换热器管子与管板焊接方法
换热器管板焊接工艺
换热器管板焊接工艺作者：路红来源：《城市建设理论研究》2013年第05期摘要：换热器作为传热设备被广泛用于各个领域，换热管与管板的连接方式有胀接、焊接、胀焊并用等型式，其中焊接是最常用的连接方式，而焊接工艺的好坏，往往决定了换热器的质量优劣和使用寿命。
本文重点分析了换热器管板焊接的质量通病、提出了焊接工艺的施工要点，并就焊接变形问题提出了应对措施。
关键词：热换器；焊接；焊接变形Abstract: The heat exchanger as a heat transfer device is widely used in various fields, expanded joint connection tube to tube sheet welding, expansion welding and types, including welding is the most common connection, while the welding process good or bad, often determines the quality of the pros and cons and the service life of the heat exchanger. This paper focuses on a the quality common problem of the heat exchanger tube sheet welding, construction points of the welding process, and welding deformation response measures.Keywords: heat exchanger; welding; welding deformation.中图分类号： TU74 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）一、换热器管板焊接的质量通病管板和换热管焊接接头受力情况复杂,并且换热器本身在制造中工序多,要求高,有些方面常被忽视,容易产生缺陷,在次数少的超压检验难发现。
换热器管子与管板的5种连接结构形式
换热器管子与管板的5种连接结构形式管子与管板的连接，在管壳式换热器的设计中，是一个比较重要的结构部分。
它不仅加工工作量大，而且必须使每一个连接处在设备的运行中，保证介质无泄漏及承受介质压力能力。
对于管子与管板的连接结构形式，主要有以下三种，（1）胀接, （2）焊接，（3）胀焊结合。
这几种形式除本身结构所固有的特点外, 在加工中，对生产条件，操作技术都有一定的关系。
Ol胀接用于管壳之间介质渗漏不会引起不良后果的情况下，胀接结构简单，管子修补容易。
由于胀接管端处在胀接时产生塑性变形，存在着残余应力，随着温度的上升，残余应力逐渐消失，这样使管端处降低密封和结合力的作用。
所以此胀接结构，受到压力和温度的一定限制。
一般适用压力P0≤4MPa,管端处残余应力消失的极限温度，随材料不同而异，对碳钢、低合金钢当操作压力不高时，其操作温度可用到300°Co为了提高胀管质量，管板材料的硬度要求高于管子端的硬度, 这样才能保证胀接强度和紧密性。
对于结合面的粗糙度，管孔与管子间的孔隙大小，对胀管质量也有一定的影响，如结合面粗糙，可以产生较大的摩擦力，胀接后不易拉脱，若太光滑则易拉脱，但不易产生泄漏，一般粗糙度要求为Ral2.5o为了保证结合面不产生泄漏现象，在结合面上不允许存在纵向的槽痕。
期炸既接管孔有光孔和带环形槽孔两种，管孔的形式和胀接强度有关，在胀口所受拉脱力较小时，可采用光孔，在拉脱力较大时可采用带环形槽的结构。
光孔结构用于物料性质较好的换热器，胀管深度为管板厚度减3mm,当管板厚度大于50m∏b胀接深度e一般取50 mm,管端伸出长度2~3 mmo 当胀接时，将管端胀成圆锥形，由于翻边的作用，可使管子与管板结合得更为牢固，抗拉脱力的能力更高。
当管束承受压应力时，则不采用翻边的结构形式。
管孔开槽的目的，与管口翻边相似，主要是提高抗拉脱力及增强密封性。
其结构形式是在管孔中开一环形小槽，槽深一般为0.4~0∙5 mm,当胀管时，管子材料被挤入槽内，所以介质不易外泄。
换热器通用胀接工艺
胀管通用工艺规程一、胀接说明1 胀接胀接是换热管与管板的主要联接形式之一，它是利用胀管器伸入换热管管头内，挤压管子端部，使管端直径扩大产生塑性变形，同时保持管板处在弹性变形范围内。
当取出胀管器后，管板孔弹性变形，管板对管子产生一定的挤紧压力，使管子与管板孔周边紧紧地贴合在一起，达到密封和固定连接的目的。
由于管板与管子的胀接消除了弹性板与塑性管头之间的间隙，可有效地防止壳程介质的进入而造成的缝隙腐蚀。
当使用温度高于300℃时，材料的蠕变会使挤压残余应力逐渐消失，连接的可靠性难以保证。
因此，在这种工况下，或预计拉脱力较大时，可采用管板孔开槽的强度胀接。
胀接又分为贴胀和强度胀。
2 胀管率胀管率是换热管胀接后，管子直径扩大比率。
贴胀与强度胀的主要区别在于对管子胀管率 (管子直径扩大比率) 的控制不同，对冷换设备换热管来说，强度胀要求的胀管率H为1～2.1%，而贴胀要求的胀管率H为0.3～0.7%。
3 贴胀贴胀是轻度胀接的俗称，贴胀是为消除换热管与管板孔之间的缝隙，以防止壳程介质进入缝隙而造成的间隙腐蚀。
由于贴胀时胀管器给管子的胀紧力较小，管子径向变形量也就比较小。
因此换热管与管板孔之间的相对运动的摩擦力就比较小，所以它不能承受较大的拉脱力，且不能保证连接的可靠性，仅起密封作用。
贴胀时，管孔不需要开槽。
4 强度胀强度胀是指管板与换热管连接处的密封性和抗拉脱强度均由胀接接头来保证的连接方式。
强度胀接的管板孔要求开胀管槽，一般开两道胀管槽。
以使管子材料在胀接时嵌入胀管槽内，由此来增加其拉脱力。
特别是当使用温度高于300℃时，材料的蠕变会使挤压残余应力逐渐消失，连接的可靠性下降，甚至发生管子与管板松脱，这时采用强度胀接，其抗拉脱力就比贴胀要大得多。
胀管前应用砂轮磨掉表面污物和锈皮，直至呈现金属光泽，清理锈蚀长度应不小于管板厚度的2倍。
管板硬度应比管子硬度高HB20～30，以免胀接时管板孔产生塑性变形，影响胀接的紧密性。
胀接工艺守则
胀接工艺守则1总则管板和换热管是换热器的主要受压元件，二者之间的连接处是换热器的关键部位。
而胀接是实现换热管与管板连接的方法之一，胀接质量的好坏对换热器的正常运作起着关键作用。
2胀接型式和方法胀接型式按胀接进度可分为贴胀和强度胀2.1贴胀是为消除换热管与管板直径缝隙的轻度胀接，其目的是为了小处缝隙腐蚀和提高焊缝的抗疲劳性能，贴胀后胀接接头的抗拉脱力应达到IMPa 以上；2.2强度胀是包装换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱轻度的胀接。
强度胀接后胀接接头的抗拉脱力应达到4MPa以上；2.3胀接方法按胀接工艺的不同可分为机械胀和柔性胀接（橡胶胀、液压胀、液袋式液胀等）。
3胀管器的选用胀管器主要根据换热管的直径、管板厚度、胀接长度及胀接特点来确定，通常有胀接器生产厂家按胀接条件选定。
4换热管与管板硬度测定4.1胀接的远离是胀接时硬度较低的管子产生塑性变形，而硬度较高的管板产生弹性形变，胀接后塑性变形管子收到弹性变形额管板孔壁的挤压而使管子和管板紧密地结合在一起，因此在试胀前应首先测定管子与管板的硬度值是否相匹配；4.2换热管与管板的材料应有适当的硬度差，管板硬度应大于换热管的硬度，其差值最好达到HB30以上，否则胀接后管子的回弹量接近或大于管板的回弹量而造成胀接接头不紧，如果二者硬度差相差很小时，应对管子端部进行退火处理，管子端部退火处理长度一般为管板厚度加IOOmmO5试胀5.1正式胀接之前应进行试胀。
试胀的目的是验证胀管器质量的好坏,验证预定的管子与管板孔的结构是否合理，检验胀接部位的外观质量及接头的密封性能，测试胀接接头的抗拉脱力，孕照合适的胀管率,以便制定合理的产品胀接工艺；5.2试胀应在试胀工艺试板上进行，试板应与产品管板的材料、厚度、管孔大小一致，试板上孔的数量应不少于5个，其管孔的排列形式应与产品管孔排列形式一致，试胀所用管子的材料、规格应与产品用换热器一致，但长度可以不一致，一般为管板厚度加50mm；5.3试胀前应根据胀管率计算公式推送出换热管胀接后的内件尺寸，胀管率计算公式可按我国锅炉规程中给出的公式计算：H=(dι-d2-δ)∕d3×100%δ一一胀前管孔直径与管子外径之差5.4胀管率应在0.9%~2.2%之间选取，胀管率小于0.9%为欠胀，管子胀后为产生足够的塑性变形，不能保证资金质量；胀管率大于2.2%为过胀，管子胀后产生过大的塑性变形，加工硬化现象严重，容易导致管子处理裂纹等缺陷，管板也可能产生塑性变形而使胀后的管板不能有效的回弹，从而影响胀接接头的性能。
换热器管子-管板焊接现状和改进方法
第 58 卷第 1 期2021 年 2 月化 工 设 备 与 管 道PROCESS EQUIPMENT & PIPINGV ol. 58 No. 1Feb. 2021换热器管子-管板焊接现状和改进方法朱志刚（森松（江苏）重工有限公司，江苏 如皋 226532）摘 要：概述了国内换热器管子管板焊接的一般现状，由于其焊接的局限性和特殊性，焊接质量参差不齐。
从前期坡口设计到焊接和检验过程提出了改进方法，主要是要选用易于焊透的坡口型式和尺寸，焊前进行模拟工艺试验及焊工考核。
采用高性能设备的自动焊对焊接工艺进行升级，重视焊前及焊接过程的细节控制，加强焊缝的检验等，共同保证管子管板焊接工艺条件和焊接质量。
关键字：管子-管板焊接；坡口设计；模拟试验；自动焊；焊前及过程控制；焊缝检查中图分类号：TQ 050.6；TH 16 文献标识码：A 文章编号：1009-3281（2021）01-0024-005收稿日期：2020-03-19作者简介： 朱志刚（1971—），男，焊接工程师（中级）。
长期从事压力容器产品技术工作。
换热器管子-管板接头的焊接是最普遍的一种形式，其焊接质量直接影响到系统运行的可靠和效能。
结合目前一般制造企业管子-管板焊接工艺和质量状况，提出改进的方法。
典型的换热器结构如图1所示，换热管束与管板进行焊接（强度焊）。
图1 典型的换热器结构型式Fig.1 Typical structure type of heat exchanger左管板右管板换热管换热管与管板焊缝换热管与管板焊缝换热器管子-管板的接头常有以下几种结构型式，管子外伸、管子平齐和管子内缩、深孔焊接。
针对设计图纸管子、管板的不同的材料、规格和坡口情况，在产品焊接之前需要根据标准进行焊接工艺评定，用于评价焊材，焊接工艺等要素是否能满足标准要求。
例如根据NB/T 47014—2011附录D [1]、GB/T 151—2014[2]的规定，需要对焊缝进行断面金相检验，以确定焊缝根部的熔透情况以及焊缝尺寸是否满足要求。
钛管换热器的换热管与管板焊接工艺介绍
钛管换热器的换热管与管板焊接工艺介绍文章介绍了以海水作为冷却介质的换热器中一种以爆炸复合钛钢板作管板、以钛管作换热管的换热管与管板焊接的工艺评定及生产制作中的焊接工艺。
文章为钛制换热器的生产制造提供可借鉴经验。
标签：钛管换热管；复合钛钢板管板；换热管与管板工艺评定；生产制作滨海电站的换热器设备若采用常规不锈钢管做换热管、低合金钢作管板，管板和换热管会在一两年内发生严重的点腐蚀、溃蚀等现象，使用周期短，不但成本高而且有碍生产。
我公司设计制造的以钛管作为换热管、复合钛钢板作为管板的换热器经厂家使用取得了良好的抗腐蚀效果。
文章将介绍此设备换热管与管板的工艺评定及生产制作工艺。
1 设备简介我公司为南方沿海某电厂390MW热电联产燃气蒸汽联合循环机组配套设计制造的水（除盐水）-水（海水）热交换器，其结构图如图1所示，公称通径DN1400mm，换热面积1200m2，总长11000mm，热换管为西安宝钛美特法力诺？覫19x0.5mmTA2钛焊管，卧式平盖管箱折流杆换热器，换热器型号SSL-1200-1，单回程，开式循环冷却水（海水）进入水-水热交换器管程，将壳侧闭式循环冷却水（除盐水）冷却后排入循环水排水管，闭式循环冷却水回水经闭式循环冷却水泵升压，经过水-水热交换器冷却后，向客户提供冷却水。
1-前管箱2-管板3-前导流筒4-壳体5-折流圈6-换热管7-后导流筒8-后管箱图1 钛管换热器结构图换热器壳体圆筒、壳体进出水管、进出水管法兰均为普通碳素结构钢Q235-B；管箱筒节用爆炸复合钛钢板（TA2+Q235-B），管箱进出水管用优质碳素结构钢20管（内衬丁基橡胶HY2D），管箱法兰亦为普通碳素结构钢Q235-B （内衬丁基橡胶HY2D）；管板采用爆炸复合钛钢板（TA2+Q345R）；换热管采用TA2钛管。
该设备要求按GB151-1999《管壳式换热器》，对主要焊缝的无损检测A、B 类焊缝进行20%的射线探伤，按照JB/T4730.2-2005标准的Ⅲ级合格。
换热器管板与管子的连接方法与原理
换热器管板与管子的连
接方法与原理
WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】
管板与换热管的连接方式主要胀接、焊接、胀焊结合。
胀接分强度胀和贴胀两种，胀接的方法主要有机械滚胀法、液压胀管、爆破胀管，胀接是利用电动或风动等动力使心轴旋转并挤入管内迫使管子扩张产生塑性变形而与管板贴合，为了提高胀管的质量，管端材料的硬度应比管板低。
若单一使用胀接，一般使用条件为压力不超过
4MPa，温度不超过350℃。
带槽孔的结构用于抗拉脱能力与密封性要求高的场合，管板中开的环形小槽深为～，管子材料被胀挤进槽内，可防止介质外泄，管板厚度小于30mm时，槽数为1，厚度大于30mm时，槽数为2。
液压胀、爆破胀具有劳动强度低、密封性能好，一般推荐在高温高压的工况下采用液压胀和爆破胀。
焊接分强度焊和密封焊两种，焊接加工简单、连接强度好，在高温高压时能保证连接处的紧密性与抗拉脱能力，管子与薄管板的固定更应采用焊接方法。
当连接处焊接之后，管板与管子中存在的残余热应力与应力集中，在运行时可能引起应力腐蚀与疲劳破坏，此外，管子与管板孔之间的间隙中存在的不流动的液体与间隙外的液体有着浓度上的差别，还容易产生间隙腐蚀，目前在工况要求较高的场合推荐采用内孔焊。
采用胀焊结合的方法，不仅能提高连接处的抗疲劳性能，还可消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高使用寿命。
采用强度胀+密封焊的结合方式，胀接承受拉脱力，焊接保证紧密性，采用强度焊+贴胀的结合方式，焊接承受拉脱力，胀接消除管子与管板间的间隙。
换热器通用胀接工艺
胀管通用工艺规程一、胀接说明1 胀接胀接是换热管与管板的主要联接形式之一，它是利用胀管器伸入换热管管头内，挤压管子端部，使管端直径扩大产生塑性变形，同时保持管板处在弹性变形范围内。
当取出胀管器后，管板孔弹性变形，管板对管子产生一定的挤紧压力，使管子与管板孔周边紧紧地贴合在一起，达到密封和固定连接的目的。
由于管板与管子的胀接消除了弹性板与塑性管头之间的间隙，可有效地防止壳程介质的进入而造成的缝隙腐蚀。
当使用温度高于300℃时，材料的蠕变会使挤压残余应力逐渐消失，连接的可靠性难以保证。
因此，在这种工况下，或预计拉脱力较大时，可采用管板孔开槽的强度胀接。
胀接又分为贴胀和强度胀。
2 胀管率胀管率是换热管胀接后，管子直径扩大比率。
贴胀与强度胀的主要区别在于对管子胀管率 (管子直径扩大比率) 的控制不同，对冷换设备换热管来说，强度胀要求的胀管率H为1～2.1%，而贴胀要求的胀管率H为0.3～0.7%。
3 贴胀贴胀是轻度胀接的俗称，贴胀是为消除换热管与管板孔之间的缝隙，以防止壳程介质进入缝隙而造成的间隙腐蚀。
由于贴胀时胀管器给管子的胀紧力较小，管子径向变形量也就比较小。
因此换热管与管板孔之间的相对运动的摩擦力就比较小，所以它不能承受较大的拉脱力，且不能保证连接的可靠性，仅起密封作用。
贴胀时，管孔不需要开槽。
4 强度胀强度胀是指管板与换热管连接处的密封性和抗拉脱强度均由胀接接头来保证的连接方式。
强度胀接的管板孔要求开胀管槽，一般开两道胀管槽。
以使管子材料在胀接时嵌入胀管槽内，由此来增加其拉脱力。
特别是当使用温度高于300℃时，材料的蠕变会使挤压残余应力逐渐消失，连接的可靠性下降，甚至发生管子与管板松脱，这时采用强度胀接，其抗拉脱力就比贴胀要大得多。
胀管前应用砂轮磨掉表面污物和锈皮，直至呈现金属光泽，清理锈蚀长度应不小于管板厚度的2倍。
管板硬度应比管子硬度高HB20～30，以免胀接时管板孔产生塑性变形，影响胀接的紧密性。
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换热器管子与管板焊接方法:
1、管板管孔加工：。
孔径、孔距符合图纸要求，孔内坡口1x45o，所有管孔内表面粗糙度6.3
2、管子装配：
管头、管孔除油和清洁，管端伸出管板4mm（管外径19.05），加工到等高并用TIG焊进行管子固定。
3、自动GTAW焊接：
(1).第一道自熔不加丝封底.
(2).然后两道自动GTAW加焊丝，连续两道以确认焊加强高2mm（管外径19.05），自动GTAW 操作使用24V，150～90A，矩形脉冲直流电流。
(3).最后一道不加丝焊收口，保证焊缝外观光滑，自动GTAW外观上要有足够的加强高度2～2.5mm，对伸出管端头没有任何切口或破坏。
(4).所有管子和管板焊缝最终要进行100％PT，（根部和层间PT不推荐使用，由于可能引入染料的外部污染影响焊接质量）。
(5).在所有焊接和PT结束后，对每根管子进行贴胀。
(6).所有管子和管板连接自动GTAW焊缝在水压试验之前，应进行1％NH3，0.7MPA的气体渗透试验（壳侧），所有焊缝应保持干燥状态并且如果发现缺陷可以进行修理。
(7).如果自动管子管板连接的GTAW焊缝发现泄漏或缺陷，禁止使用手工补焊，正确返修方法如下：
(a).首先用转动工具切掉缺陷焊缝
(b).用此工具加工孔内部1x45o坡口
(c).依据自动GTAW程序重新焊接。
关于换热器管板与换热管联接质量问题的探讨
本讨论话题很好，也是我们工作中所遇到的一个重要而普遍实际具体问题，从中受益匪浅，在此感谢大家！
单位里实际生产中，不太重视这个问题，相关工艺欠缺或不完善不详细，很盲目不科学一味凭经验操作，事先不做相关焊接工艺评定，不做胀管试验，随便胀焊，特别是在胀接时没有什么顺序，质量很难以保证的。
请教大家以下问题:
1、胀管率怎么确定？顺序怎么为好？
2、MOCK—UP模拟产品怎么做？胀焊前是否不同型每台产品都要做？
3、是否有完善的胀管工艺提供可学习参考一下？。