国外内螺纹管焊接技术的发展

国外内螺纹管焊接技术的发展

内螺旋管连接方案的提出，考虑到通风部和制冷行业使用空调的限制，提高了空调器热交换器的性能和降低成本。同时，内螺旋管的生产成本降低，生产效率提高，产品范围扩大，充分体现了我国制冷食用行业对既有装置和制冷管的要求。以及多品种、高效化、标准化的要求。1国外现状1.1内螺纹焊接钢管传统上,空调器的热交换器(蒸发器和冷凝器)中的热交换元件之一——铜管,使用的是内壁有单向旋转螺纹的内螺纹管,热交换效率较低。为提高热交换效率、适应R22替代制冷剂的使用,国外开发了内壁有交叉螺纹及人字形螺纹的内螺纹焊接铜管,见图1。此种管件热交换面积增大且紊流作用增强,因而具有较高的热传导系数。研究证明:内壁有交叉螺纹的单管热传导系数比传统单旋螺纹管至少高30%。由于上述特点,在国外内螺纹焊接铜管已逐渐成为高、中档空调热交换器的主流管件。(1)空调器清洗传统工艺是使用浮动芯轴在光滑铜管内壁旋拉螺纹以形成内螺纹管,但该工艺存在以下缺点:①高速旋拉过程中必须使用润滑油,其残留量可能导致空调器使用不稳定及影响钎焊质量,因此必须使用制冷剂、氯仿或氮气进行清洗,这将导致污染和增加成本。②由于工艺的限制,螺纹结构及齿形单一,影响了热交换效率的进一步提高,难以满足空调器小型化、低成本、高效率的要求。特别地,由于多元非共沸混合制冷剂(如R407C)的使用,其还可能出现制冷剂成分分层现象,进一步影响热交换效率。③生产效率较低(v<60m/min),缺陷较多。(2)新型旋拉单旋螺纹管热交换器目前国外先进技术是使用带材辊轧螺纹、成型、焊接而形成内螺纹盘管,制管原理及生产线构成与传统的高频焊管相似,不同之处是在储料活套与成型机之间设置了两组在线压纹装置(也可以离线设置),以得到各种不同螺纹结构的内螺纹焊管,和传统工艺相比,有以下优点:①螺纹轧制、管材成型、焊接及定径采用无油加工,内面清洁度极高(可达到0.0033g/m2),可实现真正意义上的免清洗,减少了环境污染,降低了生产成本。②螺纹结构及齿形多样化。使用不同的螺纹辊及轧制工序,可轧制交叉螺纹、人字形螺纹。实验表明:人字形内螺纹焊管的热传导系数比普通旋拉单旋螺纹管至少高40%,完全可以满足各种热交换器小型化、低成本、高效率的要求。特别地,对于非共沸混合制冷剂的使用,由于其可变的螺纹方向及高而薄的齿形作用,不仅可以消除制冷剂成分分层现象,还可提高热交换效率。③生产效率较高(v≥120m/min)且正常条件下成品率高达95%以上,目前国外已达到100×104m无缺陷的水平。1.2空调器的效率研究结果证实:目前国内外公认的R22的替代制冷剂,如R407C其热传导系数比R22至少低40%,热交换器总成无论是在冷却和加热模式下,性能均比R22低5%～10%,因此在更换制冷剂后,如何提高空调器的热效率就成为一个重要的课题,在目前的解决方案中,一个重要内容是管内的传热强化,其中高效、节能的内螺纹管开发应用是一个关键的技术。在这方面,国外许多公司进行了大量的研究,开发了各种结构的焊接内螺纹管,获得了许多有价值的数据,比较有代表性的螺纹结构见图2、图3。上述焊接内螺纹管与传统的单旋内螺纹管相比,显示了很高的热传导系数,见图4、图5。从图4、图5还可以看到:对我国目前空调器使用量最大的R22而言,人字形焊接内螺纹管也表现出了比单旋内螺纹管高得多的热传导系数,考虑到我国目前及未来家用空调器的产量,其节能效益是显而易见的。1.3世界空调器生产线运行情况鉴于焊接内螺纹管的上述技术特点,许多国家都开展了此项研究工作,并取得了许多成果。据不完全统计,从1997年至今,全世界已有二十条以上的生产线在运行,见表1,生产能力达8×104t/年以上,所生产的内螺纹焊管已为国外许多空调器厂家采用,见表2。国外一些主要制造商,如奥托坤普铜业(马来西亚)公司、日本三菱、神户、谷河、韩国丰山等,已与国内一些大的空调器公司接触,拟将内螺纹铜管焊接技术引入中国。1.4在产品制造方面,国外研究是符合主要特点未来焊接内螺纹管的发展方向:(1)现行制冷剂R22对应的高性能内螺纹管开发,见表3。(2)替代制冷剂R407C对应的高效内螺纹管开发除上述人字形焊接内螺纹管进一步优化以满足性能的要求外,另外的高效内螺纹管是交叉内螺纹管,性能也是令人满意的,见图6。由图6可见,交叉内螺纹管的热传导系数明显优于单旋内螺纹管,节能效果是显而易见的。(3)加工油残留问题残油将会影响两器接头的钎焊质量及空调器性能,如何减少管内残油以达到低于0.3mg/m(相当于0.012g/m2)的水平,提高产品质量,也是一个重要的研究方向。在这个问题上,无油加工的焊接内螺纹管有着无可比拟的优势。(4)内螺纹管加工方法的研究传统的单旋内螺纹管是采用游动芯轴在光滑管内壁旋转而形成内螺纹管,由于工艺限制,螺纹结构及齿形单一,对于人字形、交叉形的高效节能内螺纹管,传统的盘拉工艺是难以实现的。为满足空调器小型化、低成本、高效率的要求,加大焊接内螺纹管加工方法的研究,进一步提高内螺纹管的性能、节能降耗,同时,降低内螺纹管的生产成本、提高生产效率、扩大产品品种是非常必要的。从上述情况来看,国外的工作非常细致,大多研究成果已应用于焊接内螺纹管及空调器的实际生产,并产生了良好的经济及社会效益。而目前我国的内螺纹管生产现状却比较落后。2江苏嘉铜业有限公司由于节能、环保法规及技术水平的滞后,国内空调蒸发器及冷凝器用核心热交换元件——内螺纹管的大规模使用也不过五、六年,且均为旋拉单旋内螺纹管,高技术水平的焊接内螺纹管则刚刚起步,有数家企业有意上马此项目,但目前仅有江苏中嘉铜业有限公司引进技术建设了一条