20世紀(jì)90年底初期，出現(xiàn)了一種新型、高效傳熱夾套——蜂窩夾套，以其優(yōu)異的傳熱性能和力學(xué)構(gòu)造性能得到了一致的認(rèn)可，并迅速在化妝品、食品、制藥、石油化工、造紙等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。下文從蜂窩夾套的結(jié)構(gòu)形式、不同焊接方式下制造工藝流程和優(yōu)缺點(diǎn)方面給予簡(jiǎn)單的分析。
1. 蜂窩夾套換熱板結(jié)構(gòu)概述
在罐體外側(cè)，以焊接連接或者法蘭連接的方法裝設(shè)各種形狀的鋼結(jié)構(gòu)，使其與筒體的外表面形成密閉的空間，在此空間內(nèi)通入換熱介質(zhì)，加熱或冷卻物料，維持物料的溫度在預(yù)定的范圍內(nèi)，這種鋼結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱(chēng)為夾套。蜂窩夾套是在整體夾套的基礎(chǔ)上，采取某種加強(qiáng)措施用以加強(qiáng)罐體的外壓穩(wěn)定性，達(dá)到既節(jié)省材料又能提高夾套與內(nèi)筒體承壓能力的目的。
目前國(guó)內(nèi)常用的蜂窩夾套形式有：模壓式和激光焊式。模壓式，即將夾套板壓制成圓臺(tái)狀凹坑蜂窩，在蜂窩底部圓孔處將夾套與筒體焊接起來(lái)。蜂窩夾套的焊接點(diǎn)在筒體上可按正三角形布置或按正方形布置，在封頭上按同心圓布置。激光焊蜂窩夾套是將夾套薄平板和筒體厚平板緊密貼合，用高能的激光束沿正三角形布置或正方形布置的點(diǎn)焊接，經(jīng)卷壓成筒體，再用壓力鼓脹成蜂窩狀的夾套。
2. 模壓式蜂窩夾套換熱板制造工藝
蜂窩夾套板是在不銹鋼板上采用專(zhuān)用模具壓制而成，材料一般為不銹鋼。夾套的壁薄、直徑大、焊點(diǎn)多（最大的容器有1萬(wàn)多個(gè)蜂窩點(diǎn)）、焊接變形大，因此在成型、組隊(duì)、焊接制造過(guò)程中必須采用有效的防變形措施。蜂窩孔的焊接工藝采用GTAW焊，焊接順序可以采用每個(gè)孔沿一周逐步退焊的方法，焊完一個(gè)孔后跳到另一個(gè)處于低溫狀態(tài)的孔進(jìn)行焊接，即跳焊。焊接的接頭形式有兩種：塞焊和填角焊。
在焊接過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量，必須采用以下措施控制焊接變形：合適的焊接工藝、焊接順序、冷卻方法等控制焊接質(zhì)量和剛性固定及合適的組隊(duì)順序。為便于封頭的焊接，采取將夾套封頭與殼體封頭先組對(duì)，所有的塞焊孔焊接完成，夾套水壓實(shí)驗(yàn)合格后再與筒體組焊的方法。首先用外襯胎沿殼體封頭的直邊部分，將封頭襯圓，然后將成型好的夾套封頭與其組對(duì)焊接。襯胎一直到封頭與筒體組對(duì)焊接完工后拆去。在蜂窩塞焊時(shí)，這種剛性固定法有效地防止了焊接變形，控制了封頭的不圓度，保證了封頭與筒體的組對(duì)。由于襯胎的作用，也有效控制了封頭與筒體環(huán)焊縫焊接時(shí)產(chǎn)生的變形及錯(cuò)邊。筒體殼體成型后，在兩端從內(nèi)部用襯胎襯圓，以防止筒體不圓度的變化和焊接變形，直到所有蜂窩孔焊接完成后方可拆除。
對(duì)于大型的蜂窩夾套反應(yīng)器，采用分片式。夾套分片壓制完成后，可現(xiàn)場(chǎng)焊接組裝。
3. 激光焊式蜂窩夾套換熱板制造工藝
激光焊蜂窩夾套是激光焊接后再用壓力鼓脹成型的，具體過(guò)程見(jiàn)下面示意圖。
一般在焊接前把薄不銹鋼板和厚不銹鋼板表面擦干凈，兩板緊密貼合，用激光深熔焊接兩板的蜂窩圈。焊接完畢的蜂窩板如果用來(lái)作筒體則需卷成筒體，再用一定的壓力使薄板鼓起，這樣就有筒體和蜂窩夾套的組合件。如果用來(lái)作規(guī)則的封頭，例如錐形封頭，則需卷成椎體狀，再鼓脹。最后把鼓脹成型的各組件用焊接或者法蘭等方式連接起來(lái)就制成一臺(tái)蜂窩夾套設(shè)備。
4. 模壓式與激光焊式蜂窩夾套換熱板優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比
（1） 激光焊式蜂窩夾套強(qiáng)度高。從上述模壓式和激光焊式的制造工藝過(guò)程中可見(jiàn)，激光焊蜂窩夾套與模壓式蜂窩夾套相比，有一個(gè)很顯著的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：蜂窩點(diǎn)不開(kāi)孔。從力學(xué)角度定性分析，板結(jié)構(gòu)的開(kāi)孔往往是應(yīng)力集中的地方，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載能力有削弱作用，所以激光焊蜂窩夾套的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)比模壓式蜂窩夾套好。這也體現(xiàn)在同樣的設(shè)計(jì)條件下，激光焊蜂窩夾套厚度比模壓式蜂窩夾套厚度小。以用于發(fā)酵罐的蜂窩夾套為例，在分別以25%酒精水、水蒸氣、液氨為換熱介質(zhì)情況下的夾套經(jīng)驗(yàn)厚度值比較，見(jiàn)下表。
（2） 激光焊式蜂窩夾套換熱性好。蜂窩夾套由于蜂窩點(diǎn)的分布對(duì)流體有擾動(dòng)作用，具有傳熱系數(shù)大、換熱效果好。激光焊蜂窩夾套的通道高度h比模壓式的小，例如液氨介質(zhì)的蜂窩夾套，在1.3MPa設(shè)計(jì)壓力下激光焊式通道高度3~4mm，模壓式通道高度8mm。通道高度小，流體的流動(dòng)速度快，又由于蜂窩點(diǎn)對(duì)流體的擾動(dòng)作用，激光焊蜂窩夾套的換熱效果比模壓式的更好。
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（3）激光焊式蜂窩夾套效率高、質(zhì)量穩(wěn)定性高。相對(duì)已經(jīng)廣泛應(yīng)用的先壓制蜂窩夾套再焊接組合的制造工藝，激光焊式蜂窩夾套的制造工藝就簡(jiǎn)單方便多。大型的自動(dòng)化數(shù)控激光焊接機(jī)一次性就能焊接長(zhǎng)14米、寬2米的蜂窩板，工作效率高。相比下，壓制成型圓臺(tái)狀凹坑蜂窩，全部（或部分）蜂窩底部沖有圓孔，在圓孔處將夾套與筒體焊接起來(lái)，整個(gè)夾套有上萬(wàn)個(gè)蜂窩孔，這樣的焊接工作非常繁瑣，對(duì)于其焊接質(zhì)量控制也比較麻煩。由于激光具有方向性、能量集中，焊接變形小，焊縫表面光潔漂亮；并且焊接過(guò)程中由CNC數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)控制，加工精度高，大批量焊接質(zhì)量穩(wěn)定可靠，排除了人工焊接時(shí)的人為因素。另外通過(guò)專(zhuān)業(yè)自動(dòng)編程軟件控制，可以方便地更換焊接圖樣，以滿(mǎn)足不同冷媒、耐壓和換熱需要。
綜上所述，激光焊式蜂窩夾套換熱板比傳統(tǒng)的模壓式蜂窩夾套具有更多的優(yōu)勢(shì):強(qiáng)度高、換熱性好、效率高、穩(wěn)定性好等，隨著激光焊接的應(yīng)用越來(lái)越廣泛和激光焊接設(shè)備成本降低，國(guó)內(nèi)廠家開(kāi)始采用激光焊接制造生產(chǎn)蜂窩夾套?！?/p>
