大型换热器管与管板连接工艺的优化

　　机械设备大型换热器管与管板连接工艺的优化阮鑫李保健（河北化工医药职业技术学院，石家庄，050031）（河北安装工程公司，石家庄，050031）产生原因，以及制造中关键环节应采取的主要工艺及优化技术措施。制作的主要技术问题是换热管与管板的连接，应尽量避免和减少换热管与管板的焊接应力与变形，并保证其牢固严密，达到规定的要求范围。据实测，管板的内凹、外凸偏差未超过0~2mm，对角线尺寸偏差小于或等于5mm，完全符合制造要求。

　　河北安装工程公司承接了煤气公司2台横管式煤气冷却器的制作任务，这种大型换热器类设备个大体重，换热管多，主要技术问题是管子与管板的连接。过去大都采用胀接，这次根据图纸设计要求采用焊接，在制作过程中，尽量避免和减少管与管板的焊接应力与变形，并保证其牢固严密，达到规定的要求范围W. 1设备基本状况及主要质量问题分析该设备为立式长方形横管焊接结构形式，由国外引进技术，国内转化设计。设备规格及主要技术参数如表1所示。

　　表1设备规格和部分技术参数项目规格设备重量/kg外形尺寸/mm主体规格/mm横管数量/根横管规格/mm横管总重/kg管板规格/mm管板重量/kg表2设备的技术特性项目管程壳程物料名称工业水煤气焦油设计压力/MPa设计温度/焊缝系数腐蚀裕度/mm换热面积/in2容器类别常压度偏差不大于10mm；设备制造完毕后，壳程压力0.03MPa，用氨体积分数1的压缩空气进行氨渗透试验；管程以0.5MPa表压进行水压试验，均不得有泄漏现象。

　　通过分析可以看出，焊接应力与变形是产生缺陷的根源I而导致焊接应力与变形的因素主要有：⑴焊件与设备的不均匀加热与冷却。一般情况（由篼温到低温）高温区金属内部存在拉应力，低温区金属内部存在压应力，这种由于冷缩受阻而引起的焊接应力是主要的形式；⑵焊缝金属和热影响区金属在加热和冷却过程中，要产生组织转变，由于各种组织的密度不同，因此在冷却过程中，焊缝区金属产生膨胀或收缩而引起相变应力；设备还配有外伸壳体的26个大、小水箱，这种结构国内实属少见。由此可知，该设备在换热器中属于结构复杂、形体庞大、制作难度较大的一种\其主要技术特性见表2.该设备主要制作技术要求有：设备总体不直：2004-07-04.修改稿收到曰期：2004-12-14.焊缝的热胀冷缩，接头坡口形式不适，工件刚性不足及焊缝的配置不对称等，均会导致变形。一般情况下，线膨胀系数大的材料，焊缝收缩量大，焊后变形量就大；焊件刚性越大，则变形量越小叱2焊接工艺规范及优化措施235-A，换热管子材料为10号优质碳素结构钢。为了保证设备管子与管板的连接一次成功，进行了管子与管板焊接试件的模拟试验，以取得合理的参数作为指导施工的依据。

　　2.1接口形式管子与管板的连接采用插接式，管端伸出长度为2.5~5mm，管子与管板的配合间隙为0.6mm.为了保证管子在制造后的水压试验及投人运行后不致出现泄漏（发现此缺陷难以修复），管子下好料后，逐根以1.5~2.0倍的设计压力进行水压试验。此外，管板孔数众多，其加工精度直接影响到换热器的制造质量，必须控制管板的管孔直径在允许的偏差内0-0.25mm.再者，保证管孔的适宜表面粗糙度亦很重要，一般胀接粗糙度小于或等于12.5pm，焊接时粗糙度小于或等于25Him.2.2管端与管板孔的清理管子一管板组装前应将管端内外壁和管板孔内表面清理干净，不得有影响焊接质量的毛刺、铁屑、锈斑和油污等。管端除锈长度不小于45mm.试验表明，焊件与焊接材料表面有少许的油污、镑蚀和水滴，均会造成焊后焊缝缺陷，如气孔、夹杂、裂纹及未焊透等。所以需认真清理且干燥后方可施焊2.3定位管的确立与焊固根据壳体情况并考虑操作者便于在壳体内自由穿行施工，首先选取若干根管子于管板上穿管定位。如小水箱部位的管板，用11根管子定位，分散于管板孔的各区域。管子定位后以点焊牢固。2.4焊接顺序管与管板的连接，其焊接顺序如下：所有的接口均应先点焊，每道管口点焊两点，点焊长度为5~10nun，层次为一遍。

　　焊接前将定位管焊完，层次为两遍。

　　焊接管口可采用2种方式，但都有一个共同点，即先轴向，后周向，由管板中心向两侧进行焊接。其一是跳焊法，为了减少焊接应力，可以采用“隔二焊一”施焊法。每隔两道焊口焊一遍，交错进行直至焊完。其二是“反向阶梯式”焊法。此法可使应力分散，变形相抵'施焊前，先用色笔将所焊管的顺序标示清楚，焊工宜严格按所定顺序进行焊接。

　　所有接口均应按顺序先焊一层，翻转对另一侧进行焊接（层），然后再焊第二层，依次按顺序进行翻转焊接。

　　2.S焊接规范焊接采取2种方案，可根据焊工的技术水平等级灵活选用。方案一适用于较高水平的焊工，如表3所示。

　　表3焊接规范（方案一）层次焊条直径/mm手工焊弧长/mm焊接电流/A方案二适用于水平较低的焊工，如表4所示。表4焊接规范（方案二）层次焊条直径/手工焊弧长/焊接电流/焊接速度/根据制作的实际情况看，方案二虽然略慢些，但较为稳妥，易于保证焊接质量。

　　2.6埠接要求及注意事项电焊工必须具有相应的焊工操作许可证，即D 1/2―24J-26J.施焊过程中，设专人进行焊接技术监督，随时掌握焊工的焊接状态，并根据焊工的焊接情况予以具体指导。

　　电焊条必须进行烘干，并按规定使用保温筒，且在使用过程中注意防潮。每次从焊条筒内拿出2根焊条，2h之内没有用完的焊条，则重新烘干，但次数不得超过2次。

　　采用手工电弧焊，由数名焊工间接同时焊接。为了减少焊接应力与变形，基本思路与方法是采用放射交叉式焊接或分区对称式焊接叱焊接位置尽可能采用垂直固定即平焊，以保证焊接质量与效率。这给设备的起吊、移动带来较大工作量，要随时注重起重装备与工具的安全检查。

　　焊接缺陷的返修，应先清除缺陷后再补焊，并按返修工艺进行。焊缝同一部位的焊补次数不宜超过2次，否则焊补前应经单位技术总负责人批准，并采取可靠的技术措施。

　　焊工焊完后在相应部位打上焊工钢印，如723、734等。同时设备档案中进行详细记录，以增强焊工与检查人员的责任心和便于了解查询跟踪设备的内在质量。

　　焊渣及突出于管子内壁的焊瘤应清除，其焊缝外观应符合相应的技术条件规定。焊缝外形尺寸检验主要用肉眼，借助有关辅助量具进行，检验时要保证良好的照明。

　　施焊环境宜控制，风速不得超过6m/s，温度在-5丈以上，相对湿度在90以上。条件恶劣时，应采取适当的防护措施，方可进行施焊。雨天、雪天严禁在室外施工。

　　3结语管板的内凹、外凸偏差未超过0~2mm之允许范围，对角线尺寸偏差小于或等于5mm，完全符合制造要求。壳体经氨渗透试验，管程经水压试验，均未发生泄漏现象；拟定合理的施工方案及专题技术措施是十分必要的，它对于现场施工，起着重要的指导作用。但一些关键性数据必须来自试验；952根横管与管板的连接，其要害问题是控制焊接应力与变形，防止开裂与泄漏；该设备管子与管板的焊接与胀接相比，从连接质量上看，易于保证牢固性、严密性；从施工条件上看，亦较为方便。