一种紧凑高效换热器芯体及其焊接工装技术领域
本发明涉及一种可用于石化、航空航天、燃气轮机等领域的耐高温高压且高换热
性能的紧凑换热器芯体及其组装焊接一体化工装。
背景技术
紧凑高效换热器在石油化工、汽车制造等领域广泛使用。在特殊服役环境，如高温
气冷堆，换热器服役温度达到了约600℃，压力达到了约7MPa，还需要承受循环热应力，且具
有高换热性能、紧凑性，这些要求均限制了紧凑高效换热器在类似恶劣工况下的使用。板翅
式换热器由叠加钎焊而成，高温高压服役能力有限，而扩散焊的印刷电路板换热器表现出
来优异的耐高温高压特性，由此增加印刷电路板换热器的耐高温高压能力和提高传热系
数，有重要意义。
由于所设计的印刷电路板换热器由金属板叠加焊接而成，且其具有的微通道结构
对装配精度要求较高，同时在约1120℃的高温下进行扩散焊接，需要提供稳定的压力，以满
足焊接要求，这对焊接工装的设计提出了挑战。目前，类似的焊接工装还很少见。板翅式换
热器的钎焊工装一般采用弹簧或者螺栓预紧，但对不锈钢扩散焊的印刷电路板换热器，在
约1120℃焊接温度下，弹簧或者螺栓会因为应力松弛而释放，不能满足扩散焊的压力需求，
严重的会造成换热板错位，降低成品率。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提供一种紧凑高效换热器芯体，以及该换热器芯体的
焊接工装。
本发明所采用的技术解决方案是：
一种紧凑高效换热器芯体，包括上金属盖板、下金属盖板和若干个中间金属板，在
上金属盖板的底面、下金属盖板的顶面和中间金属板的顶底两面均纵向蚀刻第一半圆孔结
构，横向蚀刻第二半圆孔结构，上金属盖板、若干个中间金属板和下金属盖板上下依次叠
放；上下相邻中间金属板之间、最上方中间金属板与上金属盖板之间以及最下方中间金属
板与下金属盖板之间的第一半圆孔结构对应组合成第一圆孔，第二半圆孔结构对应组合成
第二圆孔。
优选的，所述第一半圆孔结构在上金属盖板的底面、下金属盖板的顶面和中间金
属板的顶底两面等间隔布设，相邻第一半圆孔结构之间形成分隔脊梁，所述第二半圆孔结
构在分隔脊梁上等间隔布设。
一种焊接工装，用于上述紧凑高效换热器芯体的组装焊接，其包括顶盖、底座、装
配夹具和控压质量块，所述装配夹具与底座可拆分连接，在装配夹具内叠放换热器芯体部
件，底座与顶盖之间采用螺栓连接，在螺栓的顶部设置有用于提供给换热器芯体部件预紧
力的紧固螺母，在顶盖的中部设置有控压孔，在控压孔处设置有活动压板，所述控压质量块
放置在活动压板的上方。
优选的，所述顶盖和底座之间还设置有定位杆，在顶盖和底座的边缘处设置有与
定位杆相适配的定位孔。
优选的，所述装配夹具包括底板，在底板的上方周边竖向设置有若干个限位直板
和限位角板，限位直板和限位角板围拢成用于适合放置换热器芯体部件的空间，在底座上
设置有与限位直板相适配的直孔，以及与限位角板相适配的角孔，装配夹具与底座采用插
接方式连接。
优选的，所述螺栓包括第一柱体和第二柱体，第一柱体的底端与底座固定连接，第
一柱体的顶端与第二柱体的底端连接，第二柱体上设置有与螺母相适配的外螺纹，第一柱
体的直径大于第二柱体的直径，在第一柱体和第二柱体的连接处形成有限位台。
优选的，所述底座和活动压板均采用镂空设计。
本发明的有益技术效果是：
(1)本发明设计了一种紧凑高效换热器芯体，采用该换热器芯体制成的换热器耐
高温高压性能优异，同时具有高传热性能，能满足特殊领域的需求。
(2)本发明针对上述换热器芯体设计了用于扩散焊的组装焊接一体的焊接工装。
该工装可以满足装配精度要求，在扩散焊的高温焊接下提供稳定的压力，以满足焊接要求，
提高成品率，同时芯体在焊接时能够快速升降温，减小了焊接工装的影响。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为本发明换热器芯体中间金属板的结构示意图；
图2为本发明换热器芯体上金属盖板的结构示意图；
图3为本发明换热器芯体下金属盖板的结构示意图；
图4为本发明换热器芯体组合后的结构示意图；
图5为本发明焊接工装的整体结构示意图，图中示出未加入芯体的情形；
图6为本发明焊接工装的整体结构示意图，图中示出加入芯体的情形；
图7为本发明焊接工装中顶盖的结构示意图；
图8为本发明焊接工装中底座的结构示意图；
图9为本发明焊接工装中装配夹具的结构示意图；
图10为本发明焊接工装中控压质量块的结构示意图；
图11为本发明焊接工装中采用的螺栓的结构示意图。
具体实施方式
针对现有印刷电路板换热器的耐高温性能和传热效率还不够高，仍需要提升的问
题，以及现有焊接工装不能满足焊接时的装配精度和扩散焊接时所需要的压力要求，芯体
升温降温受工装影响较大，以致影响了焊接质量的问题。本发明设计了一种紧凑高效型换
热器芯体，采用该换热器芯体制备的换热器具有很高的换热效率和紧凑性，可以在高温高
压下服役，适合特殊场合下使用。同时本发明为该换热器芯体设计了一种组装焊接一体化
工装，解决了扩散焊时出现的组装精度差、焊接高温下难以获得稳定的压力和芯体受夹具
影响较大问题，从而可以很好的满足焊接要求。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1-4所示，一种紧凑高效换热器芯体，包括上金属盖板1、下金属盖板2和若干
个中间金属板3。在上金属盖板1的底面、下金属盖板2的顶面和中间金属板3的顶底两面均
纵向蚀刻第一半圆孔结构4，横向蚀刻第二半圆孔结构5。上金属盖板1、若干个中间金属板3
和下金属盖板2上下依次叠放。叠放组合后，如图4所示，上下相邻中间金属板之间、最上方
中间金属板与上金属盖板之间以及最下方中间金属板与下金属盖板之间的第一半圆孔结
构对应组合成第一圆孔，第二半圆孔结构对应组合成第二圆孔。第一圆孔的孔径大于第二
圆孔的孔径。
上述第一半圆孔结构4在上金属盖板1的底面、下金属盖板2的顶面和中间金属板3
的顶底两面等间隔布设，相邻第一半圆孔结构4之间形成分隔脊梁6，所述第二半圆孔结构5
在分隔脊梁6上等间隔布设。
本发明所设计的换热器芯体各部件(上金属盖板1、下金属盖板2和中间金属板3)
采用横向与纵向均化学蚀刻的半圆孔结构，因而有很强的破坏边界层的能力，可增强流体
的扰动，提高换热性能。同时换热器芯体组合后，第一半圆孔结构可组合成第一圆孔孔结
构，第二半圆孔结构可组合成第二圆孔孔结构，由于光滑的圆孔孔结构，有利于减小应力集
中，因而具有很好的耐高温高压的能力。
由于焊接温度在1120℃左右，只有螺栓预紧或者弹簧预紧不能满足扩散焊中稳定
的压力要求，同时由于第二半圆孔结构5等的微通道结构，对装配精度要求较高，因而需要
新型的焊接工装。
如图5-11所示，一种焊接工装，用于上述紧凑高效换热器芯体的组装焊接，包括顶
盖7、底座8、装配夹具9和控压质量块10。所述装配夹具9与底座8为可拆分连接，在装配夹具
9内叠放换热器芯体各部件(从下至上依次放置下金属盖板2、中间金属板3和上金属盖板
1)，底座8与顶盖7之间采用螺栓11连接，在螺栓11的顶部设置有用于提供给换热器芯体部
件预紧力的紧固螺母。在顶盖7的中部设置有控压孔，在控压孔处设置有活动压板12，用于
放置控压质量块10。所述控压质量块10放置在活动压板12的上方。控压质量块10用于调节
压力，因为在焊接高温下螺栓的预紧力容易松弛，这时需要利用控压质量块来调节压力，在
焊接后期也可以减小控压质量块施加的压力，这样有利于减小芯体变形，提高焊接质量。
作为对本发明的进一步设计，所述顶盖7和底座8之间还设置有定位杆13，在顶盖7
和底座8的边缘处设置有与定位杆13相适配的定位孔14。定位杆13从定位孔14中穿过，可以
防止顶盖7和底座8在水平方向错位。
更进一步的，上述装配夹具9包括底板901，在底板901的上方周边竖向设置有若干
个限位直板902和限位角板903，限位直板902和限位角板903围拢成用于适合放置换热器芯
体各部件的空间。在底座8上设置有与限位直板902相适配的直孔801，以及与限位角板903
相适配的角孔802。装配夹具与底座采用插接的可拆分方式连接。
进一步的，所述螺栓11包括第一柱体1101和第二柱体1102，第一柱体1101的底端
与底座8固定连接，第一柱体1101的顶端与第二柱体1102的底端连接，第二柱体1102上的局
部位置设置有与螺母相适配的外螺纹。第一柱体1101的直径大于第二柱体1102的直径，在
第一柱体1101和第二柱体1102的连接处形成有限位台。该螺栓11可以给予一定的预紧力，
使得组成换热器芯体的各板体紧密连接，同时设置粗细两部分，形成有限位台，可以防止在
焊接过程中，组成换热器芯体的各板体在竖直方向的过度变形。
更进一步的，所述底座8和活动压板12均采用镂空设计，在不影响强度的条件下，
降低了工装的热容量，提高了升温降温的速度，减少了焊接缺陷。
本发明焊接工装的组装步骤大致如下：
(1)将装配夹具9装入底座8，并且安装螺栓11。
(2)在装配夹具9内从下至上依次叠加下金属盖板2、中间金属板3和上金属盖板1，
并且放置定位杆13。
(3)将顶盖7对准定位杆13和螺栓11，运用数显扭力扳手安装螺母，给予装配夹具9
一定夹持力。
(4)取出装配夹具9。
(5)放置活动压板12和控压质量块10。
上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。
需要说明的是，在本说明书的教导下，本领域技术人员所作出的任何等同替代方
式，或明显变型方式，均应在本发明的保护范围之内。