換熱器管子與管板焊縫焊接工藝評定中的檢驗(yàn)要求

沈 紅羅家裕孫旭東

（1.德希尼布工程技術(shù)咨詢(上海) 有限公司 上海 200031）

(2.The Travelers Companies, Inc. USACA 91203)

換熱器管子與管板焊縫焊接工藝評定中的檢驗(yàn)要求

沈 紅1羅家裕1孫旭東2

（1.德希尼布工程技術(shù)咨詢(上海) 有限公司 上海 200031）

(2.The Travelers Companies, Inc. USACA 91203)

本文根據(jù)換熱器管子和管板焊縫中角焊厚度, 溶深和焊透, 管孔間隙, 管子和管板角焊縫探傷等, 全面介紹了目前在換熱器管與板焊焊接工藝評定中的這些檢驗(yàn)項(xiàng)目和要求.

換熱器 焊接 換熱管和管板的焊縫

換熱器的管與板的焊接， 是換熱器制造過程中的一個重要環(huán)節(jié)， 該接頭焊縫的焊接工藝評定， 是管板接頭質(zhì)量的重要保證。各國的換熱器標(biāo)準(zhǔn)都對管板的焊接工藝評定有要求。GB 151-1999《管殼式熱交換器》也提出使用該標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)探討使用所引用標(biāo)準(zhǔn)最新版本的可能性，即要求對其按最新版的焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)(NB/T 47104) 進(jìn)行焊接工藝評定。各國標(biāo)準(zhǔn)對換熱器管和管板焊縫的工藝評定要求越來越細(xì)，對該焊縫的工藝評定試樣的檢驗(yàn)要求越來越多。

NB/T 47104 的D.7對工藝評定中換熱管與管板接頭焊縫的檢驗(yàn)和結(jié)果評定作了要求， 檢驗(yàn)項(xiàng)目有：滲透檢驗(yàn)、金相 (宏觀) 檢驗(yàn)和角焊縫厚度測定。對于宏觀金相檢驗(yàn)， 要求焊縫根部要焊透， 不允許有裂紋、未溶合，每個宏觀金相切片上的角焊縫 (8個)的厚度 (Leak Path or Weld Throat)都應(yīng)大于或等于2/3b(b為換熱管公稱壁厚)[1]。GB 151-1999 附錄B只要求在對換熱管與管板的焊接工藝評定中進(jìn)行著色檢驗(yàn)， 剖面的10倍放大鏡的宏觀檢驗(yàn)無裂紋、未溶合等缺陷， 剖面角接接頭的H值(焊接接頭和管壁的熔合面長度)不得小于管壁厚度的1.4倍。隨著我國換熱器標(biāo)準(zhǔn)的更新， 這些要求越趨統(tǒng)一。

ASME IX（2011）對管板焊接接頭的檢驗(yàn)有如下項(xiàng)目： 外觀檢驗(yàn)、滲透檢驗(yàn)、宏觀金相檢驗(yàn)，對宏觀金相檢驗(yàn)結(jié)果作了新的五點(diǎn)要求：1)最小角焊縫厚度尺寸符合設(shè)計(jì)要求；2)無裂紋；3)敷溶金屬和管板面以及管壁面完全熔合；4)敷溶金屬熔入焊根0.4mm以內(nèi)；5) 焊縫中的氣孔不能影響規(guī)定的最小角焊縫厚度[2]。

在工藝評定的管接頭數(shù)量上， NB/T 47014和ASME IX（2011）均要求施焊10個接頭， 但NB/T47014要求對10個管接頭中呈對角線的2個接頭， 切成切口相互垂直的8片宏觀金相試片，檢查這8片試樣的每個截面；而ASME IX（2011）則要求對這10個管接頭沿中心線切開成兩半， 檢查每個管接頭切開后4個焊縫截面。

世界上許多工程公司對換熱器管子與管板焊縫焊接工藝評定的檢查還有更多的要求，如增加了管接頭的射線探傷或削層檢驗(yàn)，管接頭的拉脫試驗(yàn)，管接頭試樣的撕裂試驗(yàn)等，并對宏觀金相要求熔敷深度檢驗(yàn)， 管壁燒穿檢驗(yàn)， 根部缺陷檢驗(yàn)和管板和管子之間的間隙檢驗(yàn)。

1 最小角焊縫厚度 檢查

NB/T47104 要求焊縫厚度大于或等于2/3b(b為換熱管公稱壁厚)， 而ASME IX（2011）要求最小角焊縫厚度符合設(shè)計(jì)厚度， 通常圖紙上并沒最小角焊縫厚度的設(shè)計(jì)厚度， 一般工程的技術(shù)要求將最小角焊縫厚度定為2/3b， 則焊腳尺寸即換熱管的公稱壁厚b。

最小角焊縫厚度測量起點(diǎn)應(yīng)是焊根熔透點(diǎn)， 即處于管壁上的溶合點(diǎn)(區(qū))， 可以此為起點(diǎn)， 以換熱管公稱壁厚b (ASME) 或2/3b 畫圓，觀察該截面的角焊縫截面是否在該園內(nèi)。若在， 表示該角焊縫厚度符合要求 (如圖1左上角焊縫和圖2所示)：

圖1 角焊縫厚度測量的起點(diǎn)

圖2 角焊縫厚度的測量

2 熔深和焊透的檢查

對于換熱管和管板焊縫熔深的要求， NB/T 47104的要求是焊透， 而ASME（2011）要求熔敷金屬熔入焊根0.4mm以內(nèi)。這兩個標(biāo)準(zhǔn)所要求的目的都是要將焊根焊透， 對于在管板上開坡口的管板焊縫， 焊根處焊透的檢查更為重要。圖3和圖4為管與板焊縫根部焊透的照片， 而圖5和圖6為換熱管與管板焊縫根部未焊透的照片。

圖3 管板根部腐蝕后的照片(焊透)

圖4 管板根部腐蝕后微觀的照片(焊透)

圖5 管板根部腐蝕后的照片(未焊透)

圖6 管板根部腐蝕后微觀的照片(未焊透)

3 換熱管和管板焊縫在管壁上的熔透

對于管板焊縫和管壁的熔透， NB/T 47104沒有詳細(xì)的要求， ASME（2011）要求該焊縫要和管壁面完全熔透， 但也沒有具體數(shù)值要求。但在工程上，各大工程公司普遍對管板角焊縫和管壁的熔透要求為最小為1/4管壁厚。如圖7、 圖8所示。

圖7 和管壁的熔透最小為壁厚1/4

圖8 管和管壁的熔透

除保證在管壁上有合適的熔透外， 還要注意管壁燒透的缺陷， 有時這種燒穿因?yàn)槔鋮s凝固后，將缺陷處掩蓋， 看上去不明顯，對于非鐵基換熱管上， 這種燒穿缺陷更容易被忽視。

4 換熱管和管孔焊接后的間隙

換熱管和管孔焊接后之間的間隙， 也是換熱器管板焊接接頭的一個質(zhì)量因素， 通常要求該間隙在不影響裝配的情況下， 越小越好。間隙越大， 對腐蝕的影響也越嚴(yán)重。對于不銹鋼換熱器， 這種影響更加明顯[3]。對于有脹接要求的管接頭，如果該管子和管板孔在裝配前間隙大，經(jīng)過脹接后，該處間隙還會變化。 TEME RCB-7.21和GB 151-1999中5.6.4根據(jù)管子外徑尺寸對管子和管孔的間隙公差都有要求。對比同一種管外徑和管孔內(nèi)徑的間隙， 上述標(biāo)準(zhǔn)有些細(xì)微差別， 如以換熱管外徑為25mm， GB 151-1999要求的I級管束管孔外徑最大可為25.40mm， 間隙可達(dá)0.40mm/2， 而在TEME中， 換熱管的外徑為25.4mm時， 管孔外徑最大為25.7mm， 間隙為0.30mm/2[4，5]。換熱管和空管的間隙過大情況如圖9、圖10所示。

圖9 換熱管和管孔的間隙過大(脹接后)

圖10 換熱管和管孔的間隙過大 的微觀照片

5 換熱器管板角焊縫的射線探傷

為了更好地檢驗(yàn)管板焊縫中氣孔和其他焊接缺陷， 射線探傷也常用于管板焊縫的工藝評定(如圖10、圖11所示)， 對于較厚的管板， 為使射線易于穿透， 可將帶有管板焊縫的管板削薄到最大焊透處加2.5mm， 但不能小于6mm。對于管板焊縫，也可采用金屬削層(冷加工)的方法，即用平行于管板面逐層削薄來檢驗(yàn)內(nèi)部氣孔、未焊透、未熔合等缺陷。

圖11 管板焊縫射線探傷示意圖

圖12 管板角焊縫射線底片

目前我國標(biāo)準(zhǔn)和ASME對管板焊縫的射線底片無評定標(biāo)準(zhǔn)，其他一些對管板焊縫的評定標(biāo)準(zhǔn)各不相同，除去裂紋，未焊透等線性缺陷不能接受外，基本將氣孔和夾渣類缺陷的長度定為要小于0.25t (t為換熱管壁厚)。

6 其他檢驗(yàn)

除以上常規(guī)的對換熱器管板焊縫焊接工藝評定進(jìn)行的檢驗(yàn)外，許多工程公司還有其附加試驗(yàn)，如撕裂試驗(yàn)和拉脫試驗(yàn)。撕裂試驗(yàn)主要是檢驗(yàn)管板焊接接頭的焊透程度以及焊根下部組織的均勻一致性，如圖13所示。拉脫試驗(yàn)，主要是檢驗(yàn)管板焊接接頭的剪切強(qiáng)度和所需的最小拉脫力，如圖14、圖15所示。當(dāng)滿足最小拉脫力且拉裂斷口發(fā)生在焊縫時，這不能成為不接受的理由，但要對斷口處檢查， 看是否有工藝上的不足。一般不采用推擠的方法進(jìn)行換熱器管板焊接接頭試驗(yàn)， 因?yàn)樵谕茢D時， 由于管子在較高的壓應(yīng)力下產(chǎn)生形變， 在管孔中產(chǎn)生高的摩擦力， 影響試驗(yàn)結(jié)果。

圖13 管板焊接接頭撕裂試驗(yàn)

圖13 管板焊接接頭拉脫試驗(yàn)之一

圖14 管板焊接接頭拉脫試驗(yàn)之二

7 結(jié)論

換熱器管子和管板焊縫的焊接工藝評定是該焊縫質(zhì)量保證的一個重要環(huán)節(jié)，而對該工藝評定的檢驗(yàn)要求，是判斷該工藝評定能否合格的基礎(chǔ)。在各國標(biāo)準(zhǔn)中，對這種檢驗(yàn)要求越來越細(xì)化，世界許多工程公司在該工藝評定中提出新的要求，對重要的設(shè)備，在正式焊接前增加管子和管板焊接的模擬試驗(yàn)(Mock up Test)。通過這些檢驗(yàn)的介紹， 能使我們了解目前世界上對換熱器管子和管板工藝評定中的動向， 為我國的焊接工藝評定發(fā)展進(jìn)步，提供了必要的信息。

1 NB/T 47014-2011承壓設(shè)備焊接工藝評定[S].

2 ASME Boiler & Pressure Vessel Cod IX,

3 陸世英.不銹鋼概論[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2013,7:185.

4 ASME Boiler & Pressure Vessel Cod IX

5 EEMUA-143, Recommendation for Tube End Welding : Tube Heat Transfer Equipment 2001

6 Practical Technical Specification Shell & Tube HEX in Titanium, 2012.

7 Memo GEC-MM, No. 2013 M06, Solvay S.A Industrial GEC/MM, 2013 (photo 2～7)

The Requirement of Inspection for Weld between Tube and Tube-sheet in PQR

Shen Hong1Luo Jiayu Sunxudong2
(1.DE Heaney Engineering Consulting (Shanghai) co., LTD Shanghai 200031)
(2.The Travelers Companies, Inc. USACA 91203)

This article introduces the current inspection items and requirement of the weld between tube and tube-sheet in PQR, according to the weld throat, fusion depth and penetration, gap between tube and hole wall of tubesheet, NDT of the fllet weld and other inspections.

HEX Welding Weld between tube and tube-sheet.

X933.4

B

1673－257X(2014)11－05－05

10.3969/j.issn.1673-257X.2014.11.002

沈紅(1957～),男，工學(xué)碩士, 高級工程師，德希尼布中國檢驗(yàn)經(jīng)理,從事石油化工設(shè)備檢驗(yàn) 。

2014-07-23）