船舶再生式非再生式熱交換器工藝及質(zhì)量控制

王賢泉，鄧一凡

（海軍駐武漢七一二所軍事代表室，武漢 430064）

0 前言

再生式熱交換器和非再生式熱交換器是連接船舶動(dòng)力系統(tǒng)及凈化離子交換器之間的重要輔助設(shè)備，它們的正?？煽抗ぷ髦苯雨P(guān)系到船舶動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。因此提高它們的制造質(zhì)量至關(guān)重要，這是由兩者的工作范圍、功能決定的。再生式熱交換器在動(dòng)力系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)投入工作，確保主動(dòng)力系統(tǒng)不出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象；非再生式熱交換器則是在凈化系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)投入工作，保證離子交換器中的樹(shù)脂不發(fā)生分解,從而確保船舶動(dòng)力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1 影響功能性能的工藝因素及質(zhì)量控制方法

不論是對(duì)再生式熱交換器還是非再生式熱交換器，在高溫高壓條件下的密封性是關(guān)鍵指標(biāo)（內(nèi)含高溫、高壓液體），而影響該指標(biāo)的關(guān)鍵因素除了材質(zhì)外就是管子——管板的氬弧焊、脹接、釬焊（再生式熱交換器采取氬弧焊+脹接；非再生式熱交換器采取氬弧焊+釬焊）以及筒身之間的對(duì)接環(huán)焊質(zhì)量、焊接應(yīng)力盡可能消除的水平。

再生式熱交換器管子—管板采取氬弧焊+脹接結(jié)構(gòu)，脹接的目的是增強(qiáng)密封性，消除管子—管板間的配合間隙，避免產(chǎn)生縫隙腐蝕。脹接接頭的質(zhì)量控制方法，一是測(cè)定管子—管板脹接后的拔脫力；二是將工藝試驗(yàn)件用線切割機(jī)沿縱向?qū)ΨQ剖開(kāi)后放入具有一定壓力并盛有帶顏色水的容器內(nèi)，看帶顏色的水是否會(huì)進(jìn)入管子—管板間的縫隙。至于脹接是在氬弧焊之前還是之后進(jìn)行技術(shù)規(guī)范中沒(méi)有明確規(guī)定，經(jīng)過(guò)工藝摸索發(fā)現(xiàn)先焊后脹具有可操作性，可防止管子在管腔中串動(dòng)。

再生式、非再生式熱交換器管子—管板氬弧焊的難點(diǎn)在于管內(nèi)徑小，管子壁厚小。采用手工焊接要想獲得均勻的熔深和好的通徑圓度技術(shù)，難度大。同時(shí)，接頭性能尤其是抗晶間腐蝕能力又必須保證技術(shù)條件要求。因此要求必須經(jīng)過(guò)選擇合理的工藝參數(shù)和培養(yǎng)出操作技術(shù)熟練的工人。首先進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)，該試驗(yàn)是在美國(guó)Miller公司 SYNCROWAVE315交流方波恒流氬弧焊機(jī)上進(jìn)行的，通過(guò)不斷修正焊接參數(shù)，使焊縫表面成型美觀，焊縫橢圓度≤0.2 mm，焊接熔深為0.86～1.44 mm之間，焊縫無(wú)金相缺陷，深敏化晶間腐蝕結(jié)論合格。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步完成工藝評(píng)定，確定出正式的工藝參數(shù)及流程。

對(duì)于非再生式熱交換器管子與管板的釬焊是關(guān)鍵工藝。釬焊方法是在充滿氬氣的高真空容器中加熱，使先預(yù)置的釬料熔化充盈在管子與管板之間，完成釬焊過(guò)程。由于釬焊后，釬劑中的殘留氟化物會(huì)對(duì)接頭周圍造成嚴(yán)重腐蝕，所以必須進(jìn)行嚴(yán)格繁雜的清洗。另外近百個(gè)接頭的釬焊質(zhì)量是靠合理的工藝參數(shù)和儀表的精確控制來(lái)保證的，而且?guī)缀跏遣豢赡苓M(jìn)行返修的。因此，必須確保一次焊接百分之百成功，這就要求必須通過(guò)大量的工藝試驗(yàn)來(lái)建立一套完整可靠的工藝。

實(shí)際試驗(yàn)是在JK-200型高真空機(jī)組和60 kW釬焊爐上進(jìn)行的。條件是真空度為 1.5×10-4～1.5×10-4Hgmm、99.999%高純氬，結(jié)果其潤(rùn)濕性大大改善，能夠達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求（釬焊為H92Li；釬劑為劑 102），釬縫外形美觀，圓角飽滿，無(wú)表面缺陷，釬縫深度≥10 mm；經(jīng)去除手工氬弧焊部分的釬縫拉脫試驗(yàn)，斷于管材上，釬縫未拉脫；經(jīng)充壓染色介質(zhì)試驗(yàn)，無(wú)介質(zhì)滲入釬縫現(xiàn)象。正式產(chǎn)品工藝就是按此進(jìn)行。

最后一個(gè)關(guān)鍵工藝是筒身對(duì)接手工氬弧焊打底+手工埋弧焊，其中的關(guān)鍵又是選擇焊接工藝參數(shù)和確定相應(yīng)的工藝措施。對(duì)于φ250×20采取U型坡口，對(duì)于 φ195×7.5采取 V型坡口，焊絲為 H0Cr20Ni10Ti，焊條為 E347-15，焊機(jī)仍為Miller公司 SYNCROWAVE315型交直流氬弧焊機(jī)和硅整流手工電弧焊機(jī)，同時(shí)配有相應(yīng)轉(zhuǎn)臺(tái)。焊接過(guò)程中采取了內(nèi)部充氬保護(hù)和外部快速水冷措施。結(jié)果焊縫著色探傷、X光檢驗(yàn)合格；焊接接頭的常溫和高溫拉伸性能、常溫沖擊合格；焊接接頭的敏化晶間腐蝕性能合格；金相組織檢驗(yàn)合格。實(shí)際工藝也是基于此工藝評(píng)定的。

由于不銹鋼在機(jī)械加工后會(huì)出現(xiàn)殘余機(jī)加應(yīng)力，焊接后又出現(xiàn)焊接殘余應(yīng)力，較高的殘余應(yīng)力對(duì)零部件以至整臺(tái)設(shè)備的安全運(yùn)行都是一個(gè)重大的隱患，所以消除應(yīng)力水平要求很高。

當(dāng)前消除應(yīng)力的通用辦法是熱處理。對(duì)于不銹鋼來(lái)說(shuō)，常規(guī)消除應(yīng)力的有效溫度區(qū)間恰恰是易產(chǎn)生晶間腐蝕的敏感區(qū)。這一矛盾給消除應(yīng)力帶來(lái)了重重困難。為此，設(shè)法使用聲探法檢測(cè)熱處理殘余應(yīng)力或引進(jìn)熱成相儀技術(shù)測(cè)定焊接應(yīng)力分布規(guī)律，確定消除應(yīng)力處理的最佳規(guī)范（溫度、保溫時(shí)間、冷卻方式等）。

選用不同精度的加工設(shè)備也影響換熱效率。管子與管板脹接內(nèi)外孔中心軸線完全重合時(shí)，是最佳理想狀態(tài)，這樣有利于脹接后管子端部壁厚的均勻性，有利于芯子換熱性能的提高和泄漏介質(zhì)的流暢排出。為減少中心軸線的偏差值，必須解決管孔加工同心問(wèn)題，即嚴(yán)格控制孔距和孔徑及內(nèi)表面粗糙度?？刹捎酶呔鹊臄?shù)控龍門雙軸鉆床和定位夾具對(duì)內(nèi)、外管板的孔系進(jìn)行精鉆加工。

2 結(jié)束語(yǔ)

以上幾點(diǎn)關(guān)鍵工藝問(wèn)題的正確運(yùn)用可以確保在工藝試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上應(yīng)用于產(chǎn)品的批生產(chǎn)上。

[1] JB/T2728.5 電機(jī)用氣體冷卻器.

[2] GJB75A 船用大型三相同步發(fā)電機(jī)通用規(guī)范.