[发明专利]管端接头上的搅拌摩擦焊工艺及由此制造的产品

说明书

一种制造管壳式热交换器的工艺，其中在对所施加的FSW力发生作用的同时将管端固定至管板，而在靠近管端处没有引入裂缝或局部的变形。特别地，使用过盈配合将管端锁定至管板中而管端没有扩口或膨胀。然后使用FSW工艺将管端焊接至管板。

技术领域

本公开的内容涉及热交换器上的搅拌摩擦焊，例如管壳式热交换器。

背景技术

已经研发管壳式搅拌摩擦焊(FSW)的热交换器用于海洋级别的应用，例如海洋热能转换、热海水淡化工艺和其它相对低温的工艺。此外，FSW工艺正被用于在高温高压下运行的其它热交换器中。在例如用于管壳式热交换器的FSW工艺中，使用固态焊接或搅拌工艺，其中管壁的端部被“搅拌”进入到周围的管板材料中，而没有引入不同的金属并且对金属晶粒结构没有不利影响。

在热交换器中，在管束的任一端上以类似于传统管壳式热交换器设计的方式将管插入至管板中。在FSW工艺之前，使管端正常扩口。管端的此扩口或膨胀使得管保持到位并对在FSW工艺期间所施加的力起作用。

FSW工艺消除了机械轧制的管端和周围的管板材料之间通常存在的裂缝。裂缝的消除对于在腐蚀性海水中获得能够具有较长寿命的热交换器是令人期望的。然而，管端的扩口或膨胀过程有时会引入不期望的裂缝或局部形变区，这会成为对于裂缝腐蚀而言优选的位置，特别是在海水环境中。

发明内容

此说明书描述了一种生产管式热交换器的工艺，其中在对所施加的FSW力发生作用时，管端固定至管板，而在靠近管端处没有引入裂缝或局部形变。特别地，使用过盈配合将管端锁定至管板中，而管端没有扩口或膨胀。然后使用FSW工艺将管端焊接至管板。

管和管板能够使用管壳式热交换器组件中所通常使用的任何金属制成，包括但不限于：铝、碳钢、不锈钢、钛、铜或其它的金属及其合金。

能够以避免使管端扩口或膨胀的任何合适的方式实现过盈配合。在一个实施例中，管端表面或管板表面的局部形变和邻近表面之间的毛边能够提供足够的保持力，以防止已安装的管端在FSW工艺过程中所发生的大的轴向应用载荷的作用下被移动。

局部形变的一个示例是在管端处的管的滚花外表面。实现过盈配合的其它示例包括但不限于：使用具有例如波纹和小翅片设计的外部特征的管，或具有外部凸起特征部的管，该外部凸起特征部在安装过程中发生变形以在过盈配合中有效地将管端锁定到位。

在一个实施例中，将管连接至管板的过程包括以管端和管板之间过盈配合将管端插入到管板的孔内，将管端锁定到管板中而管端邻近管板处没有扩口或膨胀。然后管端搅拌摩擦焊(FSW)至管板。

在另一个实施例中，热交换器包括具有多个孔、内侧和外侧的第一管板。多个管具有设置在第一管板中相对应的一个孔内的第一端，每个第一端和第一管板之间为过盈配合，且每个管的第一端没有扩口或膨胀。在第一管板的外侧处每个管的第一端搅拌摩擦焊至第一管板。

附图说明

图1是传统的OTEC发电系统的布局的示意图，在其中所描述的热交换器能够被使用在一个实施例中。

图2是根据此文中所描述的一个实施例的管壳式热交换器的截面图。

图3A是图2中热交换器的管板之一的端视图。

图3B是图3A中A-A区域的特写图。

图4示出了根据一个示例性实施例的管中之一。

图5示出了用于产生过盈配合的一个示例性实施例的管端。

图6示出了用于产生过盈配合的另一个示例性实施例的管端。

图7是显示在FSW之前管中之一与管板之间的接头细节的截面图。

图8示出了用于产生过盈配合的另一个示例性实施例。