摘要：
本文介紹二系列新穎鋼塑組合散熱器：按鳥巢外形比例縮小的鳥巢型和水波浪外形的水波浪型。文中詳述多項(xiàng)創(chuàng)新給該散熱器帶來：噴塑內(nèi)防腐使其有50年使用壽命；摩擦焊僅為氬弧焊1/10能耗；相等鋁量的鋁柱枝翼增加16%散熱面；仿熱熔承插連接更嚴(yán)密、可靠。
關(guān)鍵詞：散熱器，鳥巢型，水波浪型，多項(xiàng)創(chuàng)新

奧運(yùn)主會(huì)場(chǎng)“鳥巢”，形態(tài)如同孕育生命的“巢”，它更像一個(gè)搖籃，寄托著人類對(duì)未來的希望。無論從那一方位觀看“鳥巢”，外觀曲線是那么獨(dú)特、優(yōu)美，具有很強(qiáng)的震撼力和視覺沖擊力。鋼塑組合散熱器鋁柱翼主立面、上下二橫水管斷面外形，參照“鳥巢”外觀曲線比例縮小(見本刊?頁(yè)彩圖)，鋼塑組合散熱器主要部件溶入了“鳥巢”元素。看到這樣的散熱器，見景生情，聯(lián)想到“鳥巢”，仿佛感到絕無論比的奧運(yùn)開募式還在演出，奧運(yùn)火炬還在燃燒……，鳥巢型鋼塑組合散熱器向用戶奧運(yùn)祝福。
奧運(yùn)場(chǎng)館水立方，奧運(yùn)健兒在水中拼搏，掀起一浪又一浪的水波浪，蕩漾吉祥。水波浪型鋼塑組合散熱器，向用戶祝福吉祥。鳥巢型、水波浪型鋼塑組合散熱器，不但有奧運(yùn)祝愿，還有多項(xiàng)創(chuàng)新帶來優(yōu)良的性能。
噴塑內(nèi)防腐使用壽命長(zhǎng)
專利(ZL200620136044.8)鋼塑組合散熱器，能對(duì)其鋼管進(jìn)行內(nèi)壁涂塑。在管內(nèi)壁噴入環(huán)氧粉末，經(jīng)高溫條件發(fā)生環(huán)氧基的交聯(lián)反應(yīng)而固化。固化后的涂膜一般為≤0.5mm的涂層，由于環(huán)氧樹脂特有的環(huán)氧基團(tuán)，與管壁結(jié)合十分牢固，形成了性能優(yōu)良的環(huán)氧粉末防腐層。CJ／T120-2008《給水涂塑復(fù)合鋼管標(biāo)準(zhǔn)》及SY/T0042-1997《鋼質(zhì)管道熔結(jié)環(huán)氧粉末內(nèi)涂層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)涂膜層的附著力、陰極剝離、抗沖擊能力、防腐性能等都有嚴(yán)格的要求，保證了涂膜層的質(zhì)量。正如SY/T0042-1997標(biāo)準(zhǔn)條文說明1.0.1條所說；“環(huán)氧粉末涂料具有優(yōu)良的防腐性、絕緣性和可靠的、耐久的使用壽命，是鋼管內(nèi)涂層的優(yōu)良材料，在國(guó)內(nèi)外得到了普遍應(yīng)用，取得了理想的效果。”標(biāo)準(zhǔn)條文給予環(huán)氧粉末內(nèi)涂層如此高評(píng)論的依據(jù)是，“熔結(jié)環(huán)氧防腐涂層近四十年，十萬多公里的管道防腐應(yīng)用歷史使成熟的國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)得以確立。”因此完全可以信任，涂塑鋼管使用壽命可達(dá)50年。
《鋼質(zhì)管道熔結(jié)環(huán)氧粉末內(nèi)涂層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》SY/T0042-1997的總則1.0.2條說，“本標(biāo)準(zhǔn)適用于以熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料為涂覆成膜材料，工作溫度為-30℃－100℃，輸送各種油品、天然氣的鋼質(zhì)管道及給排水的鋼質(zhì)管道內(nèi)防腐工程的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收，給水管道熔結(jié)環(huán)氧粉末內(nèi)涂層必須符合國(guó)家現(xiàn)行相關(guān)衛(wèi)生、安全標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。”民用散熱器的工作溫度≤95度、供暖水質(zhì)多為生活飲用水、鋼質(zhì)管道，散熱器噴塑內(nèi)防腐完全符合SY/T0042-1997標(biāo)準(zhǔn)適用范圍內(nèi)。進(jìn)一步說，散熱器按SY/T0042-1997標(biāo)準(zhǔn)噴塑內(nèi)防腐，定會(huì)有熔結(jié)環(huán)氧粉末內(nèi)涂層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)所述的防腐效果，防腐使用壽命50年。
涂塑鋼管既具有鋼管的高強(qiáng)度、高剛度，又有塑料管的高光潔度和良好的防腐性能。涂膜層內(nèi)壁非常光滑，不混生細(xì)菌、霉菌；壁內(nèi)不結(jié)垢，有良好的防結(jié)垢能力，流體阻力小，在一般情況下比同直徑的鋼管輸水量多15％-20％，可有效減低熱源輸送能耗15％以上。
省材節(jié)能
散熱器是供熱的終端設(shè)備，供熱調(diào)節(jié)有很大的節(jié)能空間。供熱調(diào)節(jié)也是供熱教科書中重點(diǎn)內(nèi)容，理論性很強(qiáng)，讓專門從事供熱調(diào)節(jié)的學(xué)者們?nèi)ビ懻摕岫栊孕〉纳崞魅绾握{(diào)節(jié)節(jié)能。散熱器將熱媒的熱加熱室內(nèi)空氣，是一個(gè)能量守恒的換熱過程，這一塊無節(jié)能可言。提高散熱器效率、性能，以最少的材料散出最多的熱是散熱器最主要的節(jié)能。
散熱器材料價(jià)約占生產(chǎn)成本的50％，其中合金鋁型材占材料價(jià)55％左右。無論是從節(jié)能還是降低生產(chǎn)成本看，重點(diǎn)是節(jié)約合金鋁型材。
鋁柱枝翼散熱器專利(ZL200520079772.5)充分利用了合金鋁型材，用相同量的鋁增加散熱面，并提高其散熱面的傳熱效率。
鋁柱翼最小壁厚一般為0.8mm，每公斤鋁型材拉出0.84M2左右散熱面。鋁柱枝翼散熱器專利是在鋁柱翼面上，設(shè)數(shù)量多、尺寸短小、翼片薄的枝翼。這樣的鋁柱枝翼，每公斤鋁型材拉出0.98M2散熱面，比一般鋁柱翼節(jié)約16％合金鋁型材。

增加散熱器散熱量另一方法是提高鋁柱枝翼散熱片的表面溫度。靠熱媒越近，鋁柱枝翼散熱片的表面溫度越高，散熱量越大。鋁柱枝翼散熱片可以把枝翼設(shè)置在靠熱媒最近處。若把枝翼從離熱媒60mm處靠近至25mm，鋁枝翼表面溫度提高10％，相應(yīng)散熱量提高10％。
先進(jìn)焊接工藝節(jié)能
散熱器行業(yè)權(quán)人士指出，散熱器生產(chǎn)過程有很大的節(jié)能空間。焊接是散熱器生產(chǎn)耗能的重點(diǎn)。
阻焊焊制鋼制柱式散熱器，一般焊接片頭閃光對(duì)焊機(jī)每臺(tái)電源容量為300KVA，雙頭對(duì)管機(jī)每臺(tái)電源容量500KVA，組片機(jī)為500KVA，這三套設(shè)備所需電源容量總和約為1300—1500KVA，阻焊電源容量大得驚人。
氬弧焊單機(jī)容量約12Kw，焊接速度慢，單班產(chǎn)量上千柱的廠家約需氬弧焊機(jī)20-30臺(tái)，焊接所需電源容量總和約250KVA。另外需較多的高水平的焊接技能工，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率低。氬弧焊制造成本不會(huì)低。
鋼塑組合散熱器的承插組合連接件要焊接，當(dāng)然亦可用電阻焊、氬弧焊，但更適合摩擦焊。摩擦焊的優(yōu)勢(shì)為：
⑴接頭質(zhì)量好且穩(wěn)定。焊接過程由機(jī)器自動(dòng)控制，參數(shù)設(shè)定后容易監(jiān)控，重復(fù)性好，不依賴于操作人員的技術(shù)水平和工作態(tài)度。不需考級(jí)焊工操作。焊接過程不發(fā)生熔化，屬固相熱壓焊，接頭為鍛造組織，因此焊縫不會(huì)出現(xiàn)氣孔、偏析和夾雜，裂紋等鑄造組織的結(jié)晶缺陷，焊接接頭強(qiáng)度遠(yuǎn)大于熔焊、釬焊的強(qiáng)度，達(dá)到甚至超過母材的強(qiáng)度。
⑵效率高。對(duì)焊件準(zhǔn)備通常要求不高，焊接設(shè)備自動(dòng)化程度高，可在流水線上生產(chǎn)，每件焊接時(shí)間以秒計(jì)，一般只需零點(diǎn)幾秒至幾十秒。詢問摩擦焊焊機(jī)生產(chǎn)廠，磨擦焊接該散熱器的連接件，每分鐘自動(dòng)焊5個(gè)頭。效率高是其它焊接方法如熔焊、釬焊不能相比的。
⑶節(jié)能、節(jié)材、低耗。不需焊條、焊劑、釬料、保護(hù)氣體，不需填加金屬，也不需消耗電極。磨擦焊接該散熱器的連接件，據(jù)摩擦焊機(jī)生產(chǎn)廠提供資料，每臺(tái)摩擦焊機(jī)僅需11KW。單班產(chǎn)量上千柱的焊接，有二臺(tái)摩擦焊機(jī)就夠了，焊接所需電源總?cè)萘?2Kw，是氬弧焊≈1/10，能耗極低。
⑷環(huán)保，無污染。焊接過程不產(chǎn)生煙塵或有害氣體，不產(chǎn)生飛濺，沒有弧光和火花，沒有放射線。
⑸焊件尺寸精度較高。由于摩擦焊接為固態(tài)連接，其加熱過程具有能量密度高、熱輸入速度快以及沿整個(gè)摩擦焊接表面同步均勻加熱等特點(diǎn)，故焊接變形較小。在保證焊接設(shè)備具有足夠大的剛性、焊件裝配定位精確以及嚴(yán)格控制焊接參數(shù)的條件下，焊件尺寸精度較高。焊接接頭的長(zhǎng)度公差和同軸度可控制在±0.1mm左右。
摩擦焊技術(shù)被譽(yù)為未來的綠色焊接技術(shù)。但摩擦焊技術(shù)亦有缺點(diǎn)，磨擦焊機(jī)價(jià)格較貴，用于該散熱器的摩擦焊機(jī)每臺(tái)30萬左右，包含焊接的工裝設(shè)備，而且只能專業(yè)性、流水線工作，局限性大。
雖摩擦焊首次被引入散熱器行業(yè)，但國(guó)內(nèi)摩擦技術(shù)已有50多年，摩擦焊技術(shù)相當(dāng)成熟，何況鋼塑組合散熱器的連接件僅需用最基本的摩擦焊機(jī)，焊機(jī)的規(guī)格較小。散熱器用摩擦焊無任何疑點(diǎn)，問題是經(jīng)濟(jì)上是否有利。生產(chǎn)規(guī)模越大采用摩擦焊越經(jīng)濟(jì)。有規(guī)模的散熱器廠不妨算一算經(jīng)濟(jì)帳，您廠的規(guī)模上鋼塑組合散熱器、摩擦焊是否有好的經(jīng)濟(jì)效益。
仿熱熔承插連接
一般認(rèn)為，承插連接總是不太牢靠。其實(shí)不然，有文說，“管件可采用熱熔連接或電熔連接，　　　　管材、管件連接部位的強(qiáng)度不低于管材本身的強(qiáng)度”。
管道在內(nèi)壓作用下，管壁任意一點(diǎn)將產(chǎn)生應(yīng)力，其中環(huán)向應(yīng)力為最大。管道的力學(xué)特性，即管壁厚、管徑、可承受壓力與許應(yīng)力之間的關(guān)系，無論是金屬管材還是塑料類管材，都可用下式表示：
σ＝P×D/2e 　　　　 （1）
上式中：　
σ－管道環(huán)向應(yīng)力（MPa）
P－管內(nèi)壓力（MPa）
D－管徑（mm）
e－管壁厚（mm）
管道的許用設(shè)計(jì)應(yīng)力[σ]應(yīng)大于管材環(huán)向應(yīng)力，即：
[σ]≥σ
(1)式表明，當(dāng)管材、管徑一定，提高管道的強(qiáng)度只有加厚管壁厚度e值。在承插連接部位，主要作用力是使承和插管分離的拉拔力。其作用力的關(guān)系用下式表示：
τ=KxF/A 　　　　　　 (2)
上式中：
 τ－承和插管道連接面的剪切應(yīng)力 （MPa）
K-應(yīng)力集中系數(shù)
F-使承和插管道分離的拉拔力 　　　 (N)
A-承和插管道間連接面的面積 （mm2）

承插管道為熱熔連接，連接面的許用剪切強(qiáng)度[τ]應(yīng)為該塑料的許用剪切強(qiáng)度[τ]。若為膠接面，則為膠的許用剪切強(qiáng)度[τ]。無論是熱熔連接還是膠接，該材質(zhì)的許用剪切強(qiáng)度[τ]，應(yīng)大于承和插管道連接面的剪切應(yīng)力τ，即：
[τ]≥τ
不論是金屬管材還是塑料類管材，上式均成立，但相關(guān)的K、[τ]值，依據(jù)材質(zhì)決定。當(dāng)膠接材質(zhì)、管徑一定，提高承插連接部位的強(qiáng)度，是通過加長(zhǎng)插入深度，增加A值來達(dá)到。因加長(zhǎng)插入管對(duì)成本影響不大，插入管長(zhǎng)要比計(jì)算的長(zhǎng)度長(zhǎng)得多，連接部位的強(qiáng)度要富余得多。現(xiàn)列舉聚乙烯(PE)熱熔承插管來進(jìn)一步說明。
按《建筑給水聚乙烯類管道工程現(xiàn)規(guī)程》CJJ/T98-2003，聚乙烯(PE)管管徑dn=40mm，壁厚3.7mm，20℃長(zhǎng)期承壓1.0Mpa，熱熔插入管件的管道插入長(zhǎng)度平均18.25mm。若工作壓力升至1.5Mpa，管道的環(huán)向應(yīng)力σ=12.16Mpa，大于管道的許用設(shè)計(jì)應(yīng)力[σ]=9.0Mpa，管道本身強(qiáng)度不允許工作壓力升高。長(zhǎng)期承壓1.0Mpa時(shí)，熱熔連接部位剪切應(yīng)力τ=3.87Mpa；承壓1.5Mpa時(shí)，剪切應(yīng)力τ=5.8Mpa，仍然小于熱熔連接部位的許用剪切強(qiáng)度[τ]=8.5Mpa，即使工作壓力升高，管件連接部位仍然安全工作。以上數(shù)據(jù)清楚的說明，“管材、管件連接部位的強(qiáng)度不低于管材本身的強(qiáng)度”的論點(diǎn)是正確的。這一論點(diǎn)適用金屬管材及塑料類管材，也適用承插管的連接為熱熔或膠接。鋁塑復(fù)合管就是一個(gè)實(shí)例。
鋁塑復(fù)合管是承和插管相同長(zhǎng)度的雙重承插連接，內(nèi)外兩層塑料，中間夾鋁管。塑料和金屬鋁管之間涂熱熔膠。鋁塑復(fù)合管充份發(fā)揮各材料的特長(zhǎng)，用鋁管承受管道環(huán)向應(yīng)力，用熱熔膠承受使鋁塑分離拉拔力產(chǎn)生的剪切應(yīng)力。塑料和金屬的粘接比較困難，粘接能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于塑料同質(zhì)相熔和金屬與金屬粘接，就是這樣承插復(fù)合的鋁塑復(fù)合管已用得很好，使用壽命50年。塑料熱熔承插連接也是50年使用壽命，有理由相信，金屬與金屬粘接的承插連接能長(zhǎng)期可靠工作。
熱熔承插連接是通過同質(zhì)相熔獲得承插連接處的強(qiáng)度及嚴(yán)密性。承插粘接是在管道的承和插面上涂粘接膠得到的強(qiáng)度及嚴(yán)密性，雖與前者方法不同，但目的相同。管道承插粘接一般指冷膠粘接，如PVC雨水低壓管道的連接。鋼塑組合散熱器內(nèi)噴塑防腐，外噴塑裝飾均要熱固化，散熱器的承插連接必然經(jīng)受高溫烘烤。冷膠是不允許的，應(yīng)用高溫膠，在噴塑熱固化的同時(shí)承插粘接也熱固化。鋼塑組合散熱器的承插連接稱為膠粘接是不合適的，但也不同于熱熔承插連接。熱熔是加熱熔化，而鋼塑組合散熱器是加熱固化。只因兩者都需有加熱過程，故暫稱鋼塑組合散熱器的承插連接為仿熱熔承插連接。
承插連接的名稱是否合適并不重要，重要的是其內(nèi)容。鋼塑組合散熱器承插粘接，用性能更高的膠替代塑料同質(zhì)相熔，有足夠富余的插入管長(zhǎng)，仿熱熔承插連接要比熱熔承插連接更嚴(yán)密、可靠。

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