[发明专利]内翅片管高温真空钎焊夹具

说明书

技术领域

本发明涉及一种内翅片管钎焊夹具及其制造工艺，特别涉及一种在化工、冶金、玻璃制造、城市生活垃圾焚烧及生物质焚烧等高温余热回收领域中使用的内翅片管高温真空钎焊时需要的夹具。

背景技术

伴随着能源的日益紧张，全球需要更为高效的能源动力系统，而高效的能源动力系统往往需要更高的操作温度，同时全球日益关注减排和节能，高温热污染控制和余热回收越来越引起重视，因此高温换热器在化工、冶金、玻璃制造、城市生活垃圾焚烧及生物质焚烧等高温余热回收领域中具有广阔的市场需求，如固体氧化物燃料电池、外部燃烧联合循环、核能化学制氢等领域中使用的换热器操作温度常常高于900℃，这对换热器的性能提出了严峻的挑战，而换热效率低下是高温换热器面临的一大难题。

内翅片管作为一种新型的强化换热方式，已被广泛应用于压缩机中冷器等气-液热交换场合，目前主要应用于相对较低温度的工作环境，其制造材料有碳钢、铜和不锈钢，其焊接可采用常规的软钎焊或者硬钎焊方式。目前已有一些学者提出将内翅片管用于高温换热器的强化换热，但是由于材料、结构和制造等诸多因素，还没有得到实际的应用。其中，内翅片管的高温真空钎焊技术尚无成熟经验可供借鉴。

对于高温下使用的高温合金内翅片管，常规的软钎焊或者硬钎焊方式已不能满足耐高温、耐高压、强度以及使用寿命等方面的要求，需要采用镍基钎料和高温真空钎焊工艺。而镍基钎料一般是厚度为0.03～0.05mm的箔带，这就对钎缝的间隙提出了很高的要求，因为钎焊的过程是钎料中的硼、硅、碳等元素向母材扩散的过程。当钎焊间隙较大时，钎缝中的这些元素来不及向母材全部扩散以致在钎缝中形成连续的脆性层，这些脆性层会严重影响钎焊接头的强度和塑性。当钎焊间隙很小时，扩散距离很短，这些元素在钎焊时间内扩散充分，钎缝组织不会形成大面积的脆性层，而是形成铬镍固溶体，钎焊接头的强度和塑性可以得到保证。对于焊接面非常不规则的内翅片管，由于制造工艺的限制，不锈钢管内表面的平整度、内翅片的圆整度以及翅峰的平整度都无法精确的保证。发明人通过前期实验表明，即使在内翅片管的内部插入外径与内翅片内径相同的芯管后再进行高温真空钎焊，也无法获得很好的焊接效果。因此，很有必要研制合适的模具，才能获得满足要求的高温合金内翅片管。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供内翅片管高温真空钎焊夹具，该夹具由支撑导管、内部支撑锥体、芯管、端头支撑锥体、垫片和螺母组成。其中，支撑导管由圆管沿轴向均匀切割而成的多块管片组成，当对螺母施加外力时，支撑导管会沿着内部支撑锥体和端头支撑锥体的斜面移动，从而使支撑导管的各块管片沿径向均匀张开，内翅片受到支撑导管的均匀张力会逐渐紧密贴合在外管的内壁上。本发明夹具可为内翅片管施加均匀的张力，可减小焊缝距离，提高焊着率，提高钎焊接头的强度和塑性，减小接触热阻，从而满足内翅片管在高温换热器中使用的要求。

本发明的技术方案是这样实现的：内翅片管高温真空钎焊夹具，由支撑导管、内部支撑锥体、芯管、端头支撑锥体、垫片和螺母组成。其中，支撑导管安装在内翅片内部，内部支撑锥体安装在相邻支撑导管之间，端头支撑锥体安装在两端的支撑导管的外侧，芯管贯穿内部支撑锥体和端头支撑锥体的轴心孔，芯管两端均有螺纹，垫片和螺母安装在芯管两端的螺纹上，支撑导管由圆管沿轴向均匀切割而成的多块管片组成，当对螺母施加外力时，支撑导管的多块管片会沿着内部支撑锥体和端头支撑锥体的斜面移动，从而使支撑导管的多块管片沿径向均匀张开，内翅片受到支撑导管的均匀张力会逐渐紧密贴合在外管的内壁上。

所述的支撑导管可根据需要被均匀切割成2块、3块或者4块，支撑导管的周向开有2道槽，开槽位置靠近圆管的两端，用细线在开槽处简单缠绕，但不能固定。

所述的内部支撑锥体的轴心为中空结构，两端开有斜面，斜面倾角β尺寸为7°＜β＜25°。

所述的端部支撑锥体的轴心为中空结构，一端开有斜面，斜面倾角θ尺寸为7°＜θ＜25°。

所述的内部支撑锥体安装位置处于不同段内翅片的交界处。

所述的内翅片仅存在一段时，支撑导管只需要一段，不需要内部支撑锥体。

所述的内翅片由2段内翅片组成时，需要2段支撑导管和1个内部支撑锥体；当内翅片由N段内翅片组成时，需要N段支撑导管和(N-1)个内部支撑锥体。

所述的夹具材料采用碳钢、不锈钢或者高温合金。

所述的夹具可以用于高温合金内翅片管、不锈钢内翅片管或者碳钢内翅片管的钎焊。