管子與管板連接.ppt

1、換熱器管子與管板連接方式脹接,大連中集重化裝備 技術(shù)部 楊潤梅 2009-04,主要內(nèi)容,1、脹接的基礎(chǔ)知識 2、影響質(zhì)量的因素和脹緊程度的控制 2.1、影響因素 2.2、脹緊程度的控制 3、機械脹接 3.1、分類、組成及應(yīng)用實例 3.2、脹管器 4、液壓脹接 4.1、液壓脹管機工作原理 4.2、液壓脹接方法分類 4.3、“O”形環(huán)液壓脹接 4.4、液袋式液壓脹接 5、橡膠脹接 5.1、橡膠脹接發(fā)展歷史 5.2、橡膠脹管機工作原理 6、脹管缺陷分析 7、我公司脹接設(shè)備簡介 8、換熱管與管板脹接工藝編制及舉例,1、脹接的基礎(chǔ)知識,1.1脹接的概念 脹接是指根據(jù)金屬具有塑性變形的特點，用脹管器將管

2、子脹牢固定在管板上的連接方法。脹接廣泛應(yīng)用于管子-管板結(jié)合，是靠管子和管板變形來達(dá)到密封和緊固的一種機械連接：采用不同方法（如機械、液壓和爆炸等方法）擴(kuò)脹管子直徑，使管子塑性變形，管板孔壁彈性變形，利用管板孔的回彈對管子施加徑向壓力，使脹口達(dá)到以下質(zhì)量指標(biāo)： 1）脹接強度（拉脫力）是將管子從管板中拉脫時的載荷。 2）密封強度（耐壓力）是開始泄漏時的介質(zhì)壓力。,1.2管子-管板脹接分類及適用范圍 1.2.1 脹接分類 1）強度脹接 系指為保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強度的脹接； 2）貼脹 系指為消除換熱管與管孔之間縫隙的輕度脹接； 1.2.2 強度脹接適用范圍 1）設(shè)計壓力小于等于4M

3、Pa； 2）設(shè)計溫度小于等于300； 3）操作中無劇烈的振動，無過大的溫度變化及無明顯的應(yīng)力腐蝕。 1.2.3管子-管板脹接結(jié)構(gòu)形式見下表：,2 影響質(zhì)量的因素和脹緊程度的控制,2.1影響因素 1）脹緊程度不足（欠脹）或過量（過脹）都不能保證脹接質(zhì)量，過脹還會因管壁減薄過大而導(dǎo)致管子斷裂和管板變形。 衡量脹緊程度的指標(biāo)用脹接率表示，有下面兩種計算公式： 內(nèi)徑增大率 管壁減薄率 H/：脹接率%； Dn：脹后換熱管內(nèi)徑 mm Dn：脹前換熱管內(nèi)徑 mm D0：脹前換熱管外徑 mm s ：脹前換熱管壁厚 mm Dw：管板上管孔直徑 mm,與活潑型客戶相處的原則,多微笑 說大白話 多講故事，少談業(yè)務(wù)

4、多保持一些神秘 多提醒他 趁熱打鐵 讓他多說，你多聽,與完美型客戶交往的原則,應(yīng)表情嚴(yán)肅，衣著正規(guī) 避免使用肢體語言 多提供資料，少說 注意你的細(xì)節(jié) 不要夸張，要具體 多進(jìn)行感情上的溝通,適宜的脹接率與管子的材料、規(guī)格等有關(guān)，一般可參照下列范圍初選一值，經(jīng)試驗后再確定：H=13，或48，對厚壁管和有色金屬管采用較大值（詳見我公司DCMC.PV.QR071-2009/0換熱管與管板機械脹接工藝規(guī)程）。 2）光孔時，拉脫力和耐壓力隨脹接長度的增加而增加。管板孔帶環(huán)向槽時（一般12條），拉脫力主要有溝槽部分承受，增加脹接長度，拉脫力并無顯著增加。 3）提高廣闊的光潔度可增加耐壓力，但有降低拉脫力傾

5、向，一般孔的光潔度為 . 管孔表面有縱向及螺旋形貫穿性刻痕會嚴(yán)重降低耐壓力。環(huán)向刻痕深度小于0.5mm時允許存在。 4）孔間距t1.25Do時互相干擾嚴(yán)重， t（1.251.35）Do時稍有干擾，t1.35Do時可認(rèn)為無干擾。 5）在允許條件下，管端應(yīng)經(jīng)軟化處理，以提高塑性，避免產(chǎn)生過分冷作硬化而影響脹口質(zhì)量。為提高耐壓力，管端應(yīng)拋光。 6）管子與管孔間隙過小則穿管困難，且管子的予變形小，易引起欠脹和過脹；間隙過大則易引起冷作硬化。 常用的管板孔直徑及允許偏差按GB151管殼式換熱器表16表21規(guī)定。,2.2脹緊程度的控制（見表1）,表1控制脹緊程度的方法,3機械脹接,3.1分類、組成及應(yīng)用實

6、例 根據(jù)使用動力不同可分為：1）手動脹接，2）風(fēng)動脹接，3）液壓驅(qū)動（液壓馬達(dá)）脹接，4）電動脹接。其組成見圖,3.2 脹管器 3.2.1 分類,各類脹管器的特點和使用范圍（見表2） 表2 mm,3.2.2脹桿的進(jìn)給運動 圖1表示脹桿相對于脹柱運動狀況，當(dāng)脹桿繞O-O軸旋轉(zhuǎn)是，與其配合的脹柱繞與O-O軸成角的O-O軸反轉(zhuǎn)，如將脹桿表面展開，則脹柱旋轉(zhuǎn)一圈后的位置為O”-O”，即脹柱相對脹桿向后移動一段距離：l=Dtg.實際上脹柱被限制在脹殼槽內(nèi)不能向后移動，因此它推動脹桿向前移動l，從而實現(xiàn)脹桿自動送進(jìn)。,3.2.3主要零件設(shè)計 （1）脹柱（圖2） d1=0.32Dn L1=l+ ,K1一般取

7、1：50，對應(yīng)Dn12時取1：60 材料：T8A、60Si2Mn等 硬度：HRC=5558 后退式脹管器的脹柱，兩端都做成過渡段（圖4）.由于在后退脹接時，脹接直徑不變，脹桿和脹柱受力很大，故L1不宜太大，一般取 L12025.,（2）脹桿（圖5） D=0.3Dn K=2K1 L=（0.06DnCDn）.1/K+L1 C為管子與管板單面間隙 方頭尺寸應(yīng)與自動脹管機相適應(yīng)，推薦值為8X8,12X12,16X16,20X20。 材料與脹子相同，硬度HRc5860.,（3）脹殼（見圖6）結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)脹管器的類型決定，以下介紹的一般情況。 脹殼槽應(yīng)與脹殼軸線傾斜角（左旋），角的大小決定脹接時脹桿的推進(jìn)速

8、度，一般Dn12時1，12Dh40時130， Dn40時 2.槽數(shù)一般為3條，當(dāng)結(jié)構(gòu)許可、脹殼直徑較大時也可大于3條，槽數(shù)增多則直徑擴(kuò)張均勻，但制造成本增高。 （4）翻邊脹柱 材料：40Cr,60Si2Mn,45,60.調(diào)質(zhì)發(fā)黑。 翻邊脹柱與脹柱銜接出不應(yīng)存在突出、凹進(jìn)和縫隙，以免影響脹接質(zhì)量。,4 液壓脹接,4.1 液壓脹管機工作原理 液壓脹管機的液壓系統(tǒng)工作原理如圖所示 。脹管介質(zhì)從油箱抽出,通過油泵加壓,經(jīng)換向閥進(jìn)入增壓缸的左腔,推動活塞向右移動,由于活塞的大小端面積比為定值,超高壓腔內(nèi)的乳化液的壓力被放大了一定的倍數(shù),增壓后的脹管介質(zhì)經(jīng)超高壓管送入脹接頭中,使換熱管脹接于管板內(nèi)。當(dāng)脹接

9、完成后,換向換向,脹管介質(zhì)進(jìn)入油缸右腔,使活塞向左移動,使超高壓腔卸壓甚至產(chǎn)生負(fù)壓。從而使脹頭較為方便地從管孔中抽出。脹管和卸壓所需的油壓由溢流閥調(diào)節(jié)。增壓缸的左右腔壓力可從壓力表讀出。,脹管機工作原理圖,1-油箱 2-高壓油泵 3-換向閥 4-增壓缸 5-增壓活塞 6-高壓軟管,7-操作手柄及液袋脹頭 8-換熱管 9-管板 10-溢流閥 11-壓力表,4.2 液壓脹接方法分類 液壓脹管工藝又稱軟脹接,一個脹管器可以脹接較多的管接頭。 液壓脹管是一種新的脹接技術(shù),它是通過對管子內(nèi)表面施加高的液壓力,使管子塑性變形而脹接于板孔內(nèi)表面的。液壓脹接的脹管頭是直徑略小于管子內(nèi)徑的一段芯棒,芯棒兩端的外

10、圓表面上有多個密封件,在芯棒中部設(shè)有進(jìn)油孔,在兩段密封件之間的管段內(nèi)施以高壓,使管子發(fā)生塑性脹大變形而實現(xiàn)脹接。 液壓脹管的結(jié)構(gòu)如圖3所示。 液壓脹接是近幾十年來發(fā)展起來的新型脹接技術(shù)。它包括兩種方法。一種是“O”形環(huán)法，這種方法以“O”形圈作為密封元件，對管子內(nèi)壁的尺寸精度和粗糙度要求較高。另一種是液袋式液壓脹接技術(shù)，可對各種規(guī)格和各種材料的換熱管進(jìn)行可靠的全程脹接。特別適用于對厚管板換熱器和大口徑管的脹接。其優(yōu)點是：1)、脹管區(qū)結(jié)合均勻；2）脹接長度不受限制；3）不會損傷管子；4）一次可脹多根管子；5）管板變形小，液壓脹管的變形方向與機械脹管相反，如液壓脹管后再機械脹接，在一定程度上可消除

11、管子作用于管板的作用力。,4.3“O”形環(huán)液壓脹接 4.3.1 “O”形環(huán)液壓脹接的工作原理 液壓脹接的脹管頭是直徑略小于管子內(nèi)徑的一段芯棒,芯棒兩端的外圓表面上各有一個O 形密封圈,在芯棒中段上開有進(jìn)液孔,高壓介質(zhì)從芯棒中心孔進(jìn)入進(jìn)液孔,在兩端O 形密封圈之間的管段內(nèi)施以高壓,使管子產(chǎn)生塑性變形而實現(xiàn)脹接。 4.3.2 “O”形環(huán)液壓脹接的特點 液壓脹管除具有使管壁受力均勻、管子軸向伸長少而且加工硬化少等優(yōu)點外,又因管壁金屬幾乎能完全填滿管管板孔槽,而具有較大的軸向拉脫力和良好的密封性。,4.4 液袋式液壓脹接 4.4.1液袋式液壓脹接的工作原理 其工作原理是利用液壓為動力的脹管方法，即通過

12、液壓系統(tǒng)的液壓產(chǎn)生與轉(zhuǎn)換，把液壓通過脹管槍槍桿注入液袋，借助液袋鼓脹作用，將液體壓力施加到管子內(nèi)壁上，促使管子與管板緊密連接。液壓脹管特別適用于深孔脹接和厚管板的脹接。,4.4.2 液袋式液壓脹接的特點 液袋式液壓脹管技術(shù)具有以下特點： 1、勞動強度低，生產(chǎn)效率高； 2、脹接質(zhì)量均勻可靠； 3、脹管介質(zhì)對接頭無污染； 4、脹后管子殘余應(yīng)力低； 5、對換熱管的尺寸精度要求低； 6、可對任意管板厚度的換熱器進(jìn)行全程脹接； 7、液袋套管耐壓高、抗疲勞性強，平均使用壽命60次以上/只液袋； 8、每個脹管頭的脹管壓力可以準(zhǔn)確設(shè)定，壓力在控制器上顯示，可打印壓力數(shù)據(jù)值；,9、脹管頭插入管孔中深度可以精確定

13、位； 10、脹桿壽命長，確保貼脹數(shù)千次、強度脹至少1000次/根； 11、可脹接碳鋼、不銹鋼、銅、鈦合金、復(fù)合金屬材料； 12、對管子內(nèi)孔的加工精度要求低，可脹接公差0.5mm； 13、脹接前后對管子的焊接工藝沒有影響； 14、滿足深孔脹要求，可以達(dá)到8米。,5.1橡膠脹接發(fā)展歷史 橡膠脹接技術(shù)最初是由日本在薄壁管加工的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的, 公開報道見于1979 年。最初應(yīng)用在薄管板的脹管上, 利用橡膠的徑向壓力進(jìn)行脹管。后來這種結(jié)構(gòu)經(jīng)過改進(jìn), 采用加載拉桿和背壓環(huán), 與現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)相類似。 橡膠脹管技術(shù)在瑞典、瑞士和美國也有應(yīng)用。圖3為瑞典開發(fā)的橡膠脹管頭專利。這種結(jié)構(gòu)具有液壓脹管的優(yōu)點, 但是

14、在超高壓作用下, 橡膠會從加載拉桿和背壓環(huán)與管子內(nèi)表面間的間隙中擠出,使橡膠損壞, 重復(fù)利用性差。為了克服這一不足,瑞典專利中提出了改進(jìn)措施, 在軟橡膠兩端墊硬橡膠環(huán)墊, 在一定程度上有所改善, 但沒有從根本上解決問題。,5橡膠脹接,5.2 橡膠脹管機工作原理 橡膠脹壓新技術(shù)是在橡膠受力變形的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它是利用橡膠彈性體的軸向壓縮產(chǎn)生的徑向壓力將管子脹接于管板上的。即油缸中的油通過油泵轉(zhuǎn)化為超高壓油進(jìn)入油缸, 促使活塞帶動拉桿移動, 擠壓橡膠彈性體, 當(dāng)壓力達(dá)到要求時, 保壓后卸載, 脹接完成。 脹管過程中, 壓力直接加在橡膠彈性體的端部, 脹管油壓的大小可用要求的脹管壓力和油缸活塞的

15、結(jié)構(gòu)及油壓求得：,由于脹管器不良或操作不當(dāng)造成的缺陷，大多可憑經(jīng)驗作出判斷后采用適當(dāng)措施予以補救，脹桿缺陷分析及消除辦法詳見下表。,6脹管缺陷分析,脹管缺陷分析,7、我公司脹接設(shè)備簡介,我公司有一臺進(jìn)口日本的機械式脹管機和液壓脹管機： 機械脹管機型號及能力如下： 型號MD-0250V 脹管能力鋼管外徑1.738.1mm,銅管外徑12.745.0 液壓脹管機型號及能力如下： 型號：YZJ-350D型，超高壓液壓脹管機。 采用液袋式液壓脹管，其技術(shù)性能及指標(biāo)如下表：,技術(shù)性能及指標(biāo),8換熱管與管板脹接工藝編制及舉例,使用范圍 本工藝編制適用于單管板、雙管板、中間管板的強度脹接和貼脹 。 本工藝編制

16、適用于碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、工業(yè)純鈦、銅、鎳及其合金換熱管和管板的連接所采用的脹接的通用規(guī)則。 我公司規(guī)定對首次遇到的材料（無論是換熱管還是管板），在脹接操作之前技術(shù)部均要按照圖紙或工藝文件的規(guī)定進(jìn)行下列工藝評定或試驗： a) 做焊接工藝評定； b) 做脹接試驗工藝評定。 按評定合格后的焊接工藝規(guī)程和脹接工藝規(guī)程，采用專用設(shè)備進(jìn)行焊接和脹接。 質(zhì)量部負(fù)責(zé)脹接質(zhì)量的檢驗和脹接率的檢驗記錄。 生產(chǎn)部按照脹接工藝要求負(fù)責(zé)脹接的具體操作并對脹接質(zhì)量和脹接率的正確性負(fù)責(zé)。,脹接前的要求 換熱管的要求如下： a) 換熱管應(yīng)符合GB151中之規(guī)定； b) 脹接部位內(nèi)外表面清除干凈，不得有銹蝕麻點，不得有磕

17、碰劃傷，特別是不得有軸向劃痕，端部不得有毛刺； c) 雙管板及中間管板脹接的管子，脹管器通過部位不得有磕碰變形及彎曲； d) 不銹鋼焊接管的焊縫突出或收縮的最大高度不得超過0.1mm。 管板的要求如下: a) 管板與換熱管采用脹接連接時，管板的最小厚度mm應(yīng)符合GB151中的規(guī)定； b) 管孔開槽與不開槽均不得有毛刺，要清除污穢及銹蝕，不得有軸向劃痕，粗糙度不得低于 25 。 管子、管板焊后脹接的（我公司為保證焊接質(zhì)量采用先焊后脹），應(yīng)清除管孔焊渣及雜質(zhì)，保持管孔清潔光滑。,先焊后脹 在制造過程中，一臺換熱器中有相當(dāng)數(shù)量的換熱管，其外徑與管板管孔孔徑之間存在著較大的間隙，且每根換熱管其外徑與管

18、板管孔間隙沿軸向是不均勻的(見圖2)。當(dāng)焊接完成后脹接時，管子中心線必須與管板管孔中心線相重合。當(dāng)間隙很小時，上端15mm的未脹管段將可以減輕脹接變形對焊接的影響。當(dāng)間隙較大時，由于管子的剛性較大，過大的脹接變形將越過15mm未脹區(qū)的緩沖而對焊接接頭產(chǎn)生損傷，甚至造成焊口脫焊。所以對于先焊后脹工藝，控制管子與管板孔的精度及其配合為首要的問題。當(dāng)管子與管板腔的間隙小到一定值后，脹接過程將不至于損傷到焊接接頭的質(zhì)量。有關(guān)資料顯示，管口的焊接接頭承受軸向力的能力是相當(dāng)大的，即使是密封焊，焊接接頭在做靜態(tài)拉脫試驗時，管子拉斷了，焊口將不會拉脫。然而焊口承受切向剪力的能力相對較差，所以強度焊后，由于控制達(dá)不到要求，可能造成