管板與管子脹焊結(jié)合時(shí)的施工順序.doc

1、管板與管子脹焊結(jié)合時(shí)的施工 順序. doc淺析換熱器管板與換熱管連接方式及選擇摘要：本論文闡述了在管殼式換熱器的設(shè)計(jì)中換熱管與管板的連接結(jié)構(gòu)形式如何確定， 主要通過對(duì)換熱器管板和換熱管的各種連接方式的具體分析，以及對(duì)換熱器在運(yùn)行過程 中換熱管連接處常發(fā)生的一些問題的分析，確定了最佳的換熱管連接方式為強(qiáng)度焊加貼 脹，并指出換熱器換熱管與管板連接方式的設(shè)計(jì)沒有標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)，不能一概而論， 應(yīng)根據(jù)設(shè)備的使用環(huán)境，流通介質(zhì)等多方面考慮，確定合適的結(jié)構(gòu)方案。關(guān)鍵字：換熱器換熱管管板強(qiáng)度脹強(qiáng)度焊在管殼式換熱器的設(shè)計(jì)中，換熱管與管板的連接是一個(gè)比較重要 的結(jié)構(gòu)部分。不僅加工工作量大，而且必須使每一個(gè)連接處

2、在設(shè)備運(yùn) 作過程中能保證介質(zhì)無泄漏及承受介質(zhì)壓力的能力。換熱管與管板的 連接質(zhì)量是換熱器質(zhì)量的最重要的標(biāo)志，換熱器的失效大多數(shù)集中在接頭上，因此合理選用安全可靠的管接頭方式，并使用相應(yīng)的加工 設(shè)備與技術(shù)是管殼式換熱器設(shè)計(jì).制造技術(shù)的關(guān)鍵。根據(jù)管殼式換熱器的使用條件不同，加工條件不同，管子與管板的 逢接方式有以下幾種：強(qiáng)度脹.強(qiáng)度焊、強(qiáng)度脹+密封焊及強(qiáng)度焊+貼 脹，其差異主要反映在管孔是否開槽和焊接坡口及管子伸出長(zhǎng)度等方 面，對(duì)一些比較苛刻的使用場(chǎng)合也有用強(qiáng)度焊+強(qiáng)度脹的管接頭連接 方式，如雙管板換熱器設(shè)計(jì)要求采取強(qiáng)度焊+強(qiáng)度脹。我們?cè)谠O(shè)計(jì)換 熱器時(shí)無論采取哪種方式，其要求滿足的基本條件有兩條：

3、一是良好 的氣密性；二是足夠的結(jié)合力。筆者將這幾種連接方式及其優(yōu)缺點(diǎn)作 以下分析。一、脹接脹按包括貼脹和強(qiáng)度脹。貼脹是指為了消除換熱管與管板之間縫隙的輕度脹按；強(qiáng)度脹是為保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉 脫強(qiáng)度的脹接。二者在結(jié)構(gòu)上的最主要區(qū)別是貼脹的管板管孔是光滑 的而強(qiáng)度脹的管孔帶環(huán)形槽環(huán)形槽距管板上表面的距離應(yīng)取8 mm。脹接是一個(gè)連續(xù)的彈塑性力學(xué)過程，脹管時(shí)管子產(chǎn)生了嚴(yán)重的塑 性變形，管板則主要處于彈性狀態(tài)，卸載時(shí)由于回彈管孔將管子壓緊 而形成脹接接頭。強(qiáng)度脹是利用脹管器，使伸到管板中的管子端部直 徑獷大產(chǎn)生塑性變形而管板只達(dá)到彈性變形，因而脹管后管板與管子 間就產(chǎn)生一定的擠壓力，使

4、管子能嵌入到管孔的環(huán)形槽內(nèi)，與管板緊 緊地貼在一起，達(dá)到密封緊固連接的目的。脹按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)主要有以下幾個(gè)方面：工采用脹按時(shí)要求管板硬度較換熱管硬度高，這樣可免除在脹接 時(shí)因管孔產(chǎn)生塑性變形而影響脹接的緊密性，如16Mn管板與工0#換 熱管之間的脹接是合適的，但與20#換熱管脹接時(shí)，20#管則應(yīng)進(jìn)行 管端軟化退火（當(dāng)有應(yīng)力腐蝕要求時(shí)，應(yīng)整根進(jìn)行軟化處理或換成102、脹按要求換熱管伸出管板的長(zhǎng)度應(yīng)不小于3mm ,是保證管板 與換熱管始脹處不受沖刷，同時(shí)無論是強(qiáng)度脹還是貼脹，脹按長(zhǎng)度不 準(zhǔn)超出管板背面，并應(yīng)離開3mm,是為了避免換熱管被脹接碾成環(huán) 裝壓痕而產(chǎn)生破壞。3 .脹接聯(lián)接時(shí),管孔表

5、面粗糙度Ra值不大于12.5uM ,管孔表 不應(yīng)有影響脹接緊密性的缺陷，如貫通的縱向或螺旋狀刻痕等。4 .應(yīng)嚴(yán)格控制管孔與換熱管的徑向間隙，徑向間隙是影響管接頭脹按質(zhì)量的最重要因素，間隙大易造成過脹，GB151 - 1999中1級(jí)束的脹接質(zhì)量肯定比口級(jí)的好，而且在換熱管與管板不存在硬度差 時(shí)，間隙的大小是至關(guān)重要的，例如不銹鋼換熱管與不銹鋼管板脹接 時(shí)，應(yīng)采用“特殊緊配合“，即小間隙彌補(bǔ)無硬度差。由于脹接靠的是管板孔收縮所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，這一應(yīng)力會(huì)隨著 溫度的升高而松弛，這樣會(huì)致使管端處密封和結(jié)合力的降低，所以該 結(jié)構(gòu)受到壓力和溫度的限制，一般適用于設(shè)計(jì)壓力“Mpa，設(shè)計(jì)溫度 < 300

6、。（:場(chǎng)合，要求在操作中無劇烈的震動(dòng),無過大的溫度變化、無交 變載荷.無明顯的應(yīng)力腐蝕，且該連接形式不能用于dv：14mm的換 熱管。脹接連接具有生產(chǎn)簡(jiǎn)單、效率高.連接可靠的優(yōu)點(diǎn)，在換熱器實(shí) 際制造過程中，脹按一般用于管殼之間介質(zhì)滲漏不會(huì)引起不良后果的 情況，特別適用于材料可焊性差及制造廠的工作量過大的情況。二、強(qiáng)度焊板與換熱管的焊接，也是我們?cè)谠O(shè)計(jì)中常采用的方式，因?yàn)閾Q熱端部無需退火，管孔不需開槽，管孔的表面粗糙度Ra值也沒有脹 接時(shí)要求高,不大于35uM即可,所以制造加工簡(jiǎn)便。焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 高，抗拉脫力強(qiáng)，且當(dāng)焊接接頭有泄漏.換熱管有裂紋或賭賽時(shí)，其 修補(bǔ)或更換換熱管都比脹接方式容易。強(qiáng)度

7、焊一般使用于P<35MPa ,T不限制，換熱管直徑（d ）不限制的情況，但不適用于有振動(dòng)或有間隙、應(yīng)力腐蝕的場(chǎng)合。強(qiáng)度焊管接頭承受換熱管軸向剪切載荷和密封 要求的焊縫高度L1+L2應(yīng)大于或等于1.4倍的管壁厚,且強(qiáng)度焊必 須是填絲的筑弧焊，否則只作為密封焊。對(duì)（p19X2、（p25X2的換熱管，GB151 - 1999規(guī)定強(qiáng)度焊換熱管伸出管板的長(zhǎng)度不小于1.5mm但筆者認(rèn)為為了保證換熱管與管板間 的焊縫焊肉不被介質(zhì)沖蝕，臥式換熱器，在設(shè)計(jì)換熱管伸出管板的長(zhǎng) 度時(shí)可取不小于3mm。如果管箱介質(zhì)不是純凈的氣體或液體,或?yàn)?大流速的氣液混合相，換熱器在運(yùn)行過程中常會(huì)出現(xiàn)換熱管與管板間 的焊縫焊

8、肉被介質(zhì)沖蝕>例如2008年我廠造氣B套洗滌水預(yù)熱器靠管 箱迸口端管板與換熱管間的焊縫焊肉已被介質(zhì)大面積沖蝕，在管束更新設(shè)計(jì)時(shí)，將換熱管伸出管板的長(zhǎng)度由原來的1.5mm改為3mm ,就解決了這一難題。對(duì)于立式換熱器，若沒有停車期間管板上不允許有 殘液存在的要求時(shí),換熱管伸出管板的長(zhǎng)度可取不小于L5mm;若要求 停車期間管板上不允許有殘液存在時(shí)，換熱管的管端應(yīng)與管板面平齊 或低于管板面，可適當(dāng)加大管板破口深度或改變結(jié)構(gòu)形式，但不論焊 接接頭的結(jié)構(gòu)尺寸如何調(diào)整，焊縫的剪切斷面不應(yīng)低于換熱管橫截面 面積的1.25倍。y K , 1=1通過焊接，使管子對(duì)管板有較好的增強(qiáng)作用，并且還具有可降低 管

9、孔加工要求，節(jié)約加工工時(shí)，檢修方便等優(yōu)點(diǎn)，故應(yīng)優(yōu)先采用。此 外，當(dāng)介質(zhì)毒性很大.介質(zhì)和大氣混合易發(fā)生爆炸.介質(zhì)有放射性或 管內(nèi)外物料混合會(huì)產(chǎn)生不良影響時(shí)，為確保接頭密封，也常采用焊接 法。三.強(qiáng)度焊+貼脹焊接法雖然優(yōu)點(diǎn)甚多，但不能完全避免縫隙腐蝕和焊接節(jié)點(diǎn)的應(yīng) 力腐蝕，而且薄管壁和厚管板之間也很難得到可靠的焊縫。焊接法雖 然較脹接可以耐更高的溫度，但是在高溫循環(huán)應(yīng)力的作用下，焊口極 易發(fā)生疲勞裂紋，列管與管孔存在間隙，當(dāng)受到腐蝕介質(zhì)的侵蝕時(shí)， 也會(huì)加速接頭的損壞。因此，就產(chǎn)生了焊接和脹接同時(shí)使用的方法。這樣不但能提高接頭的抗疲勞性能，同時(shí)可以降低縫隙腐蝕傾向，因 而其使用壽命比單用焊接時(shí)長(zhǎng)的多

10、。當(dāng)在壓力和溫度都很高、有一般 應(yīng)力和間隙腐蝕.有過大溫度變化的情況下，可采用強(qiáng)度焊+貼脹， 強(qiáng)度焊既可以使焊縫有嚴(yán)密性，又能保證接頭具有較大的拉脫力，貼 脹的作用主要是消除縫隙腐蝕和提高焊縫的抗疲勞性能。但在有較大 振動(dòng)情況下不宜用強(qiáng)度焊+貼脹。先焊后脹的工序，焊前管板坡口容易清洗干凈，焊接時(shí)管子與管 板間隙處的空氣可以從正、反兩側(cè)排除，對(duì)于防止焊縫產(chǎn)生氣孔及保 證焊接接頭的質(zhì)量十分有益。同時(shí)，后脹可以使脹口脹后的殘余應(yīng)力 不會(huì)松馳，避免了因焊接高溫的影響而發(fā)生松弛。但是對(duì)于焊接性較 差的管子與管板接頭，脹按時(shí)焊道容易產(chǎn)生微裂紋，甚至于將焊道脹 裂。對(duì)于這種情況，應(yīng)采用深度脹，即距管口 15

11、 mm不脹,使脹接部位避開焊道，從而減小脹接對(duì)焊道的影響，這也是先焊后脹工藝的 最大不足之處。經(jīng)調(diào)查表明，采用先脹后焊工藝，管子與管板焊后的 泄漏率比采用先焊后脹工藝要高出10倍左右，因此，國內(nèi)外管殼式 換熱器的設(shè)計(jì)中多采用先焊后脹工序。有些換熱器需作焊后整體熱處理或其管板因材料規(guī)定需作焊后熱 處理，若脹接采用機(jī)械脹，則在熱處理前先脹一次，熱處理之后再輕 脹一次；若采用柔性脹接（液袋脹接等），則可在熱處理之后脹一次即 可。但當(dāng)換熱管為不銹鋼而管板為必須進(jìn)行焊后熱處理的材料時(shí)（如15CrMo鍛件、15CrMoR等）則先對(duì)管板管箱側(cè)進(jìn)行A022 + A302堆焊，堆焊完畢熱處理管板，而后再焊接換熱

12、管。所以這種情況只能 采用柔性脹接。、強(qiáng)度脹+密封焊換熱管與管板的連接也可以采用強(qiáng)度脹+密封焊，強(qiáng)度脹接是保 證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度，密封焊保證換熱管與板連接密封性更好。采用先脹后焊工序，由于脹接時(shí)在管端及坡口 處將留下大量油污及鐵銹等雜物，盡管焊前要進(jìn)行清洗，但由于管橋 較窄，加之管子伸出管板等原因，難以保證坡口的徹底清洗。當(dāng)焊接 時(shí)，這些遺留雜物將發(fā)生巨烈的化學(xué)變化，水分和空氣因受熱而局部 膨脹，并在管子與管孔的間隙內(nèi)形成壓力，由于脹后背面堵死，這些 帶壓氣體只能從焊道一側(cè)排除，焊接時(shí)處于熔融狀態(tài)下的金屬無強(qiáng)度 可言，氣體便很容易穿過焊道，尤其在收弧處多發(fā)生。氣體沖出焊道

13、 使焊縫金屬呈沸騰狀，造成焊縫高低不平，甚至呈蜂窩狀。同時(shí)，還使焊縫表面氧化，造成未熔合等缺陷。在焊縫冷卻過程中，有的氣體 未能及時(shí)逸出焊縫表面，從而在焊縫內(nèi)部形成氣孔。另外，焊接時(shí)產(chǎn) 生的高溫會(huì)導(dǎo)致已脹接的部位變形，使脹接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和 彈性變形有所松弛，從而可能使脹緊力減小甚至消失。我們長(zhǎng)期的大 量生產(chǎn)實(shí)踐也證明，先脹后焊確實(shí)存在著許多不足，尤其是在焊接工 藝性能較差的情況下問題更為嚴(yán)重，如20MnMo. ISCrMo的管板與集氏體不銹鋼管的焊接就屬于這種情況。強(qiáng)度脹+密封焊一般用在 要求高的密封性能，P44MPa ,J<300f無嚴(yán)重應(yīng)力腐蝕，無劇烈 振動(dòng)，無過大溫度變化的場(chǎng)合，不適用于有間隙腐蝕情況。換熱管與管板的連接在什么場(chǎng)合下采用何種形式，目前尚無統(tǒng)一 標(biāo)準(zhǔn)，綜合以上各種連接方式優(yōu)缺點(diǎn)的分析，盡管也可以采用脹接、 焊接、強(qiáng)度脹+密封焊這三種形式，但筆者以為，在設(shè)計(jì)和制造時(shí)， 應(yīng)優(yōu)先考慮先焊后脹的加工工序，選擇強(qiáng)度焊+貼脹的連接形式，對(duì) 于要求高的連接，如雙管板或復(fù)合板可采用強(qiáng)度焊+強(qiáng)度脹的形式， 這樣既能保證良好的氣密性、又能保證足夠的結(jié)合力，可以使所設(shè)計(jì) 的換熱器長(zhǎng)周期運(yùn)行。不過在換熱管與管板連接形式的設(shè)計(jì)中并沒有