工业用换热器翅片管元件的制造工艺

苗祥利 朱静旭 冯侃

翅片管是工业用换热器的一种主要换热元件，它主要由基管和翅片组成（翅片垂直于基管）。其技术原理是通过在（换热）基管的表面加翅片，增大（换热）基管的外表面积或内表面积，从而达到提高换热效率的目的。翅片管服务的工业用换热器，可作为余热回收装置、加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等来完成余热回收和热量转换，广泛应用于化工、石油、钢铁、汽车、食品及其他许多工业部门，在生产中应用甚为广泛且占有重要地位。而翅片管作为工业用换热器的核心换热元件，对提高工业用换热器的换热性能至关重要。

1. 常用翅片管的基本结构和组成

目前，工业用换热器翅片管的结构形式常用的有螺旋翅片管和H型翅片管两种，这两者都是由基管和翅片两部分组成，区别在于翅片的形状不同，前者为螺旋圆形，后者为H型。

螺旋翅片管由于生产效率高、生产成本低而被广泛采用。H型翅片管由于采用H型顺排翅片而非螺旋型翅片，较好地解决了换热器产品在使用过程中的积灰和磨损难题，逐渐受到市场的青睐。

翅片管现阶段还是非标件，翅片管基管、翅片的材质和尺寸（基管直径、壁厚、长度，翅片厚度、高度及翅片间距等）都需要设计人员根据具体使用要求而设计。

翅片管基管和翅片材质的选择，要综合考虑其应用的工况条件、使用年限、投入产出技术经济性以及用户的要求而确定。基管管材常选用10碳素钢无缝钢管、20碳素钢无缝钢管、0Cr18Ni9不锈钢管、15CrMo耐热钢管及铜管等；翅片常采用优质碳钢带（08Al钢带）、铝带、不锈钢带等。

2.翅片管制造工艺流程

翅片管制造工艺基本流程：①基管材料应根据设计的翅片管基管材质、管径、壁厚等技术参数进行采购；翅片材料根据设计翅片管翅片的材质、高度、厚度等技术参数进行采购。采购进厂后检测其是否符合技术要求。②经过定长下料、除锈、校直等工序制得基管，基管若采用热管，还需通过热管炉等设备制得热管；H型翅片管的翅片，由翅片材料经过冲压制得。③若加工螺旋翅片管，通过高频焊设备，在基管上将翅片的带状材料一边缠绕一边焊接制得翅片管；若加工H型翅片管，通过H型翅片管高频焊设备，将已制备的翅片焊接在基管上制得。④对制造的翅片管产品进行检测。

3. 翅片与基管焊接方式

按翅片管翅片与基管固定方式分，目前常用的制造方法有高频电阻焊、钎焊以及高频电阻焊与钎焊的复合应用等。

（1）高频电阻焊 高频焊螺旋翅片管是在钢带缠绕钢管的同时，利用高频电阻焊在缠绕钢带的一定压力下焊接。该方法可使翅片与基管焊着率达95%，而且生产率及自动化程度很高。近年，国产H型翅片管高频电阻焊机床也成功推出，大力促进了H型翅片管高频焊工艺的应用。H型翅片管高频焊机如图1所示。

（2）钎焊 钎焊是先将合金钎料均匀地喷涂在翅片管的外部及翅片根部，然后送入钎焊炉（见图2）中高温加热，使钎料熔化，熔化的钎料均匀充满管、片间隙，在其逐步缓慢冷却后，即可获得高质量的合金渗层钎焊翅片管。

工件通过自动上料进料机构的可调速带轮进入加热炉，合金粉通过合金粉喷洒装置将均匀喷涂在工件表面，喷涂工件经加热炉的预热区、焊接区、保温区，同时经惰性保护气制备系统将N2、H2供给到加热炉中，制好的翅片管经冷却水套冷却后通过下料机构输送到产品架上。通过钎焊，在基管和翅片表面形成合金渗层保护层，表面光滑，耐冲刷和磨损，不存在起皮或脱落的可能，工业使用中，不易积灰和结垢，可在含酸性和碱性气体环境中长期工作，而且接触热阻几乎为零。

图1 H型翅片管高频焊机

图2 钎焊炉

（3）高频电阻焊与钎焊的复合应用 为了提高高频焊翅片管在工作环境中的防腐蚀性能，可采用高频电阻焊与合金渗层钎焊的复合制造工艺，即将高频电阻焊焊接后的翅片管再采用合金渗层钎焊工艺，在翅片与基管的表层增加一层合金渗层。螺旋翅片管高频焊机如图3所示。

螺旋型翅片管采用高频电阻焊与钎焊复合焊接工艺时，首先根据产品设计技术要求制备好基管和翅片用钢带（或铝带）；其次在图3所示的螺旋型翅片管高频焊机上，按设定调整好的参数（见表1）绕制、焊接翅片管；然后再通过图2所示的钎焊炉，制得合金渗层高频电阻焊翅片产品。翅片与基管三种焊接工艺对比如表2所示。

图3 螺旋翅片管高频焊机

4. 结语

随着工业用换热器市场需求变化和不断涌现出的新技术，翅片管制造呈现以下技术发展趋势：从材料上向多元化发展，如碳钢、不锈钢、铜合金、铝合金、钛合金、镍合金，以及几种材料的复合；从制造工艺上向可实现自动化、数控、低成本方向发展；从组成结构上向内外双向、高翅片、翅片管与热管组合等方面发展；从使用性能上向低接触热阻、高传热性、耐腐蚀、长寿命、易清洗等方面发展。从事工业用换热器及翅片管的制造，需根据市场和技术发展趋势不断创新产品设计和制造工艺，才能打造产品高质量、制造低成本的核心竞争优势，更好服务于社会。

表 1

表2 翅片管三种焊接工艺对比