換熱器管子與管板脹焊制造工藝分析

1、<p>　　換熱器管子與管板脹焊制造工藝分析</p><p>　　[摘 要]換熱器管子與管板的連接處，常常是最容易滲漏的部位。管子與管板連接接頭設(shè)計(jì)得合理與否以及制造質(zhì)量好壞，都會(huì)直接影響到熱交換器的使用性能及壽命，有時(shí)甚至涉及整個(gè)裝置的運(yùn)行 因此，管子與管板連接頭的連接是整個(gè)換熱器制造過(guò)程的關(guān)鍵工序。在換熱器的制造過(guò)程中.有脹接、焊接和脹焊結(jié)臺(tái)三種連接方法，但經(jīng)常采用管子與管板脹焊結(jié)合的連接方法，目的

2、在于綜合利用脹接和焊接各自的優(yōu)點(diǎn)，謀求獲得耐高溫高壓、承受動(dòng)載荷和耐腐蝕的換熱器。本文分析了換熱器管子與管板脹焊接頭的加工，是先焊后脹還是先脹后焊的好，至今仍有爭(zhēng)論。詳細(xì)分析比較了兩種連接加工方法，各自的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用情況，提出了脹接與焊接先后次序應(yīng)遵循的主要原則。為實(shí)際生產(chǎn)選擇合理的制造工藝，保證管子與管板連接接頭的質(zhì)量提供參考。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]換熱器管子；管板；脹焊工藝 </p>

3、<p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：TD327.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）41-0059-01 </p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，在制冷設(shè)備及換熱設(shè)備中，為了保證管子與管板的密封性能及連接強(qiáng)度，常采用脹接、釬焊及焊接等方法。釬焊具有高的強(qiáng)度和密封性，但因輔助的加熱設(shè)備比較困難.因此大部分設(shè)備都采用脹接和焊接結(jié)構(gòu)。但實(shí)際中設(shè)備的使用環(huán)境不同，導(dǎo)致對(duì)管子與管板的要求不同，這就

4、給生產(chǎn)制造帶來(lái)一定的困難。 </p><p>　　一、脹焊結(jié)合重要性分析 </p><p>　　要理解脹焊結(jié)合的重要性，先來(lái)看看脹接和焊接的優(yōu)劣性。 </p><p>　　1.脹接是在外力作用下使換熱管兩個(gè)管頭和管板產(chǎn)生塑性變形，消除了換熱管外壁與管板孔之間的間隙，從而達(dá)到密封緊固的目的。 </p><p>　　2.焊接列管式換熱器中普遍采用

5、的一種連接方式，適用于抗拉脫力大、管板厚度小、換熱溫度高以及密封要求高的場(chǎng)合，適用范圍非常廣泛。但是，由于換熱管與管板管孔之間的間隙要求相對(duì)較大，所以容易產(chǎn)生間隙腐蝕，在焊接接頭的熱應(yīng)力可能造成應(yīng)力腐蝕。再者，由于孔距的關(guān)系可能影響相鄰接頭的焊接品質(zhì)。 </p><p>　　3.脹焊結(jié)合。脹焊結(jié)合正是選用了這兩者之間的優(yōu)點(diǎn)，既能得到良好的密封性能可以有效防止間隙腐蝕又具有較大的抗拉脫力。目前對(duì)介質(zhì)腐蝕性較大的列管

6、式換熱管通常采用“貼脹+強(qiáng)度焊”的形式，而在重要或使用條件苛刻的換熱器則要求采用“強(qiáng)度脹+密封焊”的形式。脹焊結(jié)合接頭，按照脹接與焊接在工序中的先后次序可分為先脹后焊和先焊后脹兩種。 </p><p>　　二、先焊后脹工藝的應(yīng)用 </p><p>　　1.先焊后脹工藝的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用。換熱器制造廠(chǎng)歷來(lái)多采用先焊后脹工藝，而較少采用先脹后焊工藝。究其原因是與使用機(jī)械脹接法作為最主要的脹管手段密切

7、相關(guān)。因?yàn)樵跈C(jī)械脹管過(guò)程中，存在著摩擦并產(chǎn)生大量的熱必需用機(jī)油來(lái)潤(rùn)滑和冷卻，油液滲浸進(jìn)入脹接接頭的縫隙，要徹底清除干凈十分困難。夾縫中油水等雜物的存在，焊接時(shí)易于形成氣體，而這些氣體來(lái)不及逸出便存在于焊縫中。另一方面脹管區(qū)又往往堵塞了排氣通道，增加了焊縫中生成氣孔的可能性。采用先焊后脹工藝則可以避免上述不利因素，特別是對(duì)于鈦材和某些有色金屬，要求焊接的基本條件十分嚴(yán)格，不允許油水和鐵離子污染，選擇先焊后脹工藝更易保證焊縫質(zhì)量。 <

8、/p><p>　　2.先焊后脹工藝的缺點(diǎn)。第一，機(jī)械脹接法存在著固有的缺點(diǎn)，各管之間長(zhǎng)度不一，連接強(qiáng)度和緊密性不均；脹管接口的內(nèi)表面產(chǎn)生硬化現(xiàn)象，給重復(fù)補(bǔ)脹帶來(lái)困難；管與管板材料的脹接的相容性有一定的限制，如：鈦管與碳鋼的脹接、鋁管與碳鋼的脹接等均受到了限制；勞動(dòng)生產(chǎn)率低，而且小管徑或厚壁管的脹接較困難等。第二，管口環(huán)形焊道不均勻，由于管子與管板之間存在著0.2-0.5mm的裝配間隙，而且總是偏心配置，加上管子與管板

9、孔的加工偏差，造成每一個(gè)管口的環(huán)形焊道不均勻。對(duì)于薄壁管很容易焊穿。第三，管子伸長(zhǎng)損傷焊縫，機(jī)械脹管使管壁減薄，管子伸長(zhǎng)，對(duì)焊縫損傷。焊接時(shí)在管口處形成焊瘤，管口收縮和變形給以后的脹管作業(yè)帶來(lái)困難。為了使管接頭順暢地進(jìn)入管孔中，則有必要對(duì)管口焊接提出較高的要求。 </p><p>　　三、先脹后焊工藝的應(yīng)用 </p><p>　　1.先脹后焊工藝的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用。第一，強(qiáng)度脹加密封焊時(shí)，由于密

10、封焊僅能起輔助性止漏作用，而先脹后焊則可以在焊接前進(jìn)行脹接后的強(qiáng)度試驗(yàn)（水壓試驗(yàn)），因而保證了脹接連接的可靠性。第二，先脹后焊使管子與管板的連接可以避免產(chǎn)生焊接裂紋。特別是在管子、管板材料差異較大的情況下，采用先脹后焊的方法亦可較好地保證其焊接質(zhì)量。第三，小管徑采用脹后焊接可以提高其連接接頭的抗疲勞性能。焊接在脹管后進(jìn)行，避免了脹接力對(duì)焊縫破壞的可能性，可以實(shí)現(xiàn)管板厚度內(nèi)的全程脹管，有效地利用了管板的設(shè)計(jì)厚度。 </p>

11、<p>　　2.先脹后焊工藝的缺點(diǎn)。先脹后焊時(shí)，由于脹接時(shí)的潤(rùn)滑油難于用經(jīng)濟(jì)的方法進(jìn)行清洗，焊接時(shí)易于形成氣體，而這些氣體來(lái)不及逸出便存在于焊縫中，特別是進(jìn)行氬弧焊的密封焊時(shí)，收弧封口處往往出現(xiàn)氣孔，影響焊縫質(zhì)量，因此一般應(yīng)避免采用有機(jī)潤(rùn)滑劑，而用二硫化鉬加水等無(wú)機(jī)潤(rùn)滑劑。隨著橡膠脹管新技術(shù)的應(yīng)用，先脹后焊工藝的應(yīng)用亦日趨廣泛。橡膠脹管新技術(shù)是一種以液壓為動(dòng)力，以橡膠為脹管媒介體的脹管工具。利用此工具，先脹后焊可以順利進(jìn)行，不

12、必使用任何潤(rùn)滑劑，不存在油污染和鐵離子污染，能保持接頭的清潔和干燥，脹接后可立即進(jìn)行管口的焊接作業(yè)。橡膠脹管壓力在400MPa以下可隨意調(diào)節(jié)，即可用于強(qiáng)度脹也可用脹接，尤其適用于定位脹。接頭連接的松緊程度很容易通過(guò)調(diào)節(jié)脹管壓力來(lái)控制。因此，焊接過(guò)程中生成的氣體可以通過(guò)接頭的空隙釋放。另外，脹管后管子擴(kuò)大與管板孔相貼合，管孔變得很圓整，管子與管板孔同心，原有裝配間隙基本消除，給焊接創(chuàng)造了十分良好的條件，同時(shí)，管口擴(kuò)大，讓脹管容易插入管孔中

13、，亦便于焊后的脹管。 </p><p>　　四、脹接與焊接先后次序選擇的原則 </p><p>　　1.先脹后焊或先焊后脹，對(duì)于焊接部分：有密封焊與強(qiáng)度焊兩種焊接形式的區(qū)別；對(duì)于脹接部分，有強(qiáng)度脹接與貼脹的區(qū)別。如脹接與密封焊結(jié)合的結(jié)構(gòu)，是以脹接承受作用力，而密封焊則保證密封性。密封焊的高度一般為1-2mm，這樣不會(huì)影響強(qiáng)度，但在焊接時(shí)一定要清理接頭處的油污。強(qiáng)度焊與脹接（貼脹）結(jié)合的結(jié)構(gòu)

14、，是以焊接承受力，而貼脹的目的只是消除管子與管板之間的間隙，如圖1所示，以防止縫隙受到有腐蝕性介質(zhì)的侵蝕。 </p><p>　　2.焊后脹接及貼脹：焊后脹接及貼脹一般適用于壓力較高的換熱器設(shè)備上，該焊接部分為加強(qiáng)密封焊，焊接腰高采用2.8mm，脹接部分承受作用力，當(dāng)脹接失效時(shí)，加強(qiáng)密封焊可起到承受作用力的作用，貼脹部分為消除縫隙腐蝕。脹焊結(jié)合的結(jié)構(gòu)在什么條件下，采用先焊后脹或先脹后焊，目前還無(wú)統(tǒng)一只規(guī)定，但一般

15、都趨向于先焊后脹為宜?？梢宰裱铝袟l件選擇。第一，使用機(jī)械脹管法作為脹管手段，先焊后脹工藝一般優(yōu)于先脹后焊工藝。第二，使用橡膠脹管法作為脹管手段，先脹后焊工藝可以順利進(jìn)行，效果好，優(yōu)于先焊后脹工藝。第三，根據(jù)脹接與焊接先后次序選擇的主要原則，合理地選擇脹焊工藝，可以獲得優(yōu)良的脹焊結(jié)構(gòu)的管子與管板連接接頭。 </p><p>　　在換熱器管子與管板的多種連接方式中，必將隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步還會(huì)有更多的改進(jìn)和創(chuàng)

16、新，正確的使用和不斷的總結(jié)這些制造技術(shù)，才能不斷提高設(shè)備的制造質(zhì)量，使制造技術(shù)在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮更大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 薛松齡.蒸汽發(fā)生器中傳熱管和管板脹接過(guò)程的數(shù)值模擬[M].黑龍江：哈爾濱工程大學(xué)，2011. </p><p>　　[2] 李廣濱.管與管板的相連