CN111360373A - 一种u型换热管与管板焊接工艺及其应用 - Google Patents

一种u型换热管与管板焊接工艺及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及急冷器制备技术领域，尤其涉及一种U型换热管与管板焊接工艺及其应用。所述工艺包括：(1)坡口加工；(2)坡口清理及检查；(3)将换热管按行穿管；(4)组对和打底层焊接；(5)打底层检测；(6)盖面层焊接；(7)盖面层检测；(8)耐压试验。本发明将换热管和管板的焊接部位的坡口由原方法的内坡口改成V形外坡口，并采用手工氩弧焊进行焊接，代替内孔焊焊接，大大降低了制作成本。同时，为了满足手工氩弧焊代替内孔焊焊接的条件，本发明将换热管由传统的按列穿管方式改为按行穿管，从而使相邻两焊口之间的间距变大，使换热管和管板之间的焊接采用手工氩弧焊即可完成，在保障焊接质量的同时明显降低这种急冷器的制备成本。

Description

一种U型换热管与管板焊接工艺及其应用
技术领域
本发明涉及急冷器制备技术领域，尤其涉及一种U型换热管与管板焊接工艺及其应用。
背景技术
本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
急冷器为氟化工项目的关键设备，管程金属壁的工作温度一般为162℃，设计温度为400℃，工作介质温度为680℃(进口)/180℃(出口)，设备运行时进口侧管板的平均金属壁温近400℃。急冷器为U型换热管，换热管规格一般为
Figure BDA0002412837260000011
材质为Q345D，其换热管与管板焊接结构设计为一端为角接接头结构，另一端为内孔焊结构。
然而，本发明人发现：在这种换热管与管板的焊接过程中，由于换热管尺寸较大，若采用内孔焊焊机进行焊接(如说明附图1所示)，则需购买内孔焊专用焊接设备，但单台内孔焊设备造价达几十万元，成本较高，若购买后，后序该设备的使用率很低，易造成设备的闲置浪费。若将结构改为角接接头结构，由于该端温度较高，材料的抗拉强度降低，且角焊缝厚度较薄，造成焊缝强度无法满足要求，且焊接后的换热管外壁与管板上焊孔内侧之间存在间隙，该间隙直接面临工作介质，容易产生间隙腐蚀。
发明内容
针对上述的问题，本发明提出一种U型换热管与管板焊接工艺及其应用。本发明通过对焊接坡口形式的改进、换热管穿管顺序的改变，使换热管和管板之间的焊接采用手工氩弧焊即可完成，在保障焊接质量的同时明显降低这种急冷器的制备成本。
本发明第一目的：提供一种U型换热管与管板焊接工艺。
本发明第二目的：提供所述U型换热管与管板焊接工艺的应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术手段为：
本发明的第一方面，公开一种U型换热管与管板焊接工艺，步骤包括：
(1)坡口加工：采用V形外坡口代替原方法的内坡口，即：将管板上的焊接孔上的凸沿和U型换热管的焊接端加工为V形外坡口。
(2)坡口清理及检查：将所述V形外坡口两侧的污物清理干净，且坡口表面应无明显缺陷。
(3)穿管：将换热管传统的按列穿管方式，改为按行穿管，使相邻两焊口之间的间距变大，便于后期焊接作业。
(4)组对和打底层焊接：换热管穿管完成后，对管板的焊接孔和U型换热管的坡口进行组对，然后采用手工氩弧焊点焊进行打底焊接，且单面焊双面成型，避免背面清根。
(5)打底层检测：打底层焊接完毕经目视检测合格后，对打底焊缝进行100％渗透检测，合格后进入下一工序。
(6)盖面层焊接：用手工氩弧焊进行盖面层焊接。
(7)盖面层检测：盖面层焊接完毕经目视检测合格后，对盖面层焊缝进行100％渗透检测，合格后进入下一工序。
(8)耐压试验：对整根焊接完成的换热管及焊缝进行耐压试验。
(9)耐压试验合格后重复上述步骤(3)-(8)焊接下一换热管。
进一步地，步骤(1)中，所述V形外坡口的钝边为0-1mm，单边坡口角度为25°-30°。
进一步地，步骤(2)中，将坡口两侧各20mm范围内的锈、毛刺等杂质污物进行彻底清理。
进一步地，步骤(2)中，所述明显缺陷包括肉眼可见的裂纹、夹渣、分层等。
进一步地，步骤(4)中，所述组对间隙为3-4mm，错边量不大于0.5mm，组对坡口角度为50-60°。
进一步地步骤(4)中，所述打底焊接的焊丝牌号为ER50-6，焊接电流70-100A，焊接电压16-18V，层间温度不大于150℃。可选地，所述手工氩弧焊采用小型焊枪执行，其型号可以为WP-24W。
进一步地，步骤(6)中，所述盖面层焊接电流为90～160A，焊接电压为16-18V，焊接速度为8-10cm/min；层间温度为≤150℃。可选地，所述盖面层焊接用焊丝牌号为ER50-6。
进一步地，步骤(5)和(7)中，所述目视检测和渗透检测的要求是焊缝无未焊透、气孔、夹渣、未熔合、裂纹等缺陷为合格，即符合NB/T47013.5-2015中Ⅰ级为合格。
进一步地，步骤(8)和(9)中，所述耐压试验合格的要求是：试验过程中无泄露、无异常响声、无可见变形即为合格。
最后，本发明公开所述一种U型换热管与管板焊接工艺在化工装装备制造中的应用，如制造氟化工项目用的急冷器或者其他的一些换热器等。
与现有技术相比，本发明至少具有以下几方面的有益效果：
(1)本发明将换热管和管板的焊接部位的坡口由原方法的内坡口改成V形外坡口，并采用手工氩弧焊进行焊接，代替内孔焊焊接，不仅省去了专用内孔焊焊机的购买，大大降低了制作成本；而且对接焊缝厚度要大于角焊缝焊缝厚度，有效保证了高温下焊缝的抗拉强度。
(2)本发明采用小型焊枪代替普通氩弧焊枪，并采用点焊进行打底焊焊接，克服了由于管间距小、焊接困难的问题，保证了打底焊焊接质量。
(3)为了满足手工氩弧焊代替内孔焊进行焊接的条件，本发明将换热管由传统的按列穿管方式改为按行穿管，从而使相邻两焊口之间的间距变大，使换热管和管板之间的焊接采用手工氩弧焊即可完成，在保障焊接质量的同时明显降低这种急冷器的制备成本。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明背景技术中换所述热管和管板的焊接示意图。
图2为本发明实施例中换热管和管板的焊接示意图。
图3为本发明实施例中坡口形式的结构示意图。
图4为按列穿管的示意图以及本发明实施例中按行穿管的示意图。
上述附图中标记分别代表：1-管板，2-换热管，3-打底层焊缝，4-盖面层焊缝，α-组对坡口角度，b-组对间隙，δ-换热管壁厚，t-钝边，α1-单边坡口角度。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如前文所述，现有的一些急冷器中U型换热管与管板焊接结构设计为一端为角接接头结构，另一端为内孔焊结构。在这种换热管与管板的焊接过程中，由于换热管尺寸较大，采用内孔焊需购买内孔焊专用焊接设备，存在制备成本高以及采用其他方法无法保证焊接质量的问题。因此，本发明提出了一种U型换热管与管板焊接工艺；现结合说明书附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
第一实施例，一种U型换热管与管板焊接工艺，参考图2-4，所述管板材质为16MnⅢ锻件、厚度δ为90mm，所述换热管材质为Q345D，规格为φ57×4mm，所述焊接工艺包括如下步骤：
(1)先将管板1和换热管2焊接端20mm范围内锈等杂质污物进行彻底清理；
(2)利用便携式管道坡口机将管板1上的焊接孔凸沿和换热管2的焊接端加工成坡口，坡口形式为V形外坡口，其钝边t为1mm，单边坡口角度α1为28°。
(3)坡口加工完毕后使用磨光机将坡口两侧各20mm范围内锈、毛刺等杂质污物进行彻底清理。
(4)清理完成后将换热管传统的按列穿管方式改为按行穿管，使相邻两焊口之间的间距变显著增大(由126mm增加至218.24mm，参考图4，圆圈表示焊接口，虚线表示连接不同焊接口的换热管)，便于后期焊接作业。然后对管板的坡口和换热管的坡口进行组对，且两坡口组对间隙b为4mm，组对坡口角度α为56°。
(5)组对合格后选用WP-24W小型焊枪进行打底焊接，焊丝牌号为ER50-6，焊接电流90A，焊接电压17V，焊接速度为5cm/min，氩气流量为8L/min，层间温度不大于150℃。
(6)打底焊接完毕后，对打底层焊缝3进行目视检测和100％渗透检测，检测结果符合NB/T47013.5-2015中Ⅰ级合格要求。
(7)打底焊缝检测合格后再进行盖面层焊接，焊丝牌号为ER50-6，焊接电流150A，焊接电压17V，焊接速度8cm/min；氩气流量为8L/min，层间温度为≤150℃。
(8)盖面层焊接完毕后，对盖面层焊缝4进行目视检测和100％渗透检测，检测结果符合NB/T47013.5-2015中Ⅰ级合格要求。
(9)盖面焊缝检测合格后，按图纸要求试验压力进行水压试验，试验过程中无泄露、无异常响声、无可见变形，检测结果合格。
第二实施例，一种U型换热管与管板焊接工艺，参考图2-4，所述管板材质为16MnⅢ锻件、厚度δ为90mm，所述换热管材质为Q345D，规格为φ57×4mm，所述焊接工艺包括如下步骤：
(1)先将管板1和换热管2焊接端20mm范围内锈等杂质污物进行彻底清理；
(2)利用便携式管道坡口机将管板1上的焊接孔凸沿和换热管2的焊接端加工成坡口，坡口形式为V形外坡口，其钝边t为0.5mm，单边坡口角度α1为25°。
(3)坡口加工完毕后使用磨光机将坡口两侧各20mm范围内锈、毛刺等杂质污物进行彻底清理。
(4)清理完成后将换热管传统的按列穿管方式改为按行穿管，使相邻两焊口之间的间距变大(由126mm增加至218.24mm，参考图4，圆圈表示焊接口，虚线表示连接不同焊接口的换热管)，便于后期焊接作业。然后对管板的坡口和换热管的坡口进行组对，且两坡口组对间隙b为3mm，组对坡口角度α为50°。
(5)组对合格后选用WP-24W小型焊枪进行打底焊接，焊丝牌号为ER50-6，焊接电流70A，焊接电压18V，焊接速度为5cm/min，氩气流量为8L/min，层间温度不大于150℃。
(6)打底焊接完毕后，对打底层焊缝3进行目视检测和100％渗透检测，检测结果符合NB/T47013.5-2015中Ⅰ级合格要求。
(7)打底焊缝检测合格后再进行盖面层焊接，焊丝牌号为ER50-6，焊接电流190A，焊接电压16V，焊接速度7cm/min；氩气流量为8L/min，层间温度为≤150℃。
(8)盖面层焊接完毕后，对盖面层焊缝4进行目视检测和100％渗透检测，检测结果符合NB/T47013.5-2015中Ⅰ级合格要求。
(9)盖面焊缝检测合格后，按图纸要求试验压力进行水压试验，试验过程中无泄露、无异常响声、无可见变形，检测结果合格。
第三实施例，一种U型换热管与管板焊接工艺，参考图2-4，所述管板材质为16MnⅢ锻件、厚度δ为90mm，所述换热管材质为Q345D，规格为φ57×4mm，所述焊接工艺包括如下步骤：
(1)先将管板1和换热管2焊接端20mm范围内锈等杂质污物进行彻底清理；
(2)利用便携式管道坡口机将管板1上的焊接孔凸沿和换热管2的焊接端加工成坡口，坡口形式为V形外坡口，其钝边t为0mm，单边坡口角度α1为30°。
(3)坡口加工完毕后使用磨光机将坡口两侧各20mm范围内锈、毛刺等杂质污物进行彻底清理。
(4)清理完成后将换热管传统的按列穿管方式改为按行穿管(由126mm增加至218.24mm，参考图4，圆圈表示焊接口，虚线表示连接不同焊接口的换热管)，使相邻两焊口之间的间距变大，便于后期焊接作业。然后对管板的坡口和换热管的坡口进行组对，且两坡口组对间隙b为3mm，组对坡口角度α为60°。
(5)组对合格后选用WP-24W小型焊枪进行打底焊接，焊丝牌号为ER50-6，焊接电流100A，焊接电压16V，焊接速度为4.5cm/min，氩气流量为8L/min，层间温度不大于150℃。
(6)打底焊接完毕后，对打底层焊缝3进行目视检测和100％渗透检测，检测结果符合NB/T47013.5-2015中Ⅰ级合格要求。
(7)打底焊缝检测合格后再进行盖面层焊接，焊丝牌号为ER50-6，焊接电流90A，焊接电压18V，焊接速度7cm/min；氩气流量为8L/min，层间温度为≤150℃。
(8)盖面层焊接完毕后，对盖面层焊缝4进行目视检测和100％渗透检测，检测结果符合NB/T47013.5-2015中Ⅰ级合格要求。
(9)盖面焊缝检测合格后，按图纸要求试验压力进行水压试验，试验过程中无泄露、无异常响声、无可见变形，检测结果合格。
性能检测
以第一实施例和第二实施例最后焊接成的试件为对象，对其进行拉伸和弯曲试验，结果分别如表1和表2所示。
表1试件拉伸试验情况(执行标准：NB/T47014-2011)
Figure BDA0002412837260000091
表2试件弯曲试验情况(执行标准：NB/T47014-2011)
Figure BDA0002412837260000092
从表1和2的测试数据可以看出，采用本发明实施例制备的试件的各项性能不仅满足相关的标准要求，而且相对于改进前的方法，本发明的焊接工艺不需要内孔焊设备，成本显著降低。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种U型换热管与管板焊接工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)坡口加工：将管板上的焊接孔上的凸沿和U型换热管的焊接端加工为V形外坡口；
(2)坡口清理及检查：将所述V形外坡口两侧的污物清理干净，且坡口表面应无明显缺陷；
(3)穿管：将换热管按行穿管；
(4)组对和打底层焊接：换热管穿管完成后，对管板的焊接孔和U型换热管的坡口进行组对，然后采用手工氩弧焊点焊进行打底焊接，且单面焊双面成型；
(5)打底层检测：打底层焊接完毕经目视检测合格后，对打底焊缝进行100％渗透检测，合格后进入下一工序；
(6)盖面层焊接：用手工氩弧焊进行盖面层焊接；
(7)盖面层检测：盖面层焊接完毕经目视检测合格后，对盖面层焊缝进行100％渗透检测，合格后进入下一工序；
(8)耐压试验：对整根焊接完成的换热管及焊缝进行耐压试验。
2.如权利要求1所述的U型换热管与管板焊接工艺，其特征在于：步骤(1)中，所述V形外坡口的钝边为0-1mm，单边坡口角度为25°-30°；
优选地，步骤(2)中，将坡口两侧各20mm范围内的锈、毛刺清理干净。
3.如权利要求1所述的U型换热管与管板焊接工艺，其特征在于：步骤(2)中，所述明显缺陷至少包括肉眼可见的裂纹、夹渣、分层中一种。
4.如权利要求1所述的U型换热管与管板焊接工艺，其特征在于：步骤(4)中，所述组对间隙为3-4mm，错边量不大于0.5mm，组对坡口角度为50-60°。
5.如权利要求1所述的U型换热管与管板焊接工艺，其特征在于：步骤(4)中，所述打底焊接的焊丝牌号为ER50-6，焊接电流70-100A，焊接电压16-18V，层间温度不大于150℃；优选地，所述手工氩弧焊采用小型焊枪执行。
6.如权利要求1所述的U型换热管与管板焊接工艺，其特征在于：步骤(6)中，所述盖面层焊接电流为90～160A，焊接电压为16-18V，焊接速度为8-10cm/min；层间温度为≤150℃；优选地，所述盖面层焊接用焊丝牌号为ER50-6。
7.如权利要求1-6任一项所述的U型换热管与管板焊接工艺，其特征在于：步骤(5)和(7)中，所述目视检测和渗透检测的要求是：至少焊缝无未焊透、气孔、夹渣、未熔合、有裂纹的情况。
8.如权利要求1-6任一项所述的U型换热管与管板焊接工艺，其特征在于：步骤(8)和(9)中，所述耐压试验合格的要求是：试验过程中至少无泄露、无异常响声、无可见变形。
9.如权利要求1-6任一项所述的U型换热管与管板焊接工艺，其特征在于：耐压试验合格后重复所述步骤(3)-(8)焊接下一换热管。
10.权利要求1-9任一项所述的U型换热管与管板焊接工艺在化工装装备制造中的应用，优选为制造急冷器。
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