CN114101522B - 一种换热器管板与换热管的连接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种换热器管板与换热管的连接工艺，包括如下步骤，S1、管板管孔壁上开设环形凹槽，在管板管孔开口边缘处加工出焊接坡口；S2、将换热管管端穿过管板管孔，在焊接坡口处将管板与换热管焊接；S3、焊接后首先进行液压胀，再进行机械胀，即得。本发明焊接后，采用液压胀的基础上，再采用机械胀，也就是混合胀模式，液压胀具有柔性胀接方式的应力均匀、抗应力腐蚀强、易于胀入孔槽等特点，而机械胀能够保证所要求的胀度，以及消除液压胀残余的轴向应力，有力的保障了管板与换热管连接接头的密封性及强度。

Description

一种换热器管板与换热管的连接工艺
技术领域
本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种换热器管板与换热管的连接工艺。
背景技术
在换热器中，管板与换热管的连接接头常用的连接技术有焊接、胀接、以及胀焊并用等方法。强度焊适用于压力≤35MPa的无较大振动、无缝隙腐蚀倾向的场合，强度胀适用于操作中无振动，无过大的温度波动及无明显的应力腐蚀倾向的换热器。胀焊并用适用于有振动或循环载荷、存在缝隙腐蚀倾向或者采用复合管板的场合，能有效的减轻管束振动对焊口的损伤，避免间隙腐蚀。如CN201510763462.3公开了一种管板式热交换器换热管的方法，包括下列步骤：(a)在管板的孔内壁开设不少于一个的凹槽；(b)将换热管插入孔内；(c)换热管内插入胀管器，通过胀管器将处于管板孔部位的换热管扩胀后与管板紧固并嵌入凹槽内。CN201811320556.3公开了一种换热器管板与换热管的连接方法，采用胀接和电阻焊同时进行的方式，在胀管的同时，对管板与管之间的至少一个环形膨胀接触点通电加热，使其在胀管压力下形成焊点，该专利可提高焊接效率。然而，以上专利缺陷在于，对于使用条件苛刻，如受循环载荷、有应力腐蚀倾向，对密封性能要求极高的换热器，其换热管与管板连接方法密封性等成为难点。
发明内容
针对现有技术的管板与换热管连接不满足严苛条件下使用的技术问题，本发明目的在于提供一种换热器管板与换热管的连接工艺，具有耐循环载荷、耐腐蚀、密封性好等优点。
本发明提供一种换热器管板与换热管的连接工艺，包括如下步骤：
S1、管板管孔壁上开设环形凹槽，在管板管孔开口边缘处加工出焊接坡口；
S2、将换热管管端穿过管板管孔，换热管管端高于管板端面，在焊接坡口处将管板与换热管焊接；
S3、焊接后首先进行液压胀胀接，再进行机械胀胀接，将管板与换热管连接，即得。
进一步的，焊接坡口为J型坡口，目的在于可使管板减少焊缝根部应力，实现完全焊透。
进一步的，换热管穿过管板管孔前，对换热管管口端内外表面进行除锈处理，管内采用手电钻带动钢丝刷清理掉毛刺及氧化皮，露出金属光泽；换热管管口端除锈处理的长度为比管板的厚度长50mm；焊接完毕后，先进行PT检测，再进行0.4MPa的气密性检测。
进一步的，焊接方式为加丝GTAW，采用手工焊或者自动焊，焊接工艺为：母材SA516+SA179，焊材ER70S-6，电源直流，极性正接，直径φ2.4mm，电流110±10A，电压14±2V，焊速6-8cm/min，焊机位置5FG。
进一步的，液压胀采用全长液压胀工艺，机械胀采用全长机械胀工艺，全长液压胀工艺是指胀接时，采用胀接头对位于管板内的换热管全部进行胀接，而不是对位于管板内的换热管局部胀接。全长液压胀工艺、全长机械胀工艺有利于对位于管板内的换热管进行全面胀接，使环形凹槽完全布置在胀接的有效长度内，换热管受力均匀、易于胀入槽等优点，提高连接接头的强度及密封性。
进一步的，液压胀的胀度为3-4％，机械胀的胀度为3-4％，最终的胀度为6-8％。
进一步的，机械胀时，换热管先在管板上半部分成排胀接，然后再从管板下半部分成排胀接；液压胀时，在管板随机位置进行胀接，不得成排胀接；以上胀接顺序的目的在于，可以使管板受力均匀，防止胀接时管孔受力不均发生形变。
进一步的，液压胀的工艺为液压胀压力240-250MPa，保压时间3-5s，前端退缩量15mm，后端退缩量3mm，润滑剂采用食品级水溶性润滑剂。
进一步的，机械胀的工艺为电流2A，前端退缩量12mm，后端退缩量3mm，润滑剂采用食品级水溶性润滑剂。
进一步的，机械胀后对连接接头进行氦检漏检测，检查其密封性，最后对该连接接头进行耐压试验，检查其连接强度。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明在管板管孔上开有环形凹槽，通过液压胀接在环形凹槽边缘形成高残余接触压力的密封环带，增强拉脱力、阻止壳程介质的泄漏；
(2)本发明在焊接工艺中，采用J型坡口，减少焊接应力并能提高焊缝焊透性；
(3)本发明在液压胀接过程中，换热管壁会产生一个沿轴向的拉伸应力，该应力不仅对换热管本身不利，还对焊缝产生一个向外的剪应力，而本发明在液压胀之后的机械胀接消除了该轴向应力并可释放焊缝受到的剪应力，二者协同配合提高连接接头的密封性及强度。
综上，本发明焊接后，采用液压胀的基础上，再采用机械胀，也就是混合胀模式，液压胀具有柔性胀接方式的应力均匀、抗应力腐蚀强、易于胀入孔槽等特点，而机械胀能够保证所要求的胀度，以及消除液压胀残余的轴向应力，有力的保障了管板与换热管连接接头的密封性及强度，延长其使用寿命。本发明对连接完成的接头进行氦检漏检测，检查其密封性，换热管与管板焊缝泄漏量在5-9×10-9Pa.m3/s；连接头耐压试验，壳程经23.8MPa的水压试验合格。本发明同时大幅度降低了企业的生产经营成本，带来经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具体实施方式的管板剖视结构示意图。
图2是本发明具体实施方式的J型坡口焊接图。
图3是本发明具体实施方式的焊后胀前示意图。
图4是本发明具体实施方式的液压胀后示意图。
图5是本发明具体实施方式的液压胀、机械胀后示意图。
图中，1-管板，2-环形凹槽，3-焊接坡口，4-换热管，5-焊接点，6-原换热管壁，7-液压胀后换热管壁，8-机械胀后换热管壁。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
现结合实施实例对本发明进行进一步说明，
某高压换热器，设计压力为18.3Mpa，管板材料为SA516 GR.70，厚度100mm，换热管材料SA179，规格φ15.875×2.413mm，因设计压力＞4.0MPa且需采用强度胀接，应进行胀接工艺试验。
本发明所述的换热器管板与换热管的连接工艺，包括如下步骤：
S1：参考图1所示，管板1的管孔内壁上作开槽处理，所开槽为两个环形凹槽2，管板1前端壳程侧与第一个环形凹槽2边缘的距离为25mm。需要进一步说明的是，在管板1上管孔开口边缘处加工出焊接坡口3，焊接坡口3为J型坡口；
S2：换热管4管端150mm长度内，外表面除锈，露出金属光泽，管内采用手电钻带动钢丝刷清理掉毛刺及氧化皮，将换热管4管端穿过管板1管孔，换热管4管端高于管板1端面，在焊接坡口3处将管板1与换热管4焊接，如图2所示，焊接方式为加丝GTAW，采用手工焊，表1示出了焊接的工艺条件；
表1接头焊接工艺参数表
如图3所示，焊接完毕后，先进行PT检测，再进行0.4MPa的气密性检测；
S3：焊后首先进行液压胀，根据胀度公式算出换热管4液压胀后的内径尺寸，并控制胀度在3-4％之间。胀接位置开始处距离管板1壳程侧前端15mm，根据胀接设备使用说明及操作经验，预置一个胀接压力，液压胀接压力为240-250MPa，测量胀接前后尺寸变化计算出实际胀度。对比实际胀度和要求胀度的差别，调节胀接压力再次胀接，直至达到要求的胀度。润滑剂采用食品级水溶性润滑剂。液压胀时，换热管4应先在管板1上半部分成排胀接，然后再从管板1下半部分的对立排进行胀接；
机械胀时，胀接位置开始处距离管板1前端12mm，机械胀采用三滚柱机械胀，预置一个胀接电流，机械胀胀度在3-4％之间，调节胀接电流再次胀接，直至机械胀达到要求的胀度6-8％。机械胀时，在随机位置实施换热管4胀接，不得一排又一排的进行胀接，表2示出了液压胀+机械胀的混合胀胀接参数。
表2混合胀胀接参数
如表2所示，液压胀及机械胀均采用的全长胀接工艺，本实施例所胀接的管板1厚度为100mm，现有的液压胀接设备胀接头可进行一次性全长胀接，而对于机械胀接设备的胀接头无法达到100mm的胀接长度，需要调节胀接头在换热管4内的深度，进行多次机械胀接，如1次约1/2全长胀接，再进行一次1/2全长胀接可实现全长胀接。
对连接完成的接头进行氦检漏检测，检查其密封性，换热管4与管板1焊缝泄漏量在5-9×10-9Pa.m3/s之间。最后对该连接接头进行耐压试验，壳程经23.8MPa的水压试验合格，其连接强度合格。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种换热器管板与换热管的连接工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、管板（1）管孔壁上开设环形凹槽（2），在管板（1）管孔开口边缘处加工出焊接坡口（3）；
S2、将换热管（4）管端穿过管板（1）管孔，在焊接坡口（3）处将管板（1）与换热管（4）焊接；
S3、焊接后首先进行液压胀胀接，再进行机械胀胀接，将管板（1）与换热管（4）连接，即得；
焊接坡口（3）为J型坡口；
焊接方式为加丝GTAW，采用手工焊或者自动焊；焊接工艺为：母材SA516 +SA179，焊材ER70S-6，电源直流，极性正接，直径φ2.4mm，电流110±10A，电压14±2V，焊速6-8cm/min，焊机位置5FG；
液压胀采用全长液压胀工艺，机械胀采用全长机械胀工艺；
机械胀时，换热管（4）先在管板（1）上半部分管孔上成排胀接，然后再从管板（1）下半部分管孔上成排胀接；液压胀时，在管板（1）随机管孔位置进行胀接，不得成排胀接。
2.如权利要求1所述的换热器管板与换热管的连接工艺，其特征在于，换热管（4）穿过管板（1）管孔前，对换热管（4）管口端内外表面进行除锈处理，管内采用手电钻带动钢丝刷清理掉毛刺及氧化皮；换热管（4）管口端除锈处理的长度为比管板（1）的厚度长50mm。
3.如权利要求1所述的换热器管板与换热管的连接工艺，其特征在于，液压胀的胀度为3-4%，机械胀的胀度为3-4%，最终的胀度为6-8%。
4.如权利要求1所述的换热器管板与换热管的连接工艺，其特征在于，液压胀的工艺为液压胀压力240-250MPa，保压时间3-5s，前端退缩量15mm，后端退缩量3mm，润滑剂采用食品级水溶性润滑剂。
5.如权利要求1所述的换热器管板与换热管的连接工艺，其特征在于，机械胀的工艺为电流2A，前端退缩量12mm，后端退缩量3mm，润滑剂采用食品级水溶性润滑剂。
6.如权利要求1所述的换热器管板与换热管的连接工艺，其特征在于，机械胀后进行密封性检测及耐压试验。
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