CN106002129B - 一种大规格镍合金双管板换热器的制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大规格镍合金双管板换热器的制作工艺，包括以下步骤：(1)外管板堆焊，(2)内、外管板钻孔加工，(3)壳程筒体与内管板焊接，(4)穿装换热管，(5)积液层壳体与内管板组对，(6)积液层壳体与外管板组对，(7)积液层壳体与内、外管板焊接，(8)内管板胀接，(9)换热管与外管板焊接，(10)耐压试验，所述步骤(1)中使用电渣带极堆焊，堆焊前在管板周围焊接定位块，将管板与焊接工装进行固定连接，相邻两遍的堆焊方向相反，过渡层堆焊完毕后进行消应热处理。本发明成功得完成了大规格镍基合金双管板换热器设备制作。

Description

一种大规格镍合金双管板换热器的制作工艺

技术领域

本发明属于双管板换热器的制备领域，尤其涉及一种大规格镍合金双管板换热器的制作工艺。

背景技术

双管板换热器(结构示意图见图1)采用外管板1和内管板2的双管板结构设计，还包括壳程筒体3、换热管4和积液层壳体5等，管程和壳程分别采用各自的管板进行连接，打破传统列管换热器管程和壳程共用一个连接管板，最大限度的降低了管程与壳程介质交叉污染的风险，便于及时发现泄漏隐患，确保生产。

国内双管板换热器直径一般小于2m，当直径较大时，制作过程中容易产生如下问题：1、管板加工及双管板同心度、平行度、扭曲度及胀接质量控制等带来极大的困难。2、当换热器内介质对母材的耐腐蚀能力、耐高温能力有要求时，为控制制作成本，管板一般采用在低合金锻件基础上堆焊所需材质来达到相应使用效果。当管板直径较大时，管板在堆焊时的焊接变形较难控制，同时传统手工堆焊效率较低、埋弧焊丝堆焊融合比较大堆焊层成分难以控制。3、与管板连接的环缝焊接及换热管焊接时，若组焊顺序不当，会造出管板变形，进而导致设备尺寸不符工艺要求，同时会产生较大焊接应力，影响设备使用寿命。

镍基合金换热管的焊接，尤其是当换热管直径在50mm以上时，业内一般采用手工氩弧焊进行焊接。焊接效率较低，同时焊接质量对焊工技能水平依赖程度较大，质量不稳定。

双管板换热器，内管板采用强度胀的方式来连接换热管与管板起到密封作用。镍合金换热管与普通低合金钢、不锈钢换热管相比硬度较大，胀接较困难。内管板的胀接会造成换热管尺寸的变化，使换热管与管板的连接焊缝产生应力，影响焊缝寿命。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种大规格镍合金双管板换热器的制作工艺，具体为壳体直径大于2m，换热管外径50～60mm、材质为镍基合金双管板换热器的制作工艺。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大规格镍合金双管板换热器的制作工艺，包括以下步骤：(1)外管板堆焊，(2)内、外管板钻孔加工，(3)壳程筒体与内管板焊接，(4)穿装换热管，(5)积液层壳体与内管板组对，(6)积液层壳体与外管板组对，(7)积液层壳体与内、外管板焊接，(8)内管板胀接，(9)换热管与外管板焊接，(10)耐压试验，所述步骤(1)中使用电渣带极堆焊，堆焊前在管板周围焊接定位块(优选：所述固定块为L形，优点：通常采用筋板固定防变形法时，筋板需要与管板进行焊接连接，在去除固定筋板时容易损伤管板。选择L形筋板，可避免筋板与管板相焊，去除筋板时不会损伤到管板)，将管板与焊接工装进行固定连接，相邻两遍的堆焊方向相反，过渡层堆焊完毕后进行消应热处理。

优选：所述步骤(2)中首先在内、外管板的圆周上焊接定位块，然后在内外管板上同时钻孔。

优选：所述步骤(2)中内管板环槽为4道开槽，采用“4+6+4-18-4+6+4”结构，槽宽为4mm，深度为0.5mm。

优选：所述步骤(3)中焊前制作固定(图5中用到的是固定拉杆，文字中为防变形拉杆，统一名称为固定拉杆。)拉杆，均匀穿装、固定在内管板上。

优选：所述步骤(3)中采用埋弧自动焊按工艺要求对壳程筒体与内管环缝进行焊接。

优选：所述步骤(7)中焊前制作固定拉杆，均匀穿装、固定在外管板上。

优选：所述步骤(7)中采用埋弧自动焊按工艺要求对积液层筒体与内、外管板环缝进行焊接。

优选：步骤(8)中胀管前制备试件，对换热管与管板进行试胀，以胀后换热管内径扩大1.2～1.7mm为合格，进行胀接，胀接顺序采取“十”字形

优选：步骤(9)中采用氩弧管板自动焊，首先用“十”字形顺序进行焊接，然后进行跳花焊接。

一种大规格镍合金双管板换热器组装制作的具体步骤如下：

步骤(1)：外管板堆焊

1、堆焊前在管板周圆均匀焊接定位块6，将管板7与焊接工装8进行固定连接，防止管板堆焊过程中发生变形，定位块6形状要求为L形。(管板固定示意图如图2所示)

2、选择合适的焊材，严格按工艺参数进行堆焊。堆焊时，要求前一遍与后一遍的堆焊方向相反，即前一遍若从管板外周向内周进行堆焊，则后一遍堆焊时必须从管板内周向外周进行堆焊。

3、过渡层堆焊完毕后进行消应热处理。

步骤(2)：对内外管板进行钻孔加工

1、在内、外管板的圆周上焊接固定若干定位块，定位块必须保证内外管板同心，然后在内外管板上同时钻孔，从而使得内、外管板上的管孔一一对应、且同心，按设计要求外管板管孔进行倒角加工。

2、优化内管板环槽设计，将传统的“3+6+3”结构2道开槽(传统管板孔开槽结构如图3所示)，即深度为0.8mm，宽度为3mm，两槽间距为6mm，槽较深胀接时不易胀接至根部，存在间隙，易发生泄漏；优化为4道开槽，采用“4+6+4-18-4+6+4”结构，即开四个槽，槽宽改变为4mm，深度改变为0.5mm(本发明内管板开槽结构如图4所示)。对开槽进行加工。

步骤(3)：壳程筒体与内管板焊接

1、焊前制作固定拉杆9，均匀穿装、布置在内管板上(拉杆结构及固定示意图详见图5)，用螺栓固定拉紧，并对焊前筒体整体尺寸进行测量。

2、采用埋弧自动焊严格按工艺要求对壳程筒体与内管环缝进行焊接。

3、焊接完毕后拆除固定拉杆，再对壳程整体尺寸进行测量，确认尺寸符合设计要求。

步骤(4)：穿装换热管

1、对内、外管板、换热管进行清理，清除油污、毛刺等，以不影响穿管、换热管与管板胀接、焊接为标准；

2、依次将换热管穿入换热器。

步骤(5)：积液层壳体与内管板组对

步骤(6)：积液层壳体与外管板组对

步骤(7)：积液层壳体与内、外管板焊接

1、焊前制作防变形拉杆，均匀穿装、布置在外管板上(拉杆结构及固定同图5)，用螺栓固定拉紧，并对焊前筒体整体尺寸进行测量。

2、采用埋弧自动焊严格按工艺要求对积液层筒体与内、外管板环缝进行焊接。

3、焊接完毕后拆除固定拉杆，再对壳程整体尺寸进行测量，确认尺寸符合设计要求。

步骤(8)：换热管与内管板胀接

1、采用千分尺对管板孔和换热管内径、外径、壁厚进行测量、记录。

2、胀管前制备试件，对换热管与管板进行试胀，以胀后换热管内径扩大1.2～1.7mm为合格。

3、进行胀接，胀接顺序采取“十”字形，并做好胀接记录，避免漏胀。

4、采用千分尺对胀后换热管内径进行测量、记录，计算内径变化值，对达不到要求的进行补胀，补胀次数不易大于2次。

5、管子胀后不得有裂纹；胀口内壁由圆柱部分转入翻边部分，应有明显的翻边角线，但不得有切口或挤出现象；.胀完后的胀口不应有过胀。

步骤(9)：换热管与外管板焊接

1、对换热管两端进行平头，保证换热管伸出右端外管板5mm。

2、采用乙醇对管板表面进行清理，确保管板表面及管孔坡口内无油污、水渍等杂质。

3、采用氩弧管板自动焊对换热管与管板进行焊接，选用与换热管材质相匹配的焊材，焊材规格为Φ0.8mm，氩气纯度≥99.999％。

4、第一遍焊接：焊接电流160～200A，焊接电压10～14V，送丝速度100～120mm/min，旋转速度170～180，旋转角度375°，保护气流量5～8L/min。

5、第二遍焊接：焊接电流170～190A，焊接电压10～14V，送丝速度140～160mm/min，旋转速度170～180，旋转角度375°，保护气流量5～8L/min。

6、第三遍焊接：焊接电流170～190A，焊接电压10～14V，送丝速度140～160mm/min，旋转速度170～180，旋转角度375°，保护气流量5～8L/min。

7、焊接技术要求：

(1)采用“十”字形顺序进行焊接，然后进行跳花焊接。

(2)每一遍焊接完成后必须进行渗透检测，并进行气密试验，检测合格后才能进行下一遍的焊接。

8、对换热管与外管板进行贴胀。

步骤(10)：耐压试验

1、对壳程进行气压试验，无泄漏、无异声、无异形为合格。

2、将壳程抽真空，对聚液层进行氦检漏试验，漏率≤1.0×10^-8Pa.m³/S为合格。

3、对管程进行液压试验、气密性试验。

本发明的有益效果：

本发明成功得完成了大规格镍基合金双管板换热器设备制作任务，此设备制作工艺与以往双管板换热器制作有以下技术改进：

1、大直径管板堆焊，采用融合比较小的电渣带极堆焊，焊前采用L形定位块进行固定并交替焊接顺序，并在过渡层焊接后进行消应热处理，在保证堆焊成分的同时，有效地防止管板堆焊产生的变形。

2、优化了双管板换热器换热管与内管板采用强度胀接形式，将传统的“3+6+3”开槽重新设计为“4+6+4-18-4+6+4”结构。减小了开槽深度、增加了开槽数量，既能减少换热管与内管板强度胀接时的损伤，又能保证胀接密封质量。

3、正式胀接前制备胀接试件，根据优化后的开槽尺寸，试验最佳管径扩大1.2～1.7mm。

4、调整双管板组焊顺序，由两管板连接在一起后进行穿管，改为内管板与壳程筒体组焊完毕后再穿装换热管、外管板；并在壳程筒体与内管板焊接、积液层与内外管板焊接前，设计制作了防变形固定拉杆，有效的避免了环缝焊接造成的管板变形。

5、换热管与管板焊接实现了氩弧管板自动焊，减小了焊缝质量对焊工技能的依赖性，提高了焊接质量；同时焊接速度提高为手工焊的三倍，提高了施焊效率。

附图说明

图1为双管板换热器结构示意图；

图2为管板固定示意图；

图3为传统管板孔开槽结构示意图；

图4为本发明内管板开槽结构示意图；

图5为本发明固定拉杆结构及固定示意图。

其中，1.外管板，2.内管板，3.壳程筒体，4.换热管，5.积液层壳体，6.定位块，7.管板，8.焊接工装，9.固定拉杆。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种直径为Φ2800mm，换热管规格为Φ57×3.5、材质为N06600，管板为16MnⅢ锻件堆焊N06600。

1、管板堆焊：采用电渣带极堆焊堆焊管板耐蚀层，焊丝牌号选用GDS-C3，焊剂牌号选用GXN-600。焊前在管板圆周均匀焊接12块L形定位块，第一遍从管板外边缘向管板中心堆焊，堆焊后进行消应热处理；第二遍从管板中心向管板边缘堆焊，第三遍再从外向内堆焊，如此交替堆焊5遍，堆焊后机加工至复层厚度为10mm。

2、内、外管板孔加工：在内、外管板的圆周上焊接固定24块定位块，保证内外管板同心，然后再内外管板上同时钻孔，从而使得内、外管板上的管孔一一对应、且同心。外管板管孔进行倒角加工。按“4+6+4-18-4+6+4”结构加工内管板环槽。

3、设备筒体组焊制作：焊接壳程筒体与内管板，焊前制作15支固定拉杆，均匀固定在内管板上，采用埋弧自动焊进行焊接；拆除固定拉杆后测量筒体尺寸符合要求，将管板、换热管清理干净后穿装换热管。依次将积液层壳体与内、外管板组对，安装固定15支固定拉杆，对积液层壳体与内、外管板焊接

4、内管板胀接：胀接顺序采取“十”字形，并做好胀接记录，避免漏胀。采用千分尺对胀后换热管内径进行测量、记录，以内径扩大1.2～1.7mm为合格。

5、换热管焊接：将换热管两端平头至外伸5mm，采用管板自动焊进行焊接，焊接工艺如表1所示：

表1

6、耐压试验：对壳程进行气压试验，无泄漏、无异声、无异形为合格。将壳程抽真空，对聚液层进行氦检漏试验，漏率≤1.0×10^-8Pa.m³/S为合格。对管程进行液压试验、气密性试验。经试验合格。

上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种大规格镍合金双管板换热器的制作工艺，其特征是：包括以下步骤：（1）外管板堆焊，（2）首先在内、外管板的圆周上焊接定位块，然后在内外管板上同时钻孔，内管板环槽为4道开槽，采用“4+6+4-18-4+6+4”结构，槽宽为4mm，深度为0.5mm，（3）采用埋弧自动焊按工艺要求对壳程筒体与内管板环缝进行焊接，（4）穿装换热管，（5）积液层壳体与内管板组对，（6）积液层壳体与外管板组对，（7）积液层壳体与内、外管板焊接，（8）内管板胀接，胀管前制备试件，对换热管与管板进行试胀，以胀后换热管内径扩大1.2～1.7mm为合格，进行胀接，胀接顺序采取“十”字形，（9）换热管与外管板氩弧管板自动焊，首先用“十”字形顺序进行焊接，然后进行跳花焊接，（10）耐压试验，所述步骤（1）中使用电渣带极堆焊，堆焊前在管板周围焊接L形定位块，将管板与焊接工装进行固定连接，相邻两遍的堆焊方向相反，过渡层堆焊完毕后进行消应热处理。

2.如权利要求1所述的制作工艺，其特征是：所述步骤（3）中焊前制作固定拉杆，均匀穿装、固定在内管板上。

3.如权利要求1所述的制作工艺，其特征是：所述步骤（7）中焊前制作固定拉杆，均匀穿装、固定在外管板上。

4.如权利要求1所述的制作工艺，其特征是：所述步骤（7）中采用埋弧自动焊按工艺要求对积液层筒体与内、外管板环缝进行焊接。