一种耐腐蚀冷凝换热器及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种耐腐蚀冷凝换热器，其包括：由冷却管组成的列管组件、固定于所述列管组件两端的集流盖、与所述列管组件连接的冷凝水储水器、与所述列管组件两端连接的管路接头。本发明专利技术还公开一种耐腐蚀冷凝换热器的制造方法，所述方法包括如下步骤：管头实施焊接操作前，对管头进行分区标识；焊接时按焊接保护和防变形工装设计的窗口进行对称焊接；焊接完窗口内管头后，转动窗口，再继续焊接；依安装工装、充保护气、开焊窗、对称焊、工装转角度、交替焊的顺序进行焊接；通过对焊缝进行检测并判定焊接质量。本发明专利技术冷凝换热器整体采用钛合金一种材料以避免电偶腐蚀，采用熔焊避免钎料等薄弱环节，实现长期运行过程的优异耐腐蚀性能。实现长期运行过程的优异耐腐蚀性能。实现长期运行过程的优异耐腐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】
一种耐腐蚀冷凝换热器及其制造方法


[0001]本专利技术属于液冷系统
，具体涉及一种耐腐蚀冷凝换热器及其制造方法。

技术介绍

[0002]冷凝换热器是一种气液换热器，将空气热量传递给冷却回路的冷却剂，并通过冷凝的方式将空气中多余的水蒸汽去除，从而实现冷却和干燥空气的目的。冷凝换热器运行过程中工作介质热边为湿热空气，冷边为冷却回路的冷却剂。
[0003]由于长期冷凝除湿使用模式及空气环境的复杂性，换热器表面产生的冷凝水中存在Cl
‑
、SO42
‑
、NH4+等腐蚀性离子，对换热器的耐腐蚀性要求很高。既要满足与内部冷却工质的长期相容性，也要满足对冷凝水腐蚀离子的耐腐蚀要求。
[0004]铝是一种活泼金属，它的耐蚀性取决于保护性氧化膜而引起的钝性。在冷凝换热器表面采用铬酸盐化学钝化处理，可以在铝合金表面覆盖一层致密性好的化学钝化膜层，是目前耐蚀性很好的化学钝化膜，主要由铬的氧化物构成，如CrO3。致密的且不溶于水的Cr的氧化物在铝合金表面隔离了冷却工质与铝合金基体的接触，从而使其免遭腐蚀。但在冷凝水中，因介质中含有活性阴离子(常见的如氯离子)，氯离子能优先地有选择地吸附在这一Cr的氧化物上，把氧原子排挤掉，然后和氧化铬中的铬阳离子结合成可溶性氯化物。而在生成可溶性氯化物处，暴露出铝合金基体，构成了腐蚀的小阳极，而在整个没有破坏的地方构成了腐蚀的大阴极，在这种小阳极大阴极的电偶作用下，暴露的地方成为腐蚀源，而开始腐蚀。随着腐蚀的进行，在腐蚀区域形成闭塞电池，加速孔蚀进行，最终造成穿孔。因此，铝合金材料采用铬酸盐钝化膜的耐腐蚀方案不能满足要求。
[0005]钛因其稳定的化学性质，良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度，被美誉为“太空金属”。钛的耐腐蚀性能是由于表面上覆盖着一层稳定的粘附性极强起防护作用的氧化膜。钛的新鲜表面暴露在空气或湿气中时，便立即形成这层氧化膜。钛合金的钝化膜通常极薄，为单分子层至几个分子层的吸附膜或三维成相膜。钛合金钝化膜的存在使金属电极表面进行活性溶解的面积减小，或阻碍了反应粒子的传输而减少或者抑制了钛合金在腐蚀介质中的溶解，使其出现钝化现象。钝化后的钛及钛合金自腐蚀电位大幅升高。钛的钝化膜又具有非常好的自愈性，当其钝化膜遭到破坏时，能够迅速修复，弥合形成新的保护膜。因此，钛合金具有良好耐蚀性。采用钎焊的方法，制造出钛合金冷凝换热器，经过腐蚀试验发现，钛合金基材耐腐蚀性能优异；钛管远优于铝管的耐腐蚀性。但由于钎料耐腐蚀性能较基材差，在钎料处发生电偶腐蚀，仍然不能满足耐腐蚀性要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的是解决冷凝换热器电偶腐蚀影响使用寿命的问题。
[0007]本专利技术的目的是采取下述技术方案来实现的：
[0008]一种耐腐蚀冷凝换热器，所述冷凝换热器包括：由冷却管组成的列管组件、固定于所述列管组件两端的集流盖、与所述列管组件连接的冷凝水储水器；所述列管组件和集流
盖采用相同的金属材料；所述列管组件采用微束等离子弧焊焊接。
[0009]优选的，所述金属材料包括钛合金。
[0010]优选的，所述列管组件为沿圆周方向均布的多组列管组成的空心柱状阵列。
[0011]优选的，所述列管组件包括平行且排列成阵列结构的多组列管、与所述列管两端焊接的环形端板、与所述列管外侧连接的散热翼片。
[0012]优选的，所述环形端板包括散热管口和位于散热管口周围的焊接槽。
[0013]优选的，所述散热翼片具有多条用于防止热应力的伸缩缝。
[0014]优选的，所述集流盖包括集流槽和与所述集流槽连通的冷却工质接口。
[0015]优选的，所述冷凝水储水器包括与所述列管组件固定的冷凝水收集锥斗和与所述冷凝水收集锥斗连接的排水管。
[0016]优选的，所述冷凝水收集锥斗安装在所述列管组件的内部以用于空气导流。
[0017]基于同一专利技术构思本专利技术还提供了一种耐腐蚀冷凝换热器的制造方法，所述方法包括如下步骤：对管头进行分区标识；
[0018]焊接时通过工装设计的窗口对分区内的列管进行焊接；
[0019]焊接完窗口内管头后，转动工装切换到下一个窗口继续焊接；
[0020]通过对焊缝进行检测并判定焊接质量。
[0021]换热列管内部流动着冷却工质，使冷却工质的温度低于湿热空气的露点温度，湿热空气经过换热列管时，在列管表面冷凝，达到除湿和冷却的目的。
[0022]该换热器列管组件由沿圆周方向均布的52组列管组成，每组列管由外到内分8层、每层2个，共16根，整个换热器共计832根列管，单管尺寸Φ4
×
0.3。通过列管内外的热交换，实现高效换热除湿。
[0023]为了耐受内部冷却工质以及外部冷凝水的腐蚀，列管组件采用钛合金材料，换热器整体为一种材料，避免不同电位造成电偶腐蚀；焊接采用无焊料的手工熔焊方法，避免钎料等薄弱环节出现，实现整体的耐腐蚀。
[0024]换热管规格小，管板面积小，管孔分布密集。结合钛材的焊接特性，对管头与管板的焊接选用微束等离子弧焊的焊接方法。微束等离子弧焊能量集中，能精确控制焊接参数，焊接热输入小，焊接质量高，避免了造成管板局部热输入偏大，引起晶粒粗大，或管头与管板熔化量过大，产生变形的现象。
[0025]针对列管特点和微束等离子焊接特性，换热管孔周围设计了一种焊接槽，通过该焊接槽能很好地控制焊缝宽度和熔深，有效分隔相邻管头的焊接影响。
[0026]焊接过程质量控制：管头实施焊接操作前，对管头进行分区标识，焊接时按焊接保护和防变形工装设计的窗口进行对称焊接，焊接完窗口内管头后，转动窗口，再继续焊接，依顺序进行(安装工装——充保护气——开焊窗——对称焊——工装转角度——交替焊)。每次焊接前以相同的参数在焊接试样进行焊接，待焊接手法稳定后进行正式换热器的管头焊接，并通过对该试样的焊缝进行检测，以此判定该区域焊接质量的稳定性。
[0027]本专利技术通过冷凝换热器采用钛合金材料，并且采取换热器整体为一种材料，能够有效避免不同电位造成电偶腐蚀；采用无焊料的手工熔焊方法焊接，避免钎料等薄弱环节出现，实现了优异的整体耐腐蚀。本专利技术冷凝换热器在长期运行过程中，耐腐蚀性能优异，本专利技术能够有效解决冷凝换热器电偶腐蚀影响使用寿命的问题。
附图说明
[0028]图1为本专利技术冷凝换热器结构原理图；
[0029]图2为列管组件的列管布局图；
[0030]图3为焊接槽示意图；
[0031]图4为焊接保护及防变形工装剖视图；
[0032]图5为焊接保护及防变形工装俯视图；
[0033]其中：1
‑
列管组件、2
‑
集流盖、3
‑
冷凝水储水器、11
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列管、12
‑
环形端板、13
‑
散热翼片、21
‑
冷却工质接口、31
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐腐蚀冷凝换热器，其特征在于，所述冷凝换热器包括：由冷却管组成的列管组件、固定于所述列管组件两端的集流盖、与所述列管组件连接的冷凝水储水器；所述列管组件和集流盖采用相同的金属材料；所述列管组件采用微束等离子弧焊焊接。2.如权利要求1所述的一种耐腐蚀冷凝换热器，其特征在于，所述金属材料包括钛合金。3.如权利要求1所述的一种耐腐蚀冷凝换热器，其特征在于，所述列管组件为沿圆周方向均布的多组列管组成的空心柱状阵列。4.如权利要求1所述的一种耐腐蚀冷凝换热器，其特征在于，所述列管组件包括平行且排列成阵列结构的多组列管、与所述列管两端焊接的环形端板、与所述列管外侧连接的散热翼片。5.如权利要求4所述的一种耐腐蚀冷凝换热器，其特征在于，所述环形端板包括散热管口和位于散热管口周围的焊接槽。6.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李森，赵丕盛，李英斌，刘向阳，杨华，洪跃镇，王慎泉，黄张洪，李慧，刘相，李格妮，
申请(专利权)人：中国航天员科研训练中心，
类型：发明
国别省市：