換熱設(shè)備中管板接頭的高效密封脹及強(qiáng)度焊工藝的淺析

1、https:/換熱設(shè)備中管板接頭的高效密封脹及強(qiáng)度焊工藝的換熱設(shè)備中管板接頭的高效密封脹及強(qiáng)度焊工藝的淺析淺析摘 要換熱管與管板接頭先后多次出現(xiàn)泄漏，且換熱管本體出現(xiàn)腐蝕泄漏，直接影響生產(chǎn)運(yùn)行。因此，管殼式換熱器中管板與換熱管的連接質(zhì)量成為換熱器制造質(zhì)量保證體系中最關(guān)鍵的控制環(huán)節(jié)。關(guān)鍵詞管板換熱器；焊接接頭；焊接質(zhì)量中圖分類號(hào)：TK172 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）21-0042-01在管殼式換熱器中換熱管和管板是換熱器管程和殼程之間的唯一屏障，管板與換熱管之間的連接結(jié)構(gòu)和連接質(zhì)量決定了換熱器的質(zhì)量和使用壽命，而在管板換熱器的制造過程中，換熱管與管板的連接是整個(gè)制

2、造過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一、管板與換熱管接頭設(shè)計(jì)1.1 管板與換熱管連接方式換熱器由于處于受壓、介質(zhì)有腐蝕性、流動(dòng)磨蝕，尤其是固定管板式換熱器，還存在溫差應(yīng)力，管板與換熱管連接處極易泄漏，導(dǎo)致?lián)Q熱器失效。目前，管板與換熱管的連接方式主要有：焊接、脹接、脹接加焊接等方法。1.1.1 焊接。管板與換熱管采用焊接連接時(shí)，由于對(duì)管板加工要求較低，制造工藝簡單，有較好的密封性，進(jìn)行焊接、外觀檢查、維修都很方便，是目前管殼式換熱器中管板與換熱管連接中采用最廣泛的一種連接方法。焊接最主要的問題是焊接缺陷，預(yù)防措施是打磨管端、防止接點(diǎn)污染，控制焊接過程，使之不發(fā)生燒穿或未焊透等現(xiàn)象。還可采用焊前預(yù)脹的辦法，以減小

3、管子與管孔的間隙。1.1.2 脹接。脹接是利用脹管器械使管板與換熱管產(chǎn)生彈塑性變形而緊密貼合，形成牢固連接，達(dá)到即密封又能抗拉脫的目的。脹口質(zhì)量的好壞主要取決于管端上徑向殘余壓縮應(yīng)力，其值同管子與管板的材料及尺寸是否開槽、脹管率、管子與管板的徑向間隙、表面粗糙度等因素有關(guān)。在換熱器的制造過程中，脹接適用于無劇烈的振動(dòng)，無過大的溫度變化，無嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕的場合。1.1.3 脹接加焊接。當(dāng)溫度和壓力較高，在熱變形、熱沖擊、熱腐蝕和流體壓力的作用下，管板與換熱管連接處極易被破壞，采用脹接或焊接均難以保證連接強(qiáng)度和密封性的要求。目前廣泛采用的是脹焊并用的方法，可以有效地消除應(yīng)力腐蝕和間隙腐蝕，提高接頭

4、的抗疲勞性能，提高換熱器的使用壽命，比https:/單純脹接或強(qiáng)度焊具有更高的強(qiáng)度和密封性。有些企業(yè)的無水氟化氫，無水氯化氫等介質(zhì)的換熱器選用脹接加焊接，并采用先預(yù)脹接，定位換熱管于管孔中心，使換熱管周圍間隙均勻，再焊接換熱管與管板的焊縫，然后再貼脹到設(shè)計(jì)要求。1.2 管板與換熱管焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)如果管板與換熱管的焊縫承受拉脫力，其強(qiáng)度取決于拉脫力的大小，拉脫力的計(jì)算，考慮管殼程壓差對(duì)管板的直接作用力、管束與殼程筒體以及管板變形協(xié)調(diào)產(chǎn)生的作用力、管殼程溫差引起的彈性反力，為了保證管板與換熱管的連接焊縫強(qiáng)度，要求有一定焊腳高度。如果管板與換熱管焊縫只起密封作用，拉脫力由脹接等方式來承受，則焊腳高度要

5、求要低得多。1.3 坡口結(jié)構(gòu)尺寸及管頭伸出長度為了保證管板與換熱管的連接焊縫強(qiáng)度，必須要求有一定的焊腳高度。焊腳高度由管板上坡口部分對(duì)接焊縫高度加上管板上面角焊縫部分焊角高度共同組成，可以通過增加坡口深度或增加管頭外伸長度保證所需要的焊角高度。為了保證焊腳高度，每個(gè)管孔都倒一定深度的坡口，由于管板上密集的分布著管孔，管孔之間的管橋一般都較小，如果坡口尺寸太大，管橋開穿，焊縫相互重疊，相互產(chǎn)生熱影響，無法保證焊縫質(zhì)量。這就需要用管頭伸出長度來保證角焊縫部分焊角高度，對(duì)應(yīng)用于強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的換熱器的管板與換熱管的連接焊縫，可在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加管頭伸出長度來保證焊腳高度。1.4 焊接接頭形式換熱

6、管的焊接主要分為熔頭焊接、角焊縫焊接兩種形式。不同焊接形式在設(shè)計(jì)上都有要求，對(duì)于壓力較高特別是工作壓力在 10MPa 以上或管殼程介質(zhì)嚴(yán)禁混合的換熱器一般不采用熔頭焊接的方式。1.5 管板上焊接接頭的布置管板上緊密地排列著小圓形單（雙）道焊縫、焊接熱影響大、應(yīng)力集中點(diǎn)多，為了保證管板與換熱管的連接焊縫強(qiáng)度和焊腳高度，每個(gè)管孔都倒一定深度的坡口，管孔之間的管橋較小，避免管橋開穿，對(duì)應(yīng)用于強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的換熱器的管板與換熱管的連接焊縫，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加管間距，以減少焊接的相互影響。二、管板與換熱管焊接接頭質(zhì)量控制2.1 管孔質(zhì)量控制管孔的加工應(yīng)保證管孔尺寸精度和表面粗糙度要求，同時(shí)還必須保證

7、管孔坡口尺寸到位。在碳鋼管板鉆孔時(shí)，冷卻液選用乳化液，盡量降低管板孔生銹的可能性。https:/2.2 換熱管質(zhì)量控制應(yīng)選擇工藝裝備先進(jìn)、質(zhì)量可靠的材料生產(chǎn)廠，制定嚴(yán)格的訂貨條件。對(duì)每批換熱管，換熱器制造廠由專職檢驗(yàn)員進(jìn)行管子外徑、壁厚抽查。如用于脹接的換熱管要復(fù)驗(yàn)硬度。2.3 焊接方式的選擇焊條電弧焊。設(shè)備要求簡單，施焊產(chǎn)品適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)焊工操作技能要求高，焊縫質(zhì)量與焊工體力、情緒關(guān)系密切。鎢極氣體保護(hù)焊。氬氣具有極好的保護(hù)作用，能有效地隔絕周圍空氣，使得焊接過程中熔池的冶金反應(yīng)簡單易控制，即使在很小的電流情況下仍可穩(wěn)定燃燒，熱源和填充焊絲容易調(diào)整，因此容易獲得高質(zhì)量的焊縫。在管板與換熱管的焊

8、接接頭施焊過程中，選用氬弧焊或者小焊條電弧焊，減少熱輸入量，盡可能減小管接頭焊接過程中的相互熱影響。2.4 焊條的選擇焊條選擇應(yīng)在考慮強(qiáng)度等級(jí)、化學(xué)成分、工藝性能、成本和效率的基礎(chǔ)上，還要考慮抗氣孔的能力，特別對(duì)于管板與換熱管的接頭，由于管孔與換熱管之間間隙內(nèi)的油污、鐵銹難以清理干凈，選用氧化性強(qiáng)，對(duì)鐵銹、氧化皮、油污不敏感的酸性焊條打底，可以有效避免焊接過程中氣孔的產(chǎn)生，再用強(qiáng)度較好的堿性焊條焊接，既避免了焊接缺陷的產(chǎn)生，又保證了焊縫強(qiáng)度。2.5 焊接參數(shù)的選擇在焊條直徑選用上，有時(shí)焊工為了省時(shí)間，采用4.0 焊條，大電流，一道完成，焊縫缺陷很多，質(zhì)量難以保證。一般情況下，焊接電流大，可以避

9、免根部夾渣和熔合不良等缺陷，但容易產(chǎn)生燒穿、飛濺。為了減小焊接過程中的相互熱影響，在打底焊條選擇時(shí)，應(yīng)盡量選用2.0 2.5mm 直徑較小的焊條。2.6 焊前準(zhǔn)備組裝前，碳素鋼換熱管管端外表面、管孔內(nèi)表面應(yīng)除銹，否則組裝后難以清理，打磨后應(yīng)立即穿管組裝。碳素鋼換熱管、管板金加工后靜置一、二天就會(huì)生銹，組裝后點(diǎn)焊前，先用火烤去水分油污，再用鋼絲輪清理，見到金屬光澤，再用干燥的壓縮空氣吹掃，經(jīng)檢驗(yàn)合格后開始焊接。焊條吸潮會(huì)產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷，焊條應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)烘干后放在專用烘箱或保溫筒中保管，隨用隨取，施焊時(shí)要注意防潮。2.7 焊接操作在換熱管與管板接頭焊接過程中，對(duì)焊接操作技能的要求主要體現(xiàn)在運(yùn)條角度（垂直焊縫切線方向的角度）、焊接電弧長度控制和焊接起始點(diǎn)與收弧點(diǎn)的選擇等三方面。運(yùn)條角度。運(yùn)條角度受換熱管伸出長度的影響。一般情況https:/下，應(yīng)使焊條與坡口面法線夾角在 15 45范圍內(nèi)。若使該夾角大于 45或小于15，都容易造成根部夾渣及熔合不良的缺陷，同時(shí)影響角焊縫 H 值及外觀尺寸。電弧長度。由于管板接頭排列緊密，焊縫之間相距很近，要求采用短弧焊接。焊接起始點(diǎn)與收弧點(diǎn)的選擇。焊接起始點(diǎn)與收弧點(diǎn)應(yīng)選擇在距離周圍焊縫較遠(yuǎn)的管橋上或在管孔中間管板上，這樣有利于減少焊接缺陷和提高焊縫外觀質(zhì)量。三、結(jié)束語管殼式換熱器尤其固定管板式換熱器