接工藝包括如下步驟：a、在焊接機上安裝上、下兩根遠紅外加熱管， 上、下兩根遠紅外加熱管的軸線呈平行設置，上、下兩根遠紅外加熱管之間的距離設置在 8~12cm，每根遠紅外加熱管的功率為800~1200W，每根遠紅外加熱管所發射遠紅外光的波長 為4~8 μ m ;b、給焊接機上的上、下兩根遠紅外加熱管接通電源；c、順序將每塊PP中空板上 需要粘合的部位放入上、下兩根遠紅外加熱管之間，加熱時間控制在4~6秒；d、將兩塊需要 焊接在一起的PP中空板上需要粘合的部位疊在一起并放在焊接機的壓頭下方，焊接機的 壓頭向下運動，焊接機的壓頭壓力控制在〇. 08~0. 12MPa，將兩塊需要焊接在一起的PP中空 板上需要粘合的部位粘合在一起，焊接機的壓頭加壓時間控制在8~12秒；e、取出焊接在一 起的PP中空板，PP中空板遠紅外熱輻射焊接工藝結束。以上現有技術，均不能解決換熱器 的大端板、多管數（2000以上管束）一次性焊接工藝存在技術難題。

【發明內容】

[0005] 本發明所要解決的技術問題是，提供一種熱輻射焊接裝置及焊接方法，其能解決 熱交換器的大端板、多管數一次性焊接的工藝難題。
[0006] 本發明的技術方案是：一種熱輻射焊接裝置，包括加熱原件、焊接夾具、復合蓋板、 溫控系統，所述焊接夾具連接復合蓋板；當焊接夾具內安裝好待焊接的多孔端板時，所述焊 接夾具、多孔端板和復合蓋板形成一個恒溫室；所述加熱原件安裝在恒溫室內，所述溫控系 統連接恒溫室和加熱原件。
[0007] 所述加熱原件包括發熱管和用于安裝發熱管的鋁質安裝板，所述鋁質安裝板設置 在焊接夾具上面。
[0008] 所述焊接夾具包括型腔、底柜和支架，所述型腔包括鋁質高度調節環和位于鋁質 高度調節環下面的模框條，所述底柜和支架位于模框條下面，底柜連接支架；所述鋁質安裝 板設置在鋁質高度調節環上。
[0009] 所述復合蓋板包括觀察窗、鋁質蓋板、保溫棉；所述保溫棉圍合成一個下面設有開 口的長方體形方框，該開口處安裝焊接夾具，所述鋁質蓋板設置在該長方體形方框的頂面 內側，所述觀察窗設置在長方體形方框的頂面和鋁質蓋板的中部；所述鋁質高度調節環、模 框條和支架均與保溫棉相接。
[0010] 所述溫控系統包括連接加熱原件的熱電偶和連接熱電偶的數顯調節儀。
[0011] 一種熱輻射焊接方法，將列管穿過多孔端板，在列管內插入焊銷；然后通過焊接 夾具將多孔端板和列管需焊接部位放置于安裝有加熱原件的密閉恒溫室中，在熱輻射的作 用，通過控制焊接溫度和保溫時間，使多孔端板、列管和焊銷受熱，并使多孔端板與列管受 熱端面自上至下熔融；與此同時，安裝在焊接夾具內的多孔端板受熱膨脹受阻產生徑向壓 力與插入列管內的焊銷熱膨脹的壓力疊加，使熔融狀態下的多孔端板與列管在壓力的作用 下熔為一體；關閉電源降溫冷卻后，達到焊接的目的。
[0012] 選用數顯調節儀與熱電偶組成溫控系統，實現焊接溫度的設定與控制。
[0013] 采用上述熱輻射焊接裝置進行焊接，所述熱輻射焊接方法包括以下工藝流程： A、 制作焊接夾具和支架：根據換熱器規格與結構形式，制作與產品相適應的焊接夾具 與支架；在焊接夾具的型面涂覆硅樹脂脫模劑，并按工藝要求在310±5°C溫度下保溫1小 時進行烘烤固化處理； B、 裝配多孔端板、列管和焊銷：PFA管材擠出成型，多孔端板壓制成型后，按預定工藝 要求進行熱處理，并加工成多孔端板；將列管安裝到多孔端板上，在列管內配插好焊銷，焊 銷插入深度為55-60mm ; C、 安裝發熱原件：根據多孔端板焊接面積與焊接工藝溫度要求，選擇相應的發熱原件 并安裝到焊接夾具上，調節好發熱原件的高度； D、 密閉恒溫室裝配：將觀察窗、鋁質蓋板、保溫棉組裝成復合蓋板，再將上述裝配好列 管和焊銷的多孔端板安裝到焊接夾具內，并與復合蓋板一起組成一個密閉恒溫室；將溫控 系統安裝連接好； E、 按預定焊接工藝要求，設定焊接溫度與升溫速度，焊接溫度為400±5°C，升溫速度為 10-15°C /分；啟動發熱原件開始加熱，當焊接溫度達到設定值時，恒溫40-60分鐘，觀察多 孔端板受熱端面與列管壁間的熔融狀態，當透明深度達到5mm且表面平整時，關閉電源，自 然冷卻至60-70°C時，按順序分拆恒溫室，取出焊接好列管的多孔端板，撥去焊銷；完成焊 接。
[0014] 對焊接好列管的多孔端板與焊接夾具進行水壓測試檢驗；測試壓力為IMPa/cm2， 保壓30分鐘，無滴漏則為合格。
[0015] 通過調節控制焊接夾具與多孔端板之間的間隙，以間接方式控制焊接夾具內多孔 端板的壓力，E=X· 1/t: * e ,其中，E為多孔端板與焊接夾具之間的間隙，X為多孔端板尺 寸，單位為mm，l/°C為材料膨脹系數，e為熱焊系數值；當X彡500時，e取值彡0. 6，X彡500 時，e取值彡0.8。
[0016] 本發明涉及應用在熱電領域的可熔融加工氟塑料聚四氟乙烯與全氟烷基乙烯基 醚共聚物（PFA)特大型熱交換器管板熱熔融焊接，成功地解決了大端板、多管數（2000以上 管束)一次性焊接的工藝難題，填補了我國熱電行業PFA換熱器設備制作空白。本發明采用 熱輻射焊接法，將管板牢固的焊接為整體，并確保列管焊接口處孔徑不變，列管與端板焊接 深度達到管壁厚度二倍，焊后產品經IMPa/cm 2水壓測試，保壓30分鐘無滲漏，本發明填補 了國內端板規格> 2000x500mm超大型換熱器管板(列管和多孔端板)焊接工藝空白，處于行 業領先水平。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發明熱輻射焊接裝置的結構及焊接原理示意圖。
[0018] 圖中：1、熱電偶，2、觀察窗，3、鋁質蓋板，4、保溫棉，5、發熱管，6、鋁質安裝板，7、鋁 質高度調節環，8、模框條，9-1、底柜，9-2、支架，10焊銷，11、多孔端板，12、列管。
【具體實施方式】
[0019] 如圖1所示，一種熱輻射焊接裝置，包括加熱原件、焊接夾具、復合蓋板、溫控系 統，所述焊接夾具連接復合蓋板；當焊接夾具內安裝好待焊接的多孔端板時，所述焊接夾 具、多孔端板和復合蓋板形成一個密閉恒溫室；所述加熱原件安裝在密閉恒溫室內，所述溫 控系統連接密閉恒溫室和加熱原件。加熱原件由發熱管5、鋁質安裝板6組合成，發熱管安 裝在鋁質安裝板上。鋁質高度調節環7與模框條8組合成型腔和底柜9-1及支架9-2組合 成焊接夾具，石英玻璃觀察窗2、鋁質蓋板3、保