提高列管式換熱器制造質(zhì)量關(guān)鍵制造工序的管理和檢測

杜秀萍，曹兵

（1南京圣諾熱管有限公司，江蘇 南京 211009；2江蘇中圣高科技產(chǎn)業(yè)有限公司，江蘇 南京 211112）

列管式換熱器因結(jié)構(gòu)簡單、傳熱效果好、有效換熱面積大、承受的壓力高、適用多個(gè)領(lǐng)域、選用的結(jié)構(gòu)材料范圍廣、易于維修和維護(hù)，是化工裝備中常用的熱交換設(shè)備[1]。在國內(nèi)外多種材質(zhì)制造方面積累了實(shí)用的制造技術(shù)，現(xiàn)將對于提高換熱器制造質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)提出以供探討[2]。

1 原材料控制

設(shè)備制造的基礎(chǔ)是用于制造設(shè)備的原材料不僅要滿足化工工藝規(guī)定的化學(xué)性能和力學(xué)性能等要求，而且原材料的表面不能有凹坑、劃傷等缺陷，這些缺陷會大大降低設(shè)備使用過程中的耐蝕性能。

（1）制造廠商 選擇有資質(zhì)的制造廠商。一般是盡可能地選擇企業(yè)規(guī)模較大和信譽(yù)較好的企業(yè)，對于一些新開發(fā)的供應(yīng)商，要求能夠?qū)?yīng)商的分包商的質(zhì)量管理體系進(jìn)行審查，確保其提供的原材料沒有質(zhì)量隱患。

（2）材料廠家的地理區(qū)域 盡可能地選擇離制造企業(yè)較近、控制力較強(qiáng)和位于制造業(yè)集中和發(fā)達(dá)區(qū)域的材料供應(yīng)商。通常在這些區(qū)域，由于產(chǎn)業(yè)集群的作用，制造的技術(shù)水平較好，發(fā)現(xiàn)原材料質(zhì)量問題時(shí)，容易找到有效的檢驗(yàn)設(shè)備和檢驗(yàn)人員進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)問題后能快速地找到解決問題的途徑。

2 制造工藝控制

化工設(shè)備的最終質(zhì)量與設(shè)備在制造過程中采用的制造方法和各個(gè)制造工序的制造順序有著密切的聯(lián)系，對于列管式換熱器來說，將封頭壓制、管板鉆孔、筒體卷制工序安排好是提高換熱器質(zhì)量的必備條件[3]。

（1）制造工藝過程流轉(zhuǎn)卡 制造過程要編制詳細(xì)的技術(shù)文件，確保每個(gè)工件都有制造的工藝過程卡，每個(gè)制造工序都必須有制造者和檢驗(yàn)人員的簽字并注明日期，保證可追溯性，能充分保證一線制造人員的責(zé)任感，提高產(chǎn)品質(zhì)量意識。

（2）封頭制造的關(guān)鍵點(diǎn) 封頭在拼焊后，應(yīng)該將焊接后的內(nèi)外焊縫磨平，防止在封頭的壓制過程中焊縫余高對封頭的外觀和焊縫質(zhì)量有影響；封頭在壓制之前應(yīng)該進(jìn)行射線探傷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊接缺陷后及時(shí)返修，防止在封頭的壓制過程中把固有的缺陷范圍擴(kuò)大，盡量避免在封頭壓制以后進(jìn)行RT探傷，因?yàn)槌尚秃蠓敌迣⒂绊懛忸^的外觀質(zhì)量。封頭在壓制前要做好內(nèi)外標(biāo)識，將最終焊接的焊道置于封頭的內(nèi)表面，這樣最終焊道沒有經(jīng)過后道焊接工序的“熱影響”可以保證封頭內(nèi)焊縫的焊縫具有優(yōu)質(zhì)耐蝕性能。

（3）管板鉆孔 管板的制造質(zhì)量，尤其是管孔加工的質(zhì)量對后續(xù)的脹管工序有著至關(guān)重要的影響。管板的加工建議采用數(shù)控鉆引定位孔，后采用普通鉆床鉆通孔并鉸孔的方法制造，這種加工工藝既利用了數(shù)控鉆高精度定位性能和高效率的優(yōu)勢，同時(shí)又避免了數(shù)控鉆較高的成本并充分發(fā)揮普通鉆床的功能低成本的優(yōu)勢，通過這種工藝制造出來的管板，經(jīng)過多次的生產(chǎn)實(shí)踐證明能夠滿足在后續(xù)的焊接過程中，焊縫不會因?yàn)榭讟虿煌a(chǎn)生焊縫重疊現(xiàn)象，也不會發(fā)生管程墊片與管頭焊縫的干涉現(xiàn)象。

（4）筒體卷制 對于不銹鋼和特種金屬材料的卷制，需適當(dāng)?shù)拇胧┍Ｗo(hù)筒節(jié)的內(nèi)外表面。例如可以把三輥卷板機(jī)的上輥覆上特制的橡膠，并把筒節(jié)的外表面覆上保護(hù)膜。具體的方法見圖 1。橡膠輥能保證在筒節(jié)的卷制過程中，內(nèi)表面接觸到橡膠的輥?zhàn)?，不會?dǎo)致因卷制而劃傷筒節(jié)內(nèi)壁或內(nèi)壁被卷輥上的鐵離子等污物的污染，殼體表面的保護(hù)膜能保證設(shè)備的外表面不被鐵質(zhì)的輥?zhàn)咏佑|導(dǎo)致劃傷和污染，同時(shí)外表面的保護(hù)膜又能防止設(shè)備在后續(xù)工序的制造過程中被污染，這是一個(gè)既經(jīng)濟(jì)又行之有效的辦法。

圖1 卷板示意圖

（5）換熱管和管板之間的脹接 根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)和各種材料的特點(diǎn)，選擇在管板上開槽的尺寸，制定合理的脹接工藝，并且在對產(chǎn)品脹接之前先進(jìn)行同種規(guī)格的換熱管和相同材料和厚度的管板模擬試驗(yàn)，并對試樣進(jìn)行脹管率和拉脫力檢查，合格后方可進(jìn)行設(shè)備的脹接。脹接的參數(shù)按照脹接試驗(yàn)時(shí)得到的數(shù)值進(jìn)行。脹接方法優(yōu)先選擇的液壓脹的方式，液壓脹具有不劃傷、不污染換熱管內(nèi)壁的優(yōu)點(diǎn)。

（6）對于帶較大接管的管箱制造 由于管箱上的大接管開孔，再組對接管法蘭組件并將角焊縫焊接完成以后，設(shè)備的管箱法蘭和大接管法蘭的密封面都會發(fā)生一定的變形。因此，設(shè)備法蘭密封面在與管箱筒體焊接之前留有二次加工余量，在制造工藝上安排在大接管的D類焊接后，再進(jìn)行一次管箱密封面的車加工，可以消除管道和筒體之間的焊接造成管箱法蘭密封面的變形，保證設(shè)備的整體密封性能。

3 焊接工藝

對于列管式換熱器來說，焊接質(zhì)量是影響換熱器質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，尤其是管頭的焊接質(zhì)量尤為重要。

（1）焊接熱輸入控制 焊接過程應(yīng)嚴(yán)格遵守焊接工藝，對于貴重的材料或重要的焊縫優(yōu)先采用手工氬弧焊、等離子等焊接方式，控制熱輸入量，以得到盡可能細(xì)的晶粒組織，確保其力學(xué)和化學(xué)性能。

（2）氬弧焊接過程中氣體保護(hù) 氬弧焊焊接過程中，確保焊后熾熱的焊縫在惰性氣體的保護(hù)之下，正面的焊縫要全部帶焊槍的氬氣保護(hù)下，焊接熄弧時(shí)應(yīng)使焊槍停留在焊縫尾端，繼續(xù)通氬氣，待到焊縫冷卻到 150℃以下再移開焊槍。焊縫的背面同樣使用保護(hù)拖罩保護(hù)焊縫金屬，防止焊縫高溫氧化。

（3）最終焊道的安排 焊接的最終焊道應(yīng)該安排在設(shè)備與介質(zhì)接觸的內(nèi)表面，防止最終焊縫在后續(xù)焊縫的焊接過程中被熱處理而發(fā)生性能劣化，保證與介質(zhì)接觸的內(nèi)表面焊縫有最好的晶粒組織，從而能確保其有較好的耐蝕性能。

（4）管板與殼體焊縫的焊接 對于使用條件苛刻并且重要的換熱器，可以采用對接焊的形式。這類焊縫可以采用氬弧焊打底，然后采用手工電弧焊或自動(dòng)焊蓋面的焊接工藝，能夠較好地保證管板和筒體之間的焊縫連接；對于更苛刻的使用場合，可以采用先分別焊接筒體和管板之間的角焊縫，并且是雙面焊接，經(jīng)過無損檢測合格后再對接筒體環(huán)縫，因?yàn)檫@時(shí)筒體內(nèi)部通常已經(jīng)傳了換熱管，不能夠進(jìn)行RT檢測，這道最終環(huán)縫需要進(jìn)行Toft超聲檢測以確保最終焊縫質(zhì)量。

①換熱管與管板的焊接 換熱管和管板之間焊接是決定換熱器質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)[1]。管頭的焊接通常應(yīng)采用兩道焊接成型，每道焊縫分成兩次焊接成型，第一次是從時(shí)鐘5點(diǎn)的位置按照順時(shí)針方向12點(diǎn)的位置進(jìn)行焊接；第二次是從時(shí)鐘5點(diǎn)的位置按照逆時(shí)針的方向朝向12點(diǎn)的位置進(jìn)行焊接，以確保每道焊縫在施焊時(shí)是按“上坡”的方向進(jìn)行施焊，具體的焊接順序見圖 2。第二道焊縫施焊的起弧點(diǎn)和收弧點(diǎn)要與第一道焊縫的起弧點(diǎn)和收弧點(diǎn)錯(cuò)開90度，保證焊縫質(zhì)量。在起弧點(diǎn)和收弧點(diǎn)焊接時(shí)因注意焊接手法，即“重熔起弧，回頭收弧”的方法焊接起弧點(diǎn)和收弧點(diǎn)，具體的焊接過程見圖 3。對于換熱管壁厚小于1.5mm的情況，第一道焊縫要求在焊接過程中鎢極指向管板，確保大部分來自焊槍的熱輸入量由管板承擔(dān)，以免將換熱管管壁熔穿或管頭熔塌，在焊接過程中依靠管板和換熱管的自熔和填充少量的焊絲焊接，保證底層焊縫的質(zhì)量；第二道焊縫的起始點(diǎn)和第一道焊縫的起始點(diǎn)要錯(cuò)開90°，以保證兩道焊縫焊接接頭的重合影響焊縫的質(zhì)量，保證焊腳高度按圖紙的設(shè)計(jì)要求。

圖2 焊接順序圖

圖3 起弧和收弧示意圖

②換熱管分區(qū)域焊接 對于直徑大，換熱管的數(shù)量多，管板較薄的換熱器，除了在焊接的過程中依據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)制造防變形工裝外，還可以采取將設(shè)備管板分區(qū)對稱焊接的方法來制造[4-5]，這樣制造的目的有以下幾點(diǎn)：①管板分區(qū)后，可以按管板的不同的區(qū)分給不同的焊接工人焊接，在后道檢驗(yàn)的工序發(fā)現(xiàn)問題可以保證有較好的追溯性，分清責(zé)任；②管板分區(qū)后，因?yàn)槊繅K區(qū)域的范圍較小，整個(gè)區(qū)域內(nèi)的換熱管的長度相對固定，因此可以在穿換熱管之前將換熱管的長度車到比較接近總長的尺寸，減少在成型換熱器上加工換熱管的多余長度，節(jié)省制造時(shí)間。

4 關(guān)鍵檢驗(yàn)點(diǎn)控制

設(shè)置適當(dāng)?shù)年P(guān)鍵檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，檢查關(guān)鍵制造工序和焊接過程質(zhì)量是否能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，是保證設(shè)備出廠前質(zhì)量的重要過程[6]。

（1）材料的到廠檢驗(yàn) 對于重要的設(shè)備材料，到廠檢驗(yàn)非常重要，材料要經(jīng)過目視檢查、尺寸檢驗(yàn)（包括厚度負(fù)偏差，長度和寬度等）、UT檢查和PMI檢驗(yàn)以保證材入庫前各項(xiàng)性能能夠滿足設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造要求[6]。

（2）換熱器管頭焊縫的檢驗(yàn)

①模擬試驗(yàn) 在對產(chǎn)品進(jìn)行施焊前，用相同規(guī)格的焊接試樣和焊接材料模擬的焊接試驗(yàn)，剖開后檢查焊縫的內(nèi)部，檢查焊縫的喉頸高度和拉脫力。第一道焊縫焊接完成以后進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，保證首道焊縫的焊接全部合格以后再進(jìn)行第二道焊縫的焊接，第二道焊縫焊接完成以后對焊縫進(jìn)行管頭焊縫RT檢測。

②氦檢漏試驗(yàn) 換熱器的制作完成以后，對于嚴(yán)格防止泄露的設(shè)備，應(yīng)采用氦檢漏的方法檢查全部管頭的焊接性能和設(shè)備密封性能，并根據(jù)設(shè)備的工作條件和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇正壓法或負(fù)壓法檢漏，一般情況下負(fù)壓法的檢測效果好于正壓法，但是檢測的成本較高并且對檢驗(yàn)裝置的要求也較高。

③熱氣循環(huán)試驗(yàn) 對于復(fù)合板制造的設(shè)備或高溫條件下使用的換熱設(shè)備，僅僅通過水壓試驗(yàn)檢驗(yàn)其強(qiáng)度是不能保證其在高溫條件下復(fù)層焊縫的質(zhì)量，利用熱氣循環(huán)試驗(yàn)檢驗(yàn)復(fù)合板復(fù)層焊縫在模擬高溫條件下的運(yùn)行性能是一個(gè)非常好的檢驗(yàn)方法。

5 結(jié) 語

換熱器的制造是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要設(shè)計(jì)、工藝、焊接、檢驗(yàn)、運(yùn)輸、安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)通力合作和協(xié)調(diào)控制才能最終保證設(shè)備的最終使用性能。

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