Способ изготовления панельных теплообменников Советский патент 1992 года по МПК B23K11/06 

(Л

С

Использование: в машиностроении и других отраслях промышленности при производстве панельных теплообменников. Сущность изобретения: способ включает формовку на рулонных полосах продольных и поперечных каналов и сварку полос контактной роликовой сваркой и точечной сваркой межканальных промежутков. Перед совмещением отформованные полосы предварительно искривляют по дуге с остаточной величиной прогиба 0,015-0,025 длины поперечных каналов. При совмещении полосы выпрямляют до смыкания продольных каналов. 1 з. п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

Изобретение относится к механической обработке давлением и сварке листового металла и может быть использовано в машиностроении, металлургии, других отраслях промышленности при производстве панельных теплообменников.

Известен способ изготовления панельных теплообменников, согласно которому на каждой из двух полос продольные и поперечные каналы отформовывают в одной паре валков, после чего отформованные полосы совмещают, точечной контактной сваркой соединяют межканальные промежутки, а затем выполняют продольные и поперечные швы роликовой контактной сваркой и разрезают на отдельные типоразмеры по плоским участкам между ними.

Недостатками описанного аналога является сравнительнр небольшая глубина поперечных каналов и наличие в ряде случае некачественной точечной сварки.

Известен также способ изготовления штампосварных теплообменников, в соответствии с которым сначала на полосах отформовывают продольные каналы, а затем поперечные (блоками) с промежутками между блоками, сваривают точечной сваркой межканальные промежутки, шовной - продольные боковые участки и поперечные участки между блоками, а затем разрезают на необходимые типоразмеры.

Недостатками этого способа являются увеличенный расход металла за счет межмодульных промежутков, непровары металла на участках точечной сварки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ изготовления панельных теплообменников, согласно которому на полосах последовательно формуют продольные и поперечные каналы, совмещают полосы, соединяют точечной сваркой межгофровые промежутки, а затем выполняют продольные сварные

VI w

00

ел

N

со

швы, режут на отдельные типоразмеры и выполняют поперечные швы.

К недостаткам этого способа следует отнести то, что на участках точечной сварки имеют место непровары и микротрещины металла, которые приводят к уменьшению прочностных свойств и выхода годных изделий.

Указанные недостатки обусловлены следующим.

При формовке в валках, вследствие различной по ширине полосы деформации металла, отформованные полосы поперечно изгибаются таким образом, что выпуклые центральные участки удалены друг от друга. Поэтому при совмещении полосы не соприкасаются по всей ширине, образуя так называемые хлопуны. Причем убрать их путем приложения усилия сжатия не представляется возможным, так как после снятия нагрузки металл из-за пружинения возвращается в исходное положение. При осуществлении точечной сварки межканальных промежутков за счет усилия прижима электродов и нагрева металла полосы выпрямляются и свариваются (металл при выпрямлении перемещается от центра к периферии, чему способствуют несваренные боковые участки).

Вместе с тем усилия прижима электродов не всегда достаточно для полного выпрямления и смыкания полос (причем, чем меньше шаг и больше глубина каналов, тем величина прогиба и жесткость полосы больше, и выпрямить ее труднее). В результате из-за увеличенного зазора между свариваемым металлом образуются непровары.

Кроме того, в связи с особенностью процесса валковой формовки поперечные каналы на полосе отформовываются несимметричными. В частности второе (по на- правлению формовки) ребро канала превышает первое. Поэтому при совмещении полос их межканальные промежутки со- прикасаются лишь на участках, прилегающим непосредственно к вторым ребрам. Далее от них (в сторону первых ребер) имеет место зазор, величина которого растет с увеличением размеров межканальных промежутков.

Размещение сварных точек на участках межканальных промежутков с увеличением зазора также может привести к непроварам металла.

Таким образом, наличие хлопунов и неравномерного зазора на участках прилегания металла межканальных промежутков снижает качество точечной сварки, что уменьшает выход годного, а также приводит к увеличению расхода электродов и электроэнергии, снижению производительности из-за увеличения числа остановок процесса изготовления для заточки и замены электродов.

Целью изобретения является повышение качества путем предотвращения непро- вара металла на межканальных промежутках.

Для достижения указанной цели в спо0 собе изготовления панельных теплообменников осуществляют отформовку на двух рулонных полосах продольных и поперечных каналов, поперечно искривляют полосы по дуге выпуклостью друг к другу, обеспечи5 вая при этом величину остаточного прогиба, равную 0,015-0,025 длины поперечных каналов, а затем совмещают полосы и выпрям- ляют их путем смыкания продольных каналов, выполняют продольные сварные

0 швы, после чего соединяют точечной контактной сваркой межканальные промежутки, режут на отдельные типоразмеры, выполняют поперечные швы и присоединяют штуцеры. При отформовке каналов в не5 скольких технологических переходах поперечное искривление полос осуществляют одновременно с окончательной отфор- мовкой продольных каналов.

Сварные точки располагают на участках

0 межканальных промежутков, примыкающих непосредственно к поперечным каналам по ходу движения полос.

Поперечное искривление отформованных полос по дуге выпуклостью друг к другу

5 с последующим выпрямлением при совмещении полос необходимо для того, чтобы обеспечить плотное соприкосновение металла по всей ширине и исключить появление хлопунов. Полосы искривляют по дуге,

0 с целью более равномерной деформации металла по всей ширине и соответственно более равномерному прилеганию полос друг к другу при их выпрямлении.

Выпрямление полос путем смыкания

5 продольных каналов позволяет осуществлять равномерное выпрямление от середины полосы к периферии при минимальных усилиях, а также обеспечивать совпадение полосы по ширине.

0 Первоначальное выполнение продольных сварных швов позволяет жестко зафиксировать полосы в выпрямленном и прижатом друг к другу состоянии.

Последующая точечная контактная

5 сварка межканальных промежутков, вследствие плотного соприкосновения полос, обеспечивает получение качественного сварного соединения, а следовательно, увеличение выхода годного при изготовлении теплообменников.

Расположение сварных точек на участках межканальных промежутков, примыкающих непосредственно к поперечным каналам по ходу движения полос (в случае относительного большого расстояния между поперечными каналами) позволяет улучшить качество сварного соединения. Это обусловлено тем, что именно на указанных участках имеет место плотное соприкосновение полос.

Для осуществления признаков, отмеченных в формуле изобретения, необходимо наличие оборудования для валковой формовки, а также машин для контактной роликовой и точечной сварки.

Выбор граничных параметров, а именно величины поперечного прогиба, равной 0,015-0,025 длины поперечных каналов, обусловлен необходимостью получения при выпрямлении полос преимущественно упругих деформаций, которые обеспечивают необходимое усилие прижима сомкнутых полос. При этом нижнее граничное значение используется при отформовке каналов с h/t 0,18, а верхнее h/t 0,12 (h - глубина канала, t- расстояние между каналами (шаг).

Отклонение величины прогиба от указанных значений приведет к следующему: при увеличении прогиба растет величина пластических деформаций металла, что приводит к снижению качества готовых изделий; при уменьшении не обеспечивается достаточный прмжкм полос друг к другу после их выпрямления.

Проведенный анализ предлагаемого способа изготовления панельныхтеплооб- менников свидетельствует, что положительный эффект при осуществлении изобретения получен благодаря тому, что по сравнению с известным при совмещении полос обеспечено их соприкосновение по всей ширине, т. е. предотвращено образование хлопунов, а следовательно, улучшится качество сварных точек и увеличится выход годной продукции.

На фиг. 1 представлена последовательность технологических операций при изготовлении панельного теплообменника; на фиг, 2 - схема совмещения операций формовки и поперечного изгиба полосы; на фиг. 3 - схема расположения сварных точек на теплообменнике с относительно большими межканальными промежутками; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3.

По предлагаемому способу в процессе изготовления панельных теплообменников необходимо на двух рулонных полосах 1, шириной В, расположенных на различных уровнях, отформовать в I переходе продольные 2 и поперечные 3 каналы. Затем во II переходе отформованные полосы искривляют по дуге радиусом В в поперечном направлении выпуклостью 4 друг к дру5 гу до получения остаточного прогиба f(0,015-0,025) Bi (Bi - длина поперечных каналов). Совмещают полосы до соприкосновения выпуклостями 4 и выпрямляют до смыкания продольных каналов 2 (III пере0 ход). Благодаря тому, что выпрямление происходит преимущественно в упругой области, а предварительное искривление выполнено равномерным (по дуге), упругие деформации металла способствуют относи5 тельно равномерному прижиму полос друг к другу по всей ширине. Далее в IV переходе выполняют продольные сварные швы 5, зафиксировав тем самым полосы в прижатом друг к другу положении. Выполняют точеч0 ную сварку 6 межканальных промежутков 7, после чего производят поперечную резку на отдельные типоразмеры 8 длиной L (переход V). В IV переходе выполняют поперечные швы 9 и присоединяют сваркой 10

5 штуцеры 11, получая готовый теплообменник 12.

В случае пооперационной формовки каналов (в нескольких технологических переходах) возможно совмещение операций

0 формовки и искривления полосы. Так, на полосе 1 в I переходе отформовывают продольные каналы 13, имеющие форму отличную от заданной (более глубокие для надежного зажатия полосы). Затем во II пе5 реходе отформовывают поперечные каналы 3, после чего в III переходе переформовывают каналы 13 до получения каналов 2 заданной формы и размеров и одновременно искривляют полосу. Это позволяет при иск0 ривлении создать схему изгиба с растяжением и тем самым значительно уменьшить пружинение металла, а следовательно, получать заданную величину прогиба (без корректировок на пружинения).

5 В случае относительно большой ширины межканальных промежутков 7 (превышающей в два и более раза диаметр сварной точки 6) целесообразно сварные точки 6 располагать на участках 14 меж0 канальных промежутков 7, примыкающих непосредственно к поперечным каналам 3 по ходу движения полос (а не по середине, как обычно принято). При этом сварка осуществляется на участках 14,

5 где металл полос плотно соприкасается, а участки 15, где имеется неравномерный зазор 16 остается вне зоны сварки. Поэтому качество сварного соединения повышается. В связи с тем, что расстояние t между свар- точками остается неизменным, прочностные свойства теплообменника не изменяются.

Способ может быть реализован как с применением метода штамповки в прессах, так и метода формовки в валках, при наличии машин для роликовой и точечной контактной сварки.

Так, например, в соответствии со способом проведены эксперименты при изготовлении панельных отопительных радиаторов РСВ-1 с рабочим давлением 0,6 МПа. На полосах 1 шириной мм и толщиной 1,5 мм из стали 08 кп, на которых в валках диаметром 320 мм отформованы трапециевидные продольные каналы 2 (шириной 38 м), глубина 8,5 мм) и поперечные каналы 3 (ширина 29 мм, глубина мм, длина В-| 462мм,расстояние между ними мм). Полосы поперечно изогнули по дуге до пол- учения остаточного прогиба ,025x ,5 мм (коэффициент 0,025 принят в связи с тем, что ). Затем их совместили до соприкосновения выпуклых центральных участков, выпрямили, приложив усилие сжатия к продольным каналам 2, и сварили шовной сваркой 5, после этого соединили сварными точками 6 диаметром 9,5 мм межканальные промежутки 7. При этом сварные точки 6 расположили на участках

14,примыкающих непосредственно к поперечным каналам 3 по ходу движения полос.

По вырезанным через середину сварных точек 6 темплетам установлено следующее. В поперечном направлении (вдоль поперечных каналов) обе полосы плотно соприкасались друг с другом по всей ширине. Качество сварки удовлетворительное. В продольном направлении (разрез А-А) на участках 14 межканальных промежутков 7, примыкающих непосредственно к поперечным каналам 3 по ходу движения полос, имело место плотное соприкосновение металла и качественная сварка. На участках

15,примыкающих к каналам 3 против хода движения полос, наблюдался зазор до 0,8 мм.

Однако визуально определить качество сварного соединения очень сложно, поэтому его оценивали также путем гидроиспытаний на специальном стенде, доводя до разрушения (разгерметизации) испытываемые радиаторы и фиксируя при этом внутреннее давление. Его величина, а также вид разрушения сварного соединения при различной величине прогиба отформованных полос представлен в таблице.

Как видно изтаблицы,при величине прогиба, равном 0,01 Bi (ниже нижнего граничного параметра),величина пружинения составляет 89% от величины прогиба, т. е.

пластические деформации минимальны. Однако эта величина пружинения составляет чуть больше половины (58%) наибольшей величины пружинения (7,2 мм), т. е. усилие

прижима полос при этом также почти в два раза меньше. Кроме того, испытания на предельное разрушающее давление показало его наименьшую величину (1,9) и произошло оно по сварной точке.

0 При значении прогиба, равного 0,030 Bi (выше верхнего граничного параметра) величина упругих деформаций (пружинения), хотя и достаточно большая (6,7 мм) и обеспечивает надежный прижим полос, и испы5 тания на внутреннее давление дают положительный результат, однако качество ухудшается - имеет место увеличение длины средней части панели на 0,8 мм. При величинах прогиба, равных 0,015-0,025 дли0 на поперечных гофров получаем положительные результаты испытаний.

Способ позволяет повысить качество и увеличи ь на 0,3% выход годного при изготовлении панельных теплообменников;

5 уменьшить до 10% расход электроэнергии на точечную сварку; уменьшить на 10-15% расход электродов на многоточечных сварочных машинах; уменьшить на 15-20% время остановок технологического процес0 са на заточку и замену электродов для точечной сварки.

Использование предлагаемого изобретения не окажет дополнительного отрицательного воздействия на окружающую

5 среду.

Формула изобретения

чем в два раза, сварные точки на участках межканальных промежутков смещают от

оси симметрии этих промежутков по ходу перемещения полос при сварке.

Фиг.

ел ел

-bCo

- Ск|

k d (i

c

OsJ

$J

N

Уаправление

движения лом ос ФигЛ

ФЖЗ

A-A