CN118023867A - 一种钛合金双管板换热器的换热管与管板结构和连接方法 - Google Patents

一种钛合金双管板换热器的换热管与管板结构和连接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及换热器制造技术领域，尤其涉及一种钛合金双管板换热器的换热管与管板连接方法。一种钛合金双管板换热器的换热管与管板连接方法包括S100、在内管板上加工内管板管孔，在每个内管板管孔内加工两个凹槽，在外管板上加工外管板管孔和封焊侧坡口；S200、换热管穿入内管板和外管板，对换热管与内管板进行机械强度胀；S300、对换热管和外管板进行一次贴胀，随后再进行一次局部机械强度胀；对换热管突出到外管板远离内管板一侧的部分进行平口加工和强度封焊。一种钛合金双管板换热器的换热管与管板连接方法，其优势在于，连接可靠性高，换热管与双管板连接处不易发生泄漏，具有很高的安全性。

Description

一种钛合金双管板换热器的换热管与管板结构和连接方法
技术领域
本发明涉及换热器制造技术领域，尤其涉及一种钛合金双管板换热器的换热管与管板结构和连接方法。
背景技术
钛合金换热器由于钛合金的密度低，比强度高，无磁，耐多种介质腐蚀性能及焊接性好等突出优点，在制造业诸多领域应用越来越广泛。换热器种类很多，其中有一类换热器采用双管板结构，称为双管板换热器，换热管每端均与两块管板相连，靠近壳程的称为内管板，靠近管程的称为外管板，换热管与两块管板通常采用胀接或焊接或胀焊并用实现连接。双管板换热器的内外管板之间留有一定的空间并设有接管或放泄孔，当换热管与一侧管板的连接处发生泄漏时，漏入的流体在此空间内收集起来，通过接管或放泄孔引出，因此可保证壳程流体和管程流体不至相互串漏和污染。与单管板换热器相比，双管板换热器管板加工要求高，对换热管制造工艺及质量要求高，换热管与管板连接工艺复杂，可靠性要求高。对整台换热器而言，最容易出现问题的地方也是质量要求最严、工艺难度最大的地方就是换热管与管板的连接。双管板换热器整体制造难度大，工程上尽量是避免使用双管板换热器。但是对于强腐蚀介质、剧毒介质等需要回收以及管程与壳程介质严禁混合的场合，双管板换热器又是一种必要的选择，应用场合也很广泛。
对于管壳式换热器，换热管与管板的连接可靠性直接决定了换热器制造质量及能否正常使用，换热管与管板的连接工艺方法是换热器制造的关键同时也是核心技术。对于双管板换热器，换热管与管板连接形式复杂，例如，公开号为CN203464830U的中国实用新型专利公开了一种换热器换热管与管板的连接结构，包括换热管和管板，所述管板上设有管孔，管控内插设有连接管，并且该连接管的两端外露于管板的侧面，管板的两侧面上与连接管之间分别焊接有第一堆焊层和第二堆焊层，第一、第二堆焊层与所述管板的两侧面为强度焊，第一、第二堆焊层与连接管之间为密封焊接；连接管与管孔之间为贴胀连接；换热管与连接管的一端通过内侧深孔焊相连接。该专利的连接方式工艺难度大，可靠性要求高，尤其是对于服役工况恶劣的双管板换热器，如承受强腐蚀介质、高温、高压、冲击、振动等工况的换热器，如果连接工艺可靠性不高，很容易在换热管与管板连接处出现渗漏，导致换热器不能正常工作甚至造成灾难性后果。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种钛合金双管板换热器的换热管与管板连接方法，采用换热管与内管板之间胀接连接，内管板管孔内设有两个胀接用的凹槽，换热管与外管板之间通过两次胀接连接后在外表面封焊，解决了工艺难度大，可靠性要求高，容易在换热管与管板连接处出现渗漏，导致换热器不能正常工作甚至造成灾难性后果等的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种钛合金双管板换热器的换热管与管板结构，包括：
管板组件，包括相对地设置的内管板和外管板，在所述内管板设有多个内管板管孔，在所述外管板设有多个外管板管孔，所述内管板管孔与所述外管板管孔一一相对设置，在各所述内管板管孔的内周壁上设有至少两个环形凹槽；
换热管，在每个相对的所述内管板管孔和所述外管板管孔之间插入一个所述换热管，所述换热管与所述内管板管孔和所述外管板管孔之间通过胀接和焊接结合的方式连接。
一种钛合金双管板换热器的换热管与管板连接方法，如上所述的钛合金双管板换热器的换热管与管板的连接方法，包括：
S100、加工内管板和外管板
S110、对应换热管的尺寸和数量适应性的在内管板上加工多个内管板管孔，在内管板管孔内沿周向方向加工凹槽，在管孔两端加工倒角；
S120、对应换热管的尺寸和数量，以及各内管板管孔，适应性的在外管板上加工外管板管孔；在各外管板管孔的第一端加工半V型封焊坡口，所述第一端为外管板管孔远离内管板的端部，在另一端加工倒角。
S200、连接换热管和内管板
S210、在每个对应的内管板和外管板管孔中插入一根换热管，对换热管位于内管板管孔中的部分进行机械胀操作，保证胀紧度为6-10％；
S220、按照壳程压力试验规程检验胀接部位的密封程度，合格后方可胀接外管板；
S300、连接换热管和外管板
S310、对各换热管插入到外管板管孔内部的部分进行第一次胀接操作，胀接形式为贴胀，消除换热管与外管板管孔之间的间隙，胀紧度不超过3％；
S320、对第一次胀接操作的部分的局部进行第二次胀接操作，胀接形式为机械强度胀，胀紧度为2-5％；
S330、对换热管突出到外管板远离内管板一侧的部分进行平口加工，形成封焊区，清洗和烘干封焊区；
S340、对换热管与外管板的远离内管板一侧进行封焊操作。
进一步的，在步骤S110中，内管板管孔的表面粗糙度≯6.3；
凹槽尺寸为，宽度W＝3～8mm，深度S＝0.3～0.5mm；
所述凹槽为两个，两个所述凹槽之间的距离T＝6～12mm；
管孔两端倒角为R1～R2。
进一步的，在步骤S120中，
外管板管孔的表面粗糙度≯6.3；
外管板管孔封焊处半V型封焊坡口深度d为0.5～1.0mm，坡口角度β为50°～65°，另一端倒角为R1～R2。
进一步的，换热管的第一端伸出所述外管板的部分长度为0～0.5mm。
进一步的，在步骤S210中，所述换热管位于内管板管孔内部的胀接部分距离所述内管板两个表面的距离为3～5mm。
进一步的，在步骤S310中，第一次胀接部分距离外管板远离内管板的表面的距离为12～17mm，第一次胀接部分距离外管板相对于内管板的表面的距离为1～3mm；
当第一次胀接部分的长度≯50mm时，采用机械胀方式胀接；
当第一次胀接部分的长度＞50mm时，采用液压胀方式胀接。
进一步的，在步骤S320中，
第二次胀接部分与外管板相对于内管板的表面之间的距离为10～20mm；
第二次胀接部分的长度与换热管在内管板内部胀接部分的长度差为±1mm。
进一步的，在步骤S340中，封焊的方法包括：
封焊采用脉冲钨极氩弧焊，先通过封底焊焊接一圈保证根部熔合，随后再加丝填充焊焊接两圈。
进一步的，焊枪保护气采用纯度不低于99.999％Ar，焊缝背面保护气采用纯度不低于99.99％Ar。
相对于现有技术，本发明所述的一种钛合金双管板换热器的换热管与管板连接方法，具有以下优势：
本技术方案优点在于降低了工艺难度和对可靠性的要求，换热管与管板连接处不易发生泄漏，保证换热器能够正常工作，避免了导致灾难性的后果。
附图说明
图1为本发明的实施例所述的换热管与管板结构示意图。
附图标记说明：
1-内管板，2-外管板，3-换热管，4-凹槽。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
在本发明中涉及“第一”、“第二”、“上”、“下”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“上”、“下”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当实施例之间的技术方案能够实现结合的，均在本发明要求的保护范围之内。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，一种钛合金双管板换热器的换热管与管板结构，包括：
管板组件，包括相对地设置的内管板1和外管板2，在所述内管板1设有多个内管板管孔，在所述外管板2设有多个外管板管孔，所述内管板管孔与所述外管板管孔一一相对设置，在各所述内管板管孔的内周壁上设有至少两个环形凹槽4；
换热管3，在每个相对的所述内管板管孔和所述外管板管孔之间插入一个所述换热管3，所述换热管3与所述内管板管孔和所述外管板管孔之间通过胀接和焊接结合的方式连接。
换热管3与管板之间通过胀接与焊接结合的方式，降低了工艺难度和对可靠性的要求，换热管3与管板连接处不易发生泄漏，保证换热器能够正常工作，避免了导致灾难性的后果。
一种钛合金双管板换热器的换热管与管板连接方法，如上所述的钛合金双管板换热器的换热管与管板的连接方法，包括：
S100、加工内管板和外管板
S110、对应换热管的尺寸和数量适应性的在内管板上加工多个内管板管孔，在内管板管孔内沿周向方向加工凹槽，在管孔两端加工倒角；
内管板管孔的表面粗糙度≯6.3；
凹槽尺寸为，宽度W＝3～8mm，深度S＝0.3～0.5mm；
所述凹槽为两个，两个所述凹槽之间的距离T＝6～12mm；
管孔两端倒角为R1～R2。
S120、对应换热管的尺寸和数量，以及各内管板管孔，适应性的在外管板上加工外管板管孔；在各外管板管孔的第一端加工半V型封焊坡口，所述第一端为外管板管孔远离内管板的端部，在另一端加工倒角。
外管板管孔的表面粗糙度≯6.3；
外管板管孔封焊处半V型封焊坡口深度d为0.5～1.0mm，坡口角度β为50°～65°，另一端倒角为R1～R2。
换热管的第一端伸出所述外管板的部分长度为0～0.5mm。
S200、连接换热管和内管板
S210、在每个对应的内管板和外管板管孔中插入一根换热管，对换热管位于内管板管孔中的部分进行机械胀操作，保证胀紧度为6-10％；
所述换热管位于内管板管孔内部的胀接部分距离所述内管板两个表面的距离为3～5mm。
S220、按照壳程压力试验规程检验胀接部位的密封程度，合格后方可胀接外管板；
S300、连接换热管和外管板
S310、对各换热管插入到外管板管孔内部的部分进行第一次胀接操作，胀接形式为贴胀，消除换热管与外管板管孔之间的间隙，胀紧度不超过3％；
第一次胀接部分距离外管板远离内管板的表面的距离为12～17mm，第一次胀接部分距离外管板相对于内管板的表面的距离为1～3mm；
当第一次胀接部分的长度≯50mm时，采用机械胀方式胀接；
当第一次胀接部分的长度＞50mm时，采用液压胀方式胀接。
S320、对第一次胀接操作的部分的局部进行第二次胀接操作，胀接形式为机械强度胀，胀紧度为2-5％；
第二次胀接部分与外管板相对于内管板的表面之间的距离为10～20mm；
第二次胀接部分的长度与换热管在内管板内部胀接部分的长度差为±1mm。
S330、对换热管突出到外管板远离内管板一侧的部分进行平口加工，形成封焊区，清洗和烘干封焊区；
S340、对换热管与外管板的远离内管板一侧进行封焊操作。
封焊的方法包括：
封焊采用脉冲钨极氩弧焊，先通过封底焊焊接一圈保证根部熔合，随后再加丝填充焊焊接两圈。保证焊喉尺寸不低于管壁厚。焊枪保护气采用纯度不低于99.999％Ar，焊缝背面保护气采用纯度不低于99.99％Ar，保证焊后封焊焊缝颜色为银白或淡黄色。具体焊接工艺参数见表1。
表1
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种钛合金双管板换热器的换热管与管板结构，其特征在于，包括：
管板组件，包括相对地设置的内管板和外管板，在所述内管板设有多个内管板管孔，在所述外管板设有多个外管板管孔，所述内管板管孔与所述外管板管孔一一相对设置，在各所述内管板管孔的内周壁上设有至少两个环形凹槽；
换热管，在每个相对的所述内管板管孔和所述外管板管孔中插入一个所述换热管，所述换热管与所述内管板管孔和所述外管板管孔之间通过胀接和焊接结合的方式连接。
2.一种钛合金双管板换热器的换热管与管板连接方法，其特征在于，如权利要求1所述的钛合金双管板换热器的换热管与管板的连接方法，包括：
S100、加工内管板和外管板
S110、对应换热管的尺寸和数量适应性的在内管板上加工多个内管板管孔，在内管板管孔内沿周向方向加工凹槽，在管孔两端加工倒角；
S120、对应换热管的尺寸和数量，以及各内管板管孔，适应性的在外管板上加工外管板管孔；在各外管板管孔的第一端加工半V型封焊坡口，所述第一端为外管板管孔远离内管板的端部，在另一端加工倒角。
S200、连接换热管和内管板
S210、在每个对应的内管板和外管板管孔中插入一根换热管，对换热管位于内管板管孔中的部分进行机械胀操作，保证胀紧度为6-10％；
S220、按照壳程压力试验规程检验胀接部位的密封程度，合格后方可胀接外管板；
S300、连接换热管和外管板
S310、对各换热管插入到外管板管孔内部的部分进行第一次胀接操作，胀接形式为贴胀，消除换热管与外管板管孔之间的间隙，胀紧度不超过3％；
S320、对第一次胀接操作的部分的局部进行第二次胀接操作，胀接形式为机械强度胀，胀紧度为2-5％；
S330、对换热管突出到外管板远离内管板一侧的部分进行平口加工，形成封焊区，清洗和烘干封焊区；
S340、对换热管与外管板的远离内管板一侧进行封焊操作。
3.根据权利要求2所述的钛合金双管板换热器的换热管与管板连接方法，其特征在于，
在步骤S110中，
内管板管孔的表面粗糙度≯6.3；
凹槽尺寸为，宽度W＝3～8mm，深度S＝0.3～0.5mm；
所述凹槽为两个，两个所述凹槽之间的距离T＝6～12mm；
管孔两端倒角为R1～R2。
4.根据权利要求2所述的钛合金双管板换热器的换热管与管板连接方法，其特征在于，
在步骤S120中，
外管板管孔的表面粗糙度≯6.3；
外管板管孔封焊处半V型封焊坡口深度d为0.5～1.0mm，坡口角度β为50°～65°，另一端倒角为R1～R2。
5.根据权利要求4所述的钛合金双管板换热器的换热管与管板连接方法，其特征在于，
换热管的第一端伸出所述外管板的部分长度为0～0.5mm。
6.根据权利要求2所述的钛合金双管板换热器的换热管与管板连接方法，其特征在于，
在步骤S210中，所述换热管位于内管板管孔内部的胀接部分距离所述内管板两个表面的距离为3～5mm。
7.根据权利要求2所述的钛合金双管板换热器的换热管与管板连接方法，其特征在于，
在步骤S310中，第一次胀接部分距离外管板远离内管板的表面的距离为12～17mm，第一次胀接部分距离外管板相对于内管板的表面的距离为1～3mm；
当第一次胀接部分的长度≯50mm时，采用机械胀方式胀接；
当第一次胀接部分的长度＞50mm时，采用液压胀方式胀接。
8.根据权利要求7所述的钛合金双管板换热器的换热管与管板连接方法，其特征在于，
在步骤S320中，
第二次胀接部分与外管板相对于内管板的表面之间的距离为10～20mm；
第二次胀接部分的长度与换热管在内管板内部胀接部分的长度差为±1mm。
9.根据权利要求2所述的钛合金双管板换热器的换热管与管板连接方法，其特征在于，
在步骤S340中，封焊的方法包括：
封焊采用脉冲钨极氩弧焊，先通过封底焊焊接一圈保证根部熔合，随后再加丝填充焊焊接两圈。
10.根据权利要求9所述的钛合金双管板换热器的换热管与管板连接方法，其特征在于，
焊枪保护气采用纯度不低于99.999％Ar，焊缝背面保护气采用纯度不低于99.99％Ar。
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