提高换热器管板与管子连接接头质量

提高换热器管板与管子连接接头质量
通过分析换热器管板与管子连接接头的接头型式及相关要素，提出了制造过程中的控制环节、控制方法。

1 前言
钢制管壳式换热器在化工生产中应用十分普遍，不管是固定管板还是浮头管板、U形管壳式换热器，管子与管板的连接是换热器中十分重要的结构和环节。

由于换热管和管板是换热器管程和壳程之间的唯一屏障，因此换热管与管板连接接头质量的好环是管壳式换热器失效最主要的因素，也因此成为用户和制造单位共同关注的问题。

2 管板与管子连接接头型式
换热器管板与管子的连接接头型式，根据换热器的使用条件不同，分为胀接、焊接、胀接加焊接。

2.1 胀接
胀口质量的好坏主要取决于管端上径向残余压缩应力，其值同管子与管板的材料及尺寸是否开槽、胀管率、管子与管板的径向间隙，表面粗糙度等因素有关。

为了得到良好和稳定的胀口性能，除了严格控制管板的加工精度，保证管板材料与管子材料适当的硬度差，还需正确选用胀管器、胀管动力和控制手段，保证合适的胀度及采取合理的胀接顺序等。

2.2 焊接
管子和管板焊接最主要的问题是焊接缺陷。

预防措施是打磨管端防止结点污
染，控制焊接过程使不发生烧穿或未焊透等现象外，对某些容易产生裂纹的材料，还可以采用焊前预胀的办法，以减小管子与管孔的间隙。

焊接时为防止焊接变形和减少残余应力，根据直径大小分成若干区，焊接时由中央开始放射形地在对角区域内顺序焊接。

2.3 焊接加胀接
焊接加胀接根据加工条件可分为先焊后胀、先胀后焊，其优缺点如下：
⑴先胀后焊制造工艺对管子和管板的清洁程度要求较高，否则极易产生制造缺陷。

而先焊后胀对管板和管子的清洁度要求不高。

⑵先胀后焊工艺其焊接对胀接有不利影响，易造成胀接部位松驰。

焊接时产生的气体不易排除，易出现焊缝缺陷，而先焊后胀可以根本上避免这种情况发生。

⑶从焊缝质量和使用效果方面来看，先焊后胀工艺亦大大优于先胀后焊工艺。

3 控制环节和控制方法
在管壳式换热器制造过程中应采用管子管板全自动氩弧焊，采用先焊后胀的制造工艺等，具体应牢抓以下几个环节：
(1) 严把原材料入厂关
尽量订购较高级冷拔管，对每批换热管，检验科派人到换热管生产厂监督试压，管子外径、壁厚抽查。

(2) 严格把好管板加工质量关
管板管孔的加工采用二次钻扩孔，以保证管孔尺寸精度和表面粗糙度要求。

管孔在加工时提高尺寸精度都按I级换热器管孔尺寸要求加工。

管孔壁不能有砂
眼、坑痕、边缘毛刺、纵向刻痕．当图样结构为强度胀不焊接时，为保证接头万无一失管孔加工增加铰孔工序。

检验员在对管板检验时，要求每一个孔都要测量，掌握各个区域管孔尺寸范围并做好记录。

对尺寸处于上限的管孔选配外径上偏差的管子，以弥补管子与管孔的间隙，并且做好标记，在胀接时特别注意，且胀管率取上限，以保证接头质量。

(3) 控制管板管子的硬度差
管板与管子的连接采用胀接工艺时，管端硬度应低于管板硬度。

硬度差控制在HB 20－30 以上，否则应将管子两端退火处理，退火长度一般取200－250mm，加热燃料用木炭或焦炭等。

碳素钢管加热的温度取600－650℃，合金钢管加热温度取650－700℃，加热时管子的另一端必须堵死，避免因空气对流而影响加热，加热时应经常转动管子，使管壁各处的受热均匀，避免局部过热。

保温时间10－15min，取出后埋在温热而干燥的砂子里面或者用保温材料（石棉）包好，慢慢冷却。

当采用胀接工艺时，管端须检查，如有纵向伤痕者不可使用。

(4) 正确选用胀管器，控制合适的胀管率
胀接中必须保持合适的胀紧度。

欠胀不能保证胀口的密封性，过胀则因管壁减薄过大而导致管子断裂和管板变形，胀紧度可用胀管率来表示，根据锅规，当采用内径控制法时，强度胀胀管率应控制在1～2.1％范围内，胀管率可按下面公式计算：
H={（d1＋2t）／d－1}×100％
其中：
d1 胀管完后管子实测内径；
t 未胀时管子实测壁厚；
d 未胀时管孔实测直径。

经换算得公式：
△d=（1＋H）d－d3
其中：
△d 换热管胀接前后内径的增大值；
d 未胀时管孔实测直径；
d3 未胀时管子外径。

我公司通过多年的实践，原则上强度胀时胀管率控制在1.8％左右,贴胀时控制在0.9％。

具体控制办法是根据换热管的直径、壁厚，按控制的胀管率计算出胀接后换热管的内径值，用控制胀接后管子内径的办法来控制胀管率。

根据管板、换热管接头的结构形式来选择胀管率的类型、滚柱长度、位置等结构尺寸，保证胀接起始位置（管板外侧）与焊缝有足够的距离（原则上15mm）不致胀裂接头焊缝，同时要保证胀接不超过管板内侧，且与管板内侧端面有3mm距离以防胀接过渡区管子的应力集中。

在正式胀接前进行试胀，试胀管板的厚度取产品管板厚度小5mm，以检查胀管器的质量和管材的胀接性能，同时根据试胀结果确定胀管器胀柱在什么位置时，胀管率达到控制值，并做好胀杆的最终位置标记，在实际胀接时供操作使用。

强度胀时一般分二遍胀，并且注意胀接顺序，中心区先胀，然后放射形地胀周边区，以减小管板变形，降低接头残余应力。

(5) 采用先焊后胀的制造工艺
管板管孔与换热管管端的清洁程度对接头的焊接质量影响很大，管板在钻孔时由润滑油和冷却液在管孔周围留下的油污、水份用高温蒸汽来冲洗干净，然后再用压缩空气吹干。

换热管的管端长度二倍的管板厚度，采用布砂轮抛光,去除
管端及外表面的铁锈和污物。

换热管与管板装配后，在规定的时间内完成焊接，以防时间一长再次锈蚀后影响焊接质量。

(6) 采用管子管板全自动氩弧焊
管板与换热管接头的焊接采用管子管板全自动氩弧焊，由专职的焊工施焊，以先进的装备、熟练的技术、高度的工作责任心保证焊接质量。

施焊时每个接头焊二道，且第二道收弧处盖过第一道起弧处15°,使起弧点与收弧点处相对薄弱的部位并不重叠，这些措施不仅提高焊缝内在质量，而且能够保证焊接高度，保证有足够的拉脱力。

(7) 采用切实有效的检测手段
我公司采用胀接前胀接后壳程二次试压的办法来检验焊接、胀接质量。

焊接后胀接前壳程以0.6MPa表压压缩空气气密性试验检查接头质量,然后再按要求胀接，胀后按图样要求的试验压力进行压力试验。

4 结语
综上所述,钢制管壳式换热器的加工制作,只要严格管理,保证焊接质量，保证合适的胀管率及采取合适的胀接顺序,采用切实有效的检测手段,完全能够为用户制造出优质的产品。