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狀凹坑蜂窩，在蜂窩底部圓孔處將夾套與筒體焊接起來。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，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焊接。襯胎一直到封頭與筒體組對焊接完工后拆去。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。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，具體過程見下面示意圖。
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就制成一臺蜂窩夾套設(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程中可見，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)不開孔。從力學(xué)角度定性分析，板結(jié)構(gòu)的開孔往往是應(yīng)力集中的地方，對整個(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14米、寬2米的蜂窩板，工作效率高。相比下，壓制成型圓臺狀凹坑蜂窩，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，整個(gè)夾套有上萬個(gè)蜂窩孔，這樣的焊接工作非常繁瑣，對于其焊接質(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。另外通過專業(yè)自動(dòng)編程軟件控制，可以方便地更換焊接圖樣，以滿足不同冷媒、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: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)用越來越廣泛和激光焊接設(shè)備成本降低，國內(nèi)廠家開始采用激光焊接制造生產(chǎn)蜂窩夾套?！?/p>
