激光焊板式换热器板片焊接与传热性能研究

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1、工程硕士学位论文激光焊板式换热器板片焊接与传热性能研究作者姓名黄欣工程领域化学工程校内指导教师高学农教授校外指导教师何光文高级工程师所在学院化学与化工学院论文提交日期2018年3月TheanalysisofplateweldedandheattransfercharacteristicsinlaserweldedplateheatexchangerADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：HuangXinSupervisor：Prof.GaoXuenongSNENGR.HeGuangwenSout

2、hChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TK172学校代号：10561学号：201420205192华南理工大学硕士学位论文激光焊板式换热器板片焊接与传热性能研究作者姓名：黄欣指导教师姓名、职称：高学农教授何光文高级工程师申请学位级别：工学硕士学科专业名称：化学工程研究方向：传热与节能论文提交日期：2018年3月日论文答辩日期：2018年03月25日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：张正国委员：徐涛、袁文辉、方玉堂、高学农摘要换热器在石油、化工、冶炼等领域中有着不可缺少的

3、地位。为了扩大换热器的应用范围，提高工业生产效率和经济效益，需要开发出适合不同条件的高效换热器。焊接板式换热器具有管壳式换热器安全可靠、承压性能好的优点，同时还兼备可拆板式换热器高效率的长处。但焊接型板式换热器的单元板片较薄，通道也比较复杂，如何同时保证焊接工艺及传热效率，一直是行业内的两大研究难题。本文首先建立了激光焊接板片加工的仿真模型，对焊接过程进行了数值分析，着重探讨了焊接时间、焊接功率、光斑直径、焊接路径以及外界环境温度对焊接温度的影响规律。结果表明：在焊接开始时，焊接温度较低，只有1400K左右，未达到不锈钢304的熔点，容易造成虚焊现象，但激光

4、焊接的加热速度非常快，必须控制加热时间，避免烧穿工件；焊接速度越快，焊缝熔池中心位置的温度就越低，容易未焊透，相反则容易过烧焊穿，在3000W焊接功率时，选择5mm/s的速度是比较合适的；焊接功率的改变对温度场影响非常大，过大的焊接功率就容易焊穿，对于叠加厚度1.6mm的工件，选用2500~3000W较适宜；外界环境对焊接的影响基本可以不考虑；不同的光斑半径会对焊接热影响区大小有影响，光斑半径越小，能力越集中，能量利用率就高；焊接时圆形轨迹的形状比点焊性能更好。基于金相实验和承压实验分析了激光焊缝接头微观组织特点和力学性能。研究表明：焊点焊后冷却速度越快，焊

5、缝组织呈现枝晶倾向的胞状奥氏体；在全满焊的情况下，板片单元承压能力达到3.0MPa。建立了板片对流传热模型，分析了板片波纹高度、夹角、间距等参数对板片单元传热特性的影响规律。波纹高度的改变，会影响板片间的距离，高度越大，扰动程度越厉害，传热性能越好，但阻力会增大，高度为4mm时，较为合适；波纹的夹角和波纹间距直接影响触点的数量，夹角越小，触点数量越多，波纹间距越大，触点数量越少。最后通过对焊接型板式换热器的传热性能测试，得到传热系数、压力降随流速的变化关系曲线，为该换热器的实际工程设计，提供了参考。关键字：激光焊接；板片单元结构；焊接热源；实验分析；数值模拟

6、；传热特性IABSTRACTHeatexchangerinpetroleum,chemical,smelting,andotherfieldshaveindispensablestatus.Inordertoenlargetheapplicationrangeofheatexchanger,improvetheefficiencyofindustrialproductionandeconomicbenefit,needtodevelopsuitablefordifferentconditionsofefficientheatexchanger.Weldedp

7、lateheatexchangerwithsafeandreliable,pressurepipeheatexchangerperformanceadvantages,atthesametimewitharemovableplateheatexchangerefficiencyadvantages.Butwiththinplatetypeweldedplateheatexchangerunits,channelismorecomplicated,howtoguaranteetheweldingprocessandtheheattransferefficien

8、cy,atthesametimehasbeenthe