管殼式換熱器換熱管與管板連接工藝

管殼式換熱器換熱管與管板連接工藝

1換熱管與管板接頭的焊接工藝流程在熱交換器的運(yùn)行過程中，管道和管道板之間的端部連接是最容易泄漏的部分。因此，改變管道和管道板的連接工藝是整個(gè)換熱器制造的重要過程之一。我們于2000年五、六月間為江蘇某化工集團(tuán)制造了八臺(tái)以Bfe30-1-1為換熱管的管殼式換熱器。這八臺(tái)換熱器換熱管與管板的連接要求采用強(qiáng)度脹加密封焊的形式。這里著重介紹換熱管與管板接頭的焊接工藝。下面僅以其中一臺(tái)“氯仿塔再沸器”為例說明之。2明液體的制備氯仿塔再沸器技術(shù)特性見表1，結(jié)構(gòu)見圖1ㄢ氯仿是有機(jī)中度有毒無色透明液體，有特殊氣味，味甜，相對(duì)密度1.498(15/4℃)，比小重，微溶于水，易揮發(fā)，不易燃。純凈干燥的氯仿對(duì)大多數(shù)金屬無腐蝕性，但在空氣、水分和光的作用下，酸度增加，因而對(duì)金屬有強(qiáng)烈的腐蝕性。3焊接工藝：共晶圓片，無砂透照厚度好，有機(jī)溶劑和市場(chǎng)調(diào)濕法測(cè)定了白銅的影響到了測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步氯仿塔再沸器殼體材質(zhì)為16MnR（厚度10mm）。管板是Bfe30-1-1/6MnR爆炸金屬復(fù)合板（厚度6/66mm）。均軟狀態(tài)供貨，拉伸強(qiáng)度達(dá)σb=540MPa，剪切強(qiáng)度ζ=210MPa，經(jīng)超聲波檢測(cè)結(jié)合面積達(dá)98%。換熱管采用BFe30-1-1白銅管，規(guī)格是Φ25×2，總數(shù)469根，軟狀態(tài)供貨。代學(xué)成份見表2，機(jī)械性能見表3ㄢ由于目前國內(nèi)沒有標(biāo)準(zhǔn)的白銅用焊絲，所以換熱管焊接時(shí)只有采用非標(biāo)準(zhǔn)的自制焊絲。一般采用與基材成分相同的焊絲，具有相同的抗腐蝕效果。選擇白銅焊絲最重要的是控制其中雜質(zhì)含量和提高其脫氧能力，以避免熱裂紋和氣孔的出現(xiàn)。為此，焊絲選用符合美國AWSA5.7標(biāo)準(zhǔn)的ERCuNi，這種焊絲含有一定量的脫氧無素MnSi，可以大大減少焊縫中氧的含量。另外，焊絲中加入一定量的Fe可以提高焊縫強(qiáng)度和耐磨性。焊絲規(guī)格是Φ2mm，化學(xué)成分見表4ㄢ銅鎳合金焊接時(shí)，控制基材和焊材中雜質(zhì)的含量到關(guān)重要，因?yàn)殂~和鎳可以和多種雜質(zhì)元素（如Pb、S、P等）形成低熔點(diǎn)共晶體。如（Cu+Pb)326℃；(Cu+Cu2S)1067℃；(Ni+Ni3S2)664℃；(Ni+Ni3P)880℃等。這些低溫共晶體富集于晶界，焊縫結(jié)晶時(shí)在焊接應(yīng)力作用下易在焊縫中產(chǎn)生熱裂紋（結(jié)晶裂紋）。ER-CuNi焊絲的雜質(zhì)含量滿足焊接要求。4管孔的加工和二次擴(kuò)鉆管板是換熱器的主要受壓元件，管孔的制造精度對(duì)換熱器與管板連接接頭的脹接和焊接質(zhì)量有很大影響，管孔的加工采用了數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床加工管孔節(jié)省了人工劃線時(shí)間，并且定位更加準(zhǔn)確，為了保證管孔的加工精度達(dá)到圖紙要求，鉆孔采用了二次擴(kuò)鉆。管板加工和裝配尺寸見圖2ㄢ5白銅的熱性能白銅是銅鎳合金，顏色呈銀白色或淡白色。白銅具有耐熱和耐寒的性能，中等強(qiáng)度，塑性高，能進(jìn)行冷熱壓力加工，優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，焊接性好。白銅在淡水、海水和蒸汽中有很好的耐蝕性，主要用于高速、高溫、高壓條件下工作的冷凝管、蒸發(fā)器、熱交換器和各種高強(qiáng)度的耐蝕件等。銅合金在焊接時(shí)易出現(xiàn)的缺陷主要有裂紋和氣孔。首先是熱裂紋。白銅的主要成分是Cu和Ni。Cu和Ni可形成無限固溶體，焊縫組織是粗大的a單相組織。由于受雜質(zhì)元素（如Pb、Bi、P、As等）影響，固一液相區(qū)間擴(kuò)大，所以，即使雜質(zhì)含量很少，當(dāng)晶界析出低熔點(diǎn)共晶物時(shí)，在焊接應(yīng)力的作用下，也十分容易形成熱裂紋。其次是氫侵蝕裂紋，若銅合金中含氧量較高，焊接過程中，氣分中的氫就會(huì)向銅合金中擴(kuò)散，使氧化銅發(fā)生還原反應(yīng)（CuO+2H=Cu+H2O）,所形成的H2O，以氣體形態(tài)聚集于晶界，形成很大內(nèi)應(yīng)力，使銅合金形成顯微裂紋，甚至破裂，即形成氫侵蝕裂紋。再者是氣孔，氣孔是由以下反應(yīng)形成的：式中(a)為原子態(tài)，(g)為氣態(tài)。由反應(yīng)（1）生成的H2O，不溶解于銅中，在銅的凝固過程中，來不及逸出而形成氣孔，同理由反應(yīng)（2）生成的H2也會(huì)形成氫氣孔。白銅的焊接性是銅合金中最好的，可進(jìn)行全位置焊接，不用采用預(yù)熱措施。因白銅的導(dǎo)熱性比紫銅大大降低了[BFe30-1-1熱導(dǎo)率37W/（m·K）；碳鋼78W/（m·K）]，接近于碳鋼，這有利于熔池的形成，改善了銅合金的焊接性，不采用預(yù)熱措施也有利于改善焊接作業(yè)條件。6h焊接質(zhì)量銅及銅合金焊接廣泛采用直流正接法鎢極氬弧焊。鎢極氬弧焊焊接工藝的再現(xiàn)性強(qiáng)，能夠較好的控制線能量，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，焊縫成形好，且無飛濺和熔渣。電流極性采用直流正接是焊接白銅的最佳選擇，這時(shí)鎢極是陰極，鎢極熔點(diǎn)高，在高溫時(shí)電子發(fā)射能力強(qiáng)，電弧燃燒穩(wěn)定性更好，鎢極損耗也小，不易過熱，對(duì)于同一焊接電流可以采用直徑較小的鎢極，電流密度大，電弧挺度好，可以獲得深而窄的溶池，工作收縮和變形都小。鎢極氬弧焊對(duì)焊件和焊絲表面的污染非常敏感，白銅焊接時(shí)會(huì)因污染而容易產(chǎn)生氣孔，所以焊前清理至關(guān)重要。因此，裝配前必須清除管端和管孔表面的毛刺、氧化皮、油脂、水分等。點(diǎn)固焊裝配合后強(qiáng)度脹。脹管率要求達(dá)到2-3%。管頭全部脹接后，給殼程打水壓（1.33MPa）。無滲漏后，準(zhǔn)備密封焊。脹管后管的伸出長(zhǎng)度有所增長(zhǎng)，可采用削管器削除多余的長(zhǎng)度使之符合裝配要求，密封焊前再用丙酮擦洗一次管頭，焊接時(shí)必須填絲并且管頭不熔倒，避免根部未焊透和坡口邊緣未熔合的產(chǎn)生。白銅的流動(dòng)性比較好，采用垂直俯位的焊接位置利于根部焊透。焊接時(shí)應(yīng)盡可能的采用小的焊接線能量，較快的焊接速度，以使晶粒細(xì)小，提高焊接質(zhì)量。由焊接工藝評(píng)定確定的焊接工藝參數(shù)見表5ㄢ7已通過7.1滲透檢測(cè)管一板接著全部焊完24小時(shí)之后，進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，沒有發(fā)現(xiàn)裂紋和氣孔。7.2焊接工藝評(píng)定由于制造白銅管換熱器在我所尚屬首次，對(duì)白銅的焊接性不十分熟悉，為此，按GB151-1999《鋼制客殼式換熱器》附錄B標(biāo)準(zhǔn)做了焊接工藝評(píng)定。在焊接工藝評(píng)定試板中取三塊試樣。取樣采用線切割，這樣可以保證切面的粗糙度較好，便于加工剖面和試樣復(fù)位的完好性。試樣經(jīng)研磨和腐蝕后，對(duì)其中4個(gè)剖面的8個(gè)觀察面進(jìn)行檢查，沒有發(fā)現(xiàn)裂紋和內(nèi)部氣孔。所有受檢查剖面的角焊縫H值均大于管壁厚的1.4倍即2.8mm,H的平均值為3.5mm。符合GB151-1999《鋼制管殼式換熱器》附錄B的指標(biāo)要求。8復(fù)合板焊接接頭焊接工藝(1）根據(jù)焊接工藝評(píng)定及實(shí)際焊接結(jié)果證明，BFe30-1-1白銅管與BFe30-1-1/16MnR爆炸復(fù)合板連接接頭的焊接性良好，不用