CN104907684A - 一种管壳式换热器中管子与封板的电子束焊接方法 - Google Patents

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熊进辉
刘希林
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Abstract

一种管壳式换热器中管子与封板的电子束焊接方法，管壳式换热器中的封板(1)上装配有数条管子(2)，每条管子的伸出端与封板外露端面的结合圆弧D线均需实施连续封焊和连续修饰焊，将结合圆弧D线简称为焊接D线(4)，数条管子的设计间距及焊接D线均已被输入电子束(3)的数控编程中，电子束按设计间距及焊接D线分别对每条管子实施定位并进行连续封焊和连续修饰焊，直至完成数条管子在封板外露端面的所有连续封焊和所有连续修饰焊，焊接过程是在真空室内进行的，真空室的抽真空可以有效避免大气中的有害气体对焊缝的影响，有效提高焊缝的结合强度。

Description

一种管壳式换热器中管子与封板的电子束焊接方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及到一种管壳式换热器中管子与封板的电子束焊接方法。
背景技术
图1是管壳式换热器的结构示意简图，管壳式换热器在工作过程中数条管子1内外存在较大地温差和压差，且管子的外壁承受海水冲击，容易出现破损、泄露的情况。当管子出现破损、泄露而失去工作能力时，一般采取金属堵头在封板2一侧进行在役维修，这种维修方式对管子管口的尺寸精度有较高要求，若管口尺寸过大，金属堵头与管子内壁存在间隙，堵头无法密封管子；若管口尺寸过小，金属堵头无法插入管子，造成管子失效。
管子管口与管板的焊接工艺或采用手工焊接，或采用半自动TIG填丝焊接，唐俐在换热器管子管板封口焊试验及应用[J].压力容器，2006，23(3)：32-34中阐述，TIG封焊具有焊接保护效果好、操作简单、热输入量小等优点，但由于采用添加焊丝的TIG封焊，如果焊接过程控制不当，焊丝熔化后很容易使管口孔径变小，即存在一定的缩口率。而且由于TIG焊热源不集中，焊缝深宽比较小，在一定焊缝宽度下焊缝熔深有限，要增加焊缝熔深必须加大焊接热输入量，这样会使焊缝熔宽变大，焊后管口容易变形，无法保证管口尺寸精度。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种管壳式换热器中管子与封板的电子束焊接方法，该方法利用电子束焊接具有的穿透能力强、热输入量小、焊接速度快、真空条件下焊缝纯净度高、焊缝及热影响区组织相比电弧焊细小、焊接变形与残余应力小等特点，可以将管壳式换热器中的管子与封板实施连续封焊和连续修饰焊，焊接效率高，焊接性能稳定，有利于焊接变形控制及控制管子的缩口率，从而有利于管壳式换热器的维修，提高管壳式换热器在役维修性。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种管壳式换热器中管子与封板的电子束焊接方法，管壳式换热器内含有数条管子与封板，封板按设计间距配钻有数个安装孔，每个安装孔的孔径D均与管子外径匹配，采用液压或机械扩管方式将数条管子分别装配在封板的数个安装孔内，数条管子的伸出端均与封板外露端面平齐，每条管子伸出端与封板外露端面的结合圆弧D线均需实施连续封焊和连续修饰焊，将结合圆弧D线简称为焊接D线，所述设计间距及焊接D线均已被输入电子束的数控编程中，电子束按所述设计间距及焊接D线分别对每条管子实施定位并进行连续封焊和连续修饰焊，直至完成数条管子在封板外露端面的所有连续封焊和所有连续修饰焊，本发明的特征如下：
依据所述安装孔的长度，对数条管子和数个所述安装孔分别进行机械打磨，机械打磨后再用丙酮、酒精以及超声波对所述待焊面进行去除油污，干燥后备用；
采用液压或机械扩管方式将数条管子分别装配在封板的数个安装孔内并使其装配成管壳式换热器，每条管子与所述安装孔的配合间隙≤0.1mm，再次用丙酮、酒精以及超声波对焊接D线进行去除装配油污；
将上述装配好的管壳式换热器移至真空室中，然后对真空室实施抽真空，真空室的抽真空度要≥10-3Pa；
先将电子束垂直对准任一焊接D线上并作为连续封焊的起点，当任一焊接D线被连续封焊后，电子束依据所述焊接程序自动转移到另一焊接D线上并直至完成数条管子在封板外露端面的所有连续封焊，各连续封焊的焊接参数如下：
电子束的加速电压控制在150KV，电子束距所述焊接D线的垂直间距控制在500～1500mm，电子束的连续封焊速度控制在2500～3500mm/min，电子束束流控制在10～20mA，电子束的离焦量为0；
再将电子束垂直对准任一焊接D线上并作为连续修饰焊的起点，当任一焊接D线被连续修饰焊后，电子束依据所述焊接程序自动转移到另一焊接D线上并直至完成数条管子在封板外露端面的所有连续修饰焊，各连续修饰焊的焊接参数如下：
电子束的加速电压控制在150KV，电子束距所述焊接D线的垂直间距控制在500～1500mm，电子束的连续修饰焊速度控制在2500～3500mm/min，电子束束流控制在2～5mA，电子束的离焦量控制在0.3～0.8mm；
待所有连续修饰焊全部完成后，将焊好的管壳式换热器放在真空室中自然冷却10min，之后去除真空室的真空度，取出焊好的管壳式换热器即可。
由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：
1、本发明无论是采用连续封焊还是连续修饰焊，其电子束的能量集中、热输入小、穿透能力强、能量转化率高、可控性好，使得整个焊接过程时间缩短、热影响区减小，焊缝质量满足GJB 1718-2005 I级要求。
2、本发明的焊接过程是在真空室内进行的，真空室的抽真空可以有效避免大气中的有害气体对焊缝的影响，有效提高焊缝的结合强度。
3、本发明的电子束焊接，其焊热输入量小，焊接变形小，能有效控制焊接变形及控制管子的缩口率，从而有利于管壳式换热器的维修，提高管壳式换热器在役维修性。
附图说明
图1是管壳式换热器的立体结构示意简图；
图2是封板的正面结构示意简图；
图3是电子束在任一焊接D线的局部位置示意简图；
图4是任一焊接D线的局部位置示意简图；
上述图中：1-封板；2-管子；3-电子束；4-焊接D线。
具体实施方式
本发明是一种管壳式换热器中管子与封板的电子束焊接方法，本方法采用电子束焊接技术并在真空条件下实现管壳式换热器中管子与封板的焊接，电子束焊接无需填加其它焊接材料，可在相对较小的热输入量条件下实现管子与封板的焊接，非常有利于焊接变形的控制及管子缩口率的控制，从而有利于管壳式换热器管束的金属堵头堵管维修，提高管壳式换热器在役维修性，电子束焊接利用数控编程可实现全自动焊接过程，显著提高焊接效率和焊接质量。
为清楚说明本发明，结合图1-4，管壳式换热器内含有数条管子2与封板1，封板按设计间距配钻有数个安装孔，每个安装孔的孔径D均与管子外径匹配，采用液压或机械扩管方式将数条管子分别装配在封板的数个安装孔内，数条管子的伸出端均与封板外露端面平齐，每条管子伸出端与封板外露端面的结合圆弧D线均需实施连续封焊和连续修饰焊，将结合圆弧D线简称为焊接D线4，每条管子的外径一圈与封板安装孔的内径一圈的结合圆弧D线就是焊接D线4，所述设计间距及焊接D线均已被输入电子束3的数控编程中，电子束按所述设计间距及焊接D线分别对每条管子实施定位并进行连续封焊和连续修饰焊，直至完成数条管子在封板外露端面的所有连续封焊和所有连续修饰焊。
依据所述安装孔的长度，对数条管子和数个所述安装孔分别进行机械打磨，机械打磨后再用丙酮、酒精以及超声波对所述待焊面进行去除油污，干燥后备用，这一过程既可以去除油污，又可以控制下述所述安装孔的配合间隙。
采用液压或机械扩管方式将数条管子分别装配在封板的数个安装孔内并使其装配成管壳式换热器，每条管子与所述安装孔的配合间隙≤0.1mm，再次用丙酮、酒精以及超声波对焊接D线进行去除装配油污，液压或机械扩管可能使所述安装孔内产生装配油污。
将上述装配好的管壳式换热器移至真空室中，然后对真空室实施抽真空，真空室的抽真空度要≥10-3Pa。
先将电子束垂直对准任一焊接D线上并作为连续封焊的起点，当任一焊接D线被连续封焊后，电子束依据所述焊接程序自动转移到另一焊接D线上并直至完成数条管子在封板外露端面的所有连续封焊，有多少条管子就有多少条焊接D线及连续封焊，各连续封焊的焊接参数如下：
电子束的加速电压控制在150KV，电子束距焊接D线的垂直间距控制在500～1500mm，电子束的连续封焊速度控制在2500～3500mm/min，电子束束流控制在10～20mA，电子束的离焦量为0。
再将电子束垂直对准任一焊接D线上并作为连续修饰焊的起点，当任一焊接D线被连续修饰焊后，电子束依据所述焊接程序自动转移到另一焊接D线上并直至完成数条管子在封板外露端面的所有连续修饰焊，有多少条管子就有多少条焊接D线及修饰焊，各连续修饰焊的焊接参数如下：
电子束的加速电压控制在150KV，电子束距焊接D线的垂直间距控制在500～1500mm，电子束的连续修饰焊速度控制在2500～3500mm/min，电子束束流控制在2～5mA，电子束的离焦量控制在0.3～0.8mm。
连续封焊时会产生局部凹陷，而连续修饰焊可以解决局部凹陷，使焊缝更加平整、美观。
待所有连续修饰焊全部完成后，将焊好的管壳式换热器放在真空室中自然冷却10min，之后去除真空室的真空度，取出焊好的管壳式换热器即可。
在本发明中，电子束焊接的热输入量小，焊接速度快，在真空条件下焊缝的纯净度高，焊缝及热影响区组织相比普通电弧焊细小，焊接变形与残余应力小，相对钨极氩弧焊接的性能对比见下表。
焊接方法 缩口率mm 一次焊接合格率％ 单个管子的焊接时间
电子束焊接 0.06～0.08 99％ 1分钟
氩弧焊接 0.10 90％ 5分钟
上表充分说明：本发明在缩口率、一次焊接合格率、单个管子的焊接时间上均明显优于氩弧焊接。

Claims (1)

1.一种管壳式换热器中管子与封板的电子束焊接方法，管壳式换热器内含有数条管子(2)与封板(1)，封板(1)按设计间距配钻有数个安装孔，每个安装孔的孔径D均与管子(2)外径匹配，采用液压或机械扩管方式将数条管子(2)分别装配在封板(1)的数个安装孔内，数条管子(2)的伸出端均与封板(1)外露端面平齐，每条管子(2)伸出端与封板(1)外露端面的结合圆弧D线均需实施连续封焊和连续修饰焊，将结合圆弧D线简称为焊接D线(4)，所述设计间距及焊接D线(4)均已被输入电子束(3)的数控编程中，电子束(3)按所述设计间距及焊接D线(4)分别对每条管子(2)实施定位并进行连续封焊和连续修饰焊，直至完成数条管子(2)在封板(1)外露端面的所有连续封焊和所有连续修饰焊，其特征是：
依据所述安装孔的长度，对数条管子(2)和数个所述安装孔分别进行机械打磨，机械打磨后再用丙酮、酒精以及超声波对所述待焊面进行去除油污，干燥后备用；
采用液压或机械扩管方式将数条管子(2)分别装配在封板(1)的数个安装孔内并使其装配成管壳式换热器，每条管子(2)与所述安装孔的配合间隙≤0.1mm，再次用丙酮、酒精以及超声波对所述焊接D线(4)进行去除装配油污；
将上述装配好的管壳式换热器移至真空室中，然后对真空室实施抽真空，真空室的抽真空度要≥10-3Pa；
先将电子束(3)垂直对准任一焊接D线(4)上并作为连续封焊的起点，当任一焊接D线(4)被连续封焊后，电子束(3)依据所述焊接程序自动转移到另一焊接D线(4)上并直至完成数条管子(2)在封板(1)外露端面的所有连续封焊，各连续封焊的焊接参数如下：
电子束的加速电压控制在150KV，电子束距焊接D线(4)的垂直间距控制在500～1500mm，电子束的连续封焊速度控制在2500～3500mm/min，电子束束流控制在10～20mA，电子束的离焦量为0；
再将电子束垂直对准任一焊接D线(4)上并作为连续修饰焊的起点，当任一焊接D线(4)被连续修饰焊后，电子束(3)依据所述焊接程序自动转移到另一焊接D线(4)上并直至完成数条管子(2)在封板(1)外露端面的所有连续修饰焊，各连续修饰焊的焊接参数如下：
电子束的加速电压控制在150KV，电子束距焊接D线(4)的垂直间距控制在500～1500mm，电子束的连续修饰焊速度控制在2500～3500mm/min，电子束束流控制在2～5mA，电子束的离焦量控制在0.3～0.8mm；
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