TW200821073A - Process for the manufacture of a heat exchanger - Google Patents

Description

200821073 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於製造熱交換器之方法，其包括專 利請求項1之特徵。 【先前技術】 Ο 許多年來，空氣冷卻式熱交換器已被用於再冷卻蒸汽， 特別在發電薇技術中。此等熱交換器包括熱交換器束列， 其係以A形方式來安置，從而冷凝導管内部之蒸汽。至環 境空氣之熱轉移作用可藉由連接至導管之肋狀物而得以改 良。為了盡可能確保數十年之運作壽命，抗腐姓性對於此 等空氣冷卻式熱交換器而言是必要的。由於此原因，曾作 出許多努力來以抗腐#方式設計熱交換器之熱交換器導 管。自美國專利說明書5,042,574，已知可例如藉由使用銘 石夕焊料而在回火爐中將鑛銘平坦導管連接至以波狀方式而 摺疊之銘肋狀物腹板。此類型之連接法的缺陷為：谭接連 接僅可藉由採取鍍財坦導管之迁迴方式及/或藉由經覆 鑛之銘肋狀物而達成。除了由於需準備多種不同材料而招 致相對較高之費用以外’其另外所涉及的缺點為··在周邊 上由至少一縱向炼接縫所封閉之平坦導管在溶接區中可能 不被鑛銘，因為否則其不可能確保適當熔接。包含摺疊式 銘肋狀物腹板之平坦鋼導管的硬焊所呈現的問題為：焊接 必須在約崎之量值級(亦即，接近於銘的軟化溫度)之相 對^的溫度下執行。所需焊料通常由在稍低於銘之軟化 點時熔融之鋁矽共熔混合物谌 構成。在焊料熔融之前必須移 122267.doc 200821073 除連接表面之氧化層、但同樣地在接近於軟化溫度時液化 之助熔劑的選擇是困難的。因此，在焊接期間維持正確溫 度通常僅可根據經驗來判定。 因為鋁與鋼之溫度膨脹係數不同，所以可能會因為高焊 接溫度且因為後續冷卻至環境溫度而產生顯著之材料應 力，使得互連部分可能變形，在此情況下，若因為鋁層在 硬焊期間熔融而未適當地施加鋁鍍物或因為在鋼導管與鋁 鍍物之間形成中間鐵鋁層，則焊接連接甚至可能破裂。 因此，EP 1 250 208 B1中提議藉由使用辞鋁合金及藉由 使用以铯鋁四氟化物形式之特殊助熔劑來將焊接溫度自迄 今的大約600°C降低至介於37〇°c與47〇〇c之間的溫度範 圍。因為溫度較低，材料應力同樣地較不顯著。然而，在 處理助熔劑時，由於重金屬含量而需要採取特定保護性措 施，以便防止環境污染。 【發明内容】 依照此基礎，本發明之目的為提供一種用於製造熱交換 器之方法，其中將鋁或鋁合金之肋狀物配合於由鋼片製成 之具有能夠被焊接之外部防蝕層的熱交換器導管上，其中 可免用含重金屬之助熔劑，但仍能同時確保在防蝕層與鋼 導管之間不形成不合人意的鐵鋁中間金屬連接或此連接之 中間相，以便即使在更高之焊接溫度下仍能確保肋狀物與 熱交換器導管之間的穩固連接。 藉由具有專利請求項1及4之特徵之方法來實現此目的。 本發明之概念之有利的其他開發形成附屬請求項之主 122267.doc 200821073 題。 根據本發明之方法提供··藉由熔融浸潰來提選用於熱交 換器導管之製造的鋼片。熔融浸潰提選方法導致在所提選 產物上沈積防蝕層，以便保護基板以免受腐蝕侵蝕。

以往’在連績爐中清潔、再結晶或加熱熔融浸潰提選中 所採用之平坦產物，且在熔融金屬浴槽中發生實際熔融浸 潰提選之前將其冷卻至熔融金屬之溫度。當穿過浴槽時， 基板之兩側皆被塗覆有防蝕層。 然而，僅在熱交換器導管之外部上需要保護以免受腐 姓以往已知將包括具有封閉導管端之肋狀物的整個熱交 換為導官浸潰於熔融金屬中，以便為包括肋狀物之整個熱 父換斋導官提供防#層。然而，由於肋狀物之表面更大於 熱交換器導管之表面，&需要很大量之熔融金屬，從而增 加了顧及用於發電廠中水蒸氣之冷凝之熱交換器之尺寸的 成本熱乂換态導管之長度通常介於6與匕公尺之間，此 卜「而要相對較大之炼融浸潰裝置。此外，由於在後續 溶融浸潰中採用；t；、、w , ▲ 用呵/皿，在組件中會產生應力，從而導致其 變形。 相反地’根據本發明之方法則係：在熔融浸潰方法中預 ::二:方蝕層且將其自鋼片之一側移除(特別是以機械方 式移除）。以此方彳而# ΰ制# ^ 工成為無防蝕層之側隨後形成由此鋼 片1成之熱交換器導瞢 交換器導管之外部上 冑。因此，防㈣僅存在於熱 造方法弓丨起用於外部塗覆熱交換器導管之此製 上有效之結果且因此為極合乎經濟 122267.doc 200821073 的，即使吾人考慮到需要提供用於移除防蝕層之機器設備 的事實亦如此。 根據本發明之方法尤其適於用於在發電廠中冷凝蒸汽之 熱父換器之製造，因為用於給水之水化學性方面通常要求 在與蒸汽接觸之各表面上不能有非鐵金屬，諸如鋁或銅。 此外，在冷凝方法中形成磁鐵層，其保護熱交換器導管以 • 在内部上免受腐蝕，故在内部不需要額外保護以免受腐 敍。 本發明之一重要優點在於：在外部將使用防蝕層，其至 少含有鋅及介於0.5%與60%之間（較佳為4%與55%之間）的 銘。辞的存在可防止或減少形不合人意之金屬Μ中間鐵銘 層或鐵鋁連接之中間相（其在後續硬焊期間可能會導致以 ㈣用純鋼㈣的麟）。纟於不再需要以與迄今相同 之方式來考慮不合人意的金屬間中間鐵鋁層，故製造方法 同樣明顯地簡化，因為關於用於硬焊連接之溫度及時框的 C,/ #數範®1可經選擇為Α於以往詩結合難鋼導管之硬焊 連接之情況的參數範圍。 另外的優點為：可免除含鉋助熔劑。實際上，可與含有 銘及石夕之焊接材料一起使用基於鉀銘四氣化物之助溶劑。 根據本發明之方法的第一修改為··至少在某些區域中， 肋狀，上錢有焊接材料。詳言之，在形成波狀肋狀物腹板 之^刀之肋狀物的情況下，肋狀物之兩側皆鍍有焊接 劑’以便將此等肋狀物腹板在其面對熱交換器導管之表面 的各自側上連接至上述肋狀物。焊接至肋狀物之作業在此 122267.doc 200821073 情況下乃於波狀肋狀物腹板之弓狀區域中執行。經電鑛之 焊接材料在焊接程序期間熔融且流入待連接之組件之間的 各別焊接間隙中。 另替代實施例為··肋狀物未經塗鏟的，亦即，未被塗 覆有知接齊j，焊接材料經獨立地引入至肋狀物與熱交換器 導管之間的焊接間隙中。此程序所提供之優點為··對於肋 . 狀物，可使用更有利之起始材料。即使將焊接材料獨立地 € 引入至焊接間隙中，可靠的焊接仍是可能的。 在。亥之第二修改中，有可能省略肋狀物之焊接材料 及知料塗層之供應’然而，在此情況下，防蝕層係由含有 鋅及介於0.5%與60〇/〇之間的銘以及石夕之合金形《，且在此 情況下，焊接材料係由防蝕層本身形成。亦在此程序之情 ^下，鋼片未鍍有鋁層，但被提供有在熔融浸潰方法中所 把加之防蝕層’其同時構成焊接材料。當然，有可能的 是，亦在此修改之情況下，將焊接材料獨立地添加至連接 〇 區。不έ而喻，亦有可能對肋狀物進行焊料塗覆。最終， 可組合所有三個實施例，其中熱交換器導管上之防蝕層同 時形成用於焊接方法之必要焊接材料的該實施例為對於方 法技術及經濟原因之最有吸引力的解決方案。 無論採用哪一修改，若藉由自含有55%之鋁、43.4%之 鋅及1.6/。之矽之浴槽的熔融浸潰提選來製造防蝕層，則認 為該修改為有利的。在根據本發明之方法中，認為防餘層 中60%之銘的上限為理想的。原則上，然而，亦有可能： 此方法中使用具有顯著較低之鋁含量的防蝕層。詳言之， 122267.doc -11- 200821073 結含量可低於5G%。在另—實施例中，可_由自包含作之 層夕及u里稀土之鋅浴槽的熔融浸潰提選來製造防蝕 當焊接料’藉由所使用之㈣劑來扮演另-決定性角 . &:為了焊接之目的，必須藉由移除曾經存在之氧化層來 a:待、、、α合之區域之表面清潔至清潔金屬狀態，且其必須在 ' 帛接期間藉由使用助熔劑來進-步被保護以免受更新氧化 () ^ 展不.由鉀鋁氟化物（KA1F4)組成之助熔劑已 «，尤其有效的。t羊言之，應在受控氣氛（cab)中（特別 疋在氮氣氛中）執行該方法。 :慮到在根據本發明之方法中以機械方式移除防餘層中 之一者的事實，可能有利的是以變化之厚度將防钮層施加 至鋼片，且將二防蝕層中之較薄者予以移除。以此方式， 咸夕了比鋼更為貴重之塗層材料之損耗以及用於移除防钱 層之努力。 〇 移除防蝕層時較佳以機械方式(特別是藉由金屬移除處 理法）來執行。此可藉由旋轉毛刷來完成，因為毛刷之幾 何形狀同時允許對表面之精細處理。原則上，熔融浸潰方 '中所施加之防蝕層具有較小厚度，使得旋轉毛刷工具較 4 I於以、、二A之方式來特定地移除此等較小厚度。對於更 大之層厚度，當然，亦有可能安裝削削或刮削工具以先於 毛刷處理，以便執行腹板材料之粗略處理。測試已展示： 車{也衣備有金剛石之毛刷頭部會引起有利之處理結 果。 122267.doc -12- 200821073 一此等毛刷頭部可以使得其擁有較長使用壽命且同時展現 南移除效率之方式被組態。 I言而力，本發明之概念不排除在藉由旋轉毛刷之機械 夕牙、之後為其他精細處理步驟(若此變為必要的）。可想 到’在毛刷處理之後，I面經受研磨處理，在此情況下， 較沒有極精細之處理，亦有可能單獨藉由毛刷處理來實 現每-研磨頭部處理具有24()至1GGG微米之晶粒大小的表 面0

本發明在下文藉由圖式中所說明之工作實例而得以更詳 細地闡述。 【實施方式】 在圖1至圖3中，藉由丨來表示以用於蒸汽渦輪機之空氣 冷卻式冷凝設備之形式的用於熱交換器（未詳細圖示）之由 碳鋼組成之熱交換器導管2的壁。熱交換器導管2具有介於 6與12公尺之間的長度。根據圖1之實施例，熱交換器導管 2被提供有含有鋅（Zn)及鋁（A1)之防蝕層3。在熔融浸潰方 法中’將防蝕層3施加至壁1之外表面4。 圖1進一步展示：波狀肋狀物腹板5固定於熱交換器導管 2之所說明壁1上的適當位置中。肋狀物腹板5係由弓狀截 面7 —體式地互連之彼此平行地定向的複數個肋狀物2構 成。肋狀物腹板5係由鋁製成。其在兩側上藉由在焊接方 法期間炼融之含有鋁及矽的焊接材料8而被覆鍍。焊接材 料8含有介於7.5q/q與12%之間的矽。在受控爐氣氛中，將 KAIF4(鉀銘四氟化物）作為助熔劑而添加至焊接方法。在 122267.doc 13 200821073 焊接期間’焊接材料8置換助熔劑（未詳細圖示），且引起防 餘層3與肋狀物腹板5之弓狀截面7之間的連接。在焊接方 法中，在待互連之組件之介面中之極窄區内的原子之間發 生擴政又換。由於防蝕層3較佳含有55%之鋁、之辞 及1.6/〇之矽，故鋅的存在會引起鋼熱交換器導管2與防蝕 層3之間的穩固結合，然而，至少沒有顯著地形成會導致 削弱之強度的中間鐵鋁層。 根據圖2之實施例與圖1之實施例之不同之處在於：焊接 材料8未被鍍於肋狀物6上，但被獨立地引入至焊接間隙 中，且當然，藉由使用鉀鋁氟化物之助熔劑而被引入至後 者中。 在第三實施例中，如圖3中所說明，如圖1中所說明之以 經覆鍍之肋狀物之形式的焊接添加劑已被免除。同樣地在 彼處未添加如圖2所示之獨立焊接材料。而是，防蝕層3由 自55°/〇之銘、43.4%之鋅及1.6%之矽所生產之合金組成， 其藉由熔融浸潰提選而被施加至熱交換器導管2且在焊接 期間藉由使用KAIF4來繼續熔融以用作助熔劑，使得防餘 層3 —方面在肋狀物6之間直接接觸，且另一方面接觸熱交 換器導管2。防蝕層3中之鋅及鋁含量允許在由鋁製成之肋 狀物6與由鋼材料製成之熱交換器導管2之間均建立結合。 【圖式簡單說明】 圖1為穿過包含周邊肋狀物之熱轉移構件之導管之壁的 縱向截面； 圖2為圖1之根據另一實施例的說明；及 122267.doc -14- 200821073 圖3為圖1之在第三實施例中的說明。 【主要元件符號說明】 1 壁 2 熱交換器導管 3 防蝕層 4 1之表面 5 肋狀物腹板 6 肋狀物 7 9之弓狀截面 8 焊接材料 122267.doc - 15-

Claims (1)

1. 200821073 十、申請專利範圍： -種用於製造_熱交換器之方法，其包含以下步驟： )十鋼片進行熔融浸潰提選，以便形成一防蝕層（3)， 防蝕層（3)含有鋅及介於0.5%與60%之間的鋁； )將"亥防蝕層（3)自該鋼片之一側移除； )匕鋼片製造一熱交換器導管（2)，該防蝕層（3)被提 供於外部上； d)提供由鋁5戈一鋁合金製成之肋狀物⑷； 幻提供一助熔劑； f) 在该等肋狀物（6)與該熱交換器導管（2)之該外部之間 的連接區域中提供一含有鋁及矽之焊接材料（8); g) 疒硬丈干方法中將該熱交換器導管（2)連接至該等肋狀 物（6) 〇

   月长項1之方法，其特徵在於：肋狀物（6)至少在某些 區域中鍍有該焊接材料（8)。 如：求項1之方法，其特徵在於：未經覆鍍之肋狀物（6) 藉由將4焊接材料（8)引入至該等肋狀物（6)與該熱交 、的V g (2)之間的焊接間隙中而焊接至該熱交換器導管 (2)。 種用於製造一熱交換器之方法，其包括以下步驟： )對鋼片進行熔融浸潰提選，以便形成一防蝕層（3)， °亥防餘層（3)含有辞、介於〇·5%與60%之間的鋁以及 矽； b)將该防蝕層（3)自該鋼片之一侧移除； 122267.doc 200821073 C)由此鋼片製造一熱交換器導管（2)，該防蝕層（3)被提 供於外部上； d) 提供由鋁或-鋁合金製成之肋狀物(6); e) 提供一助熔劑； )二/防蝕層（3)之形式而在該等肋狀物與該熱交換器導 吕之。亥外部之間的連接區域中提供一含有鋁及鋅之焊 接材料；

   g)在—硬焊方法中將該熱交換器導管（2)連接至該等肋狀 物（6) 〇 5 ·如請求項1至4中任一頂 員之方法，其特徵在於：該防蝕層 (3)乃藉由自一含 、v、 有5/°之鋁、43.4%之鋅及ΐ·6%之矽之 /合槽的熔融浸潰提選而產生。 6.如請求項1之方法，直转矜 一八，、特欲在於··該防蝕層（3)乃藉由自 s有5%之鋁、矽及與 而產 '稀土之辞浴槽的熔融浸潰提選

   8. 9. 如請求項1至4及6中任一項之方〜 熔劑為-種鉀鋁四氟化物化合物 如請求項1至4及6中任一項之方; 防蝕層（3)以各種厚度被施加至該^ 之較薄者被移除。 如請求項1至4及6中任一項之方> 餘層（3)之移除似機械彳/ 其特徵在於··該助 其特徵在於：該等 ’且該等防蝕層中 其特徵在於：該防 122267.doc