換熱管與管板焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的討論

陳宏偉 包含斌 馬小兵 張建曉

(1.蘭州蘭石重型裝備股份有限公司；2.蘭州節(jié)能環(huán)保工程有限公司)

換熱管與管板焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的討論

陳宏偉*1包含斌2馬小兵1張建曉1

(1.蘭州蘭石重型裝備股份有限公司；2.蘭州節(jié)能環(huán)保工程有限公司)

結(jié)合GB 151對(duì)管子管板強(qiáng)度焊接頭的設(shè)計(jì)要求，比較了國內(nèi)外相關(guān)管子與管板焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47014-2011附錄D中一些問題進(jìn)行了討論，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的評(píng)定方法、焊縫檢驗(yàn)及評(píng)定規(guī)則等內(nèi)容提出了建議。

換熱管 管板 強(qiáng)度焊 工藝評(píng)定 標(biāo)準(zhǔn)

換熱管與管板的焊接接頭分強(qiáng)度焊和密封焊，在管殼式換熱器主要受壓部分的焊接接頭分類圖中沒有明確規(guī)定類別[1]，具有特殊性。管子與管板的強(qiáng)度焊既要保證密封性能又要保證抗拉脫強(qiáng)度，因此其焊接質(zhì)量關(guān)系到設(shè)備的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)管子與管板的焊接所制定的焊接評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)目的就是編制正確的焊接工藝規(guī)程，來保證焊接接頭的性能要求。由于管子與管板工藝評(píng)定的針對(duì)性、實(shí)踐性強(qiáng)，GB 151附錄B和國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均以模擬管子與管板接頭形式進(jìn)行評(píng)定試驗(yàn)[2,3]。我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47014-2011附錄D在評(píng)定方法、焊縫尺寸檢驗(yàn)等方面與其他標(biāo)準(zhǔn)有較大區(qū)別[4]。為了更準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)和理解管子與管板焊接工藝評(píng)定的實(shí)質(zhì)，筆者就現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的一些內(nèi)容進(jìn)行了探討，提出了建議。

1 評(píng)定方法

國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)管子與管板的焊接工藝評(píng)定方法有：GB 151-1999附錄B中的“模擬管子與管板試件進(jìn)行焊接工藝評(píng)定”；NB/T 47014-2011附錄D中的“先按正文進(jìn)行工藝評(píng)定再進(jìn)行管子與管板試件的附加工藝評(píng)定或兩者用同一試件合并評(píng)定”；ASME Ⅸ中的“模擬管子管板試件進(jìn)行焊接工藝評(píng)定(QW-193.1)”或“按坡口焊縫或角焊縫進(jìn)行評(píng)定(QW-202.2)”兩者取其一；ISO15614-8中的“模擬管子與管板試件進(jìn)行焊接工藝評(píng)定”?？梢钥闯鲋挥蠳B/T 47014-2011附錄D將管子與管板的焊接工藝評(píng)定分為兩部分即焊接工藝評(píng)定和焊接工藝附加評(píng)定。我國的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)是參照ASME Ⅸ 2007年版而編制的。ASME Ⅸ所規(guī)定的不同的評(píng)定方法均可單獨(dú)使用，并未要求管子與管板的焊接工藝評(píng)定同時(shí)進(jìn)行力學(xué)性能和宏觀檢驗(yàn)。

NB/T 47014-2011的應(yīng)用范圍是強(qiáng)度焊接頭，根據(jù)編制說明，標(biāo)準(zhǔn)的立意是通過正文的焊接工藝評(píng)定來保證焊縫的力學(xué)性能，然后再通過附加評(píng)定來保證焊縫抗剪力要求，但在評(píng)定方法上又規(guī)定了可用管子與管板試件進(jìn)行合并評(píng)定。GB 151規(guī)定強(qiáng)度焊的管板接頭均開有坡口，而角焊縫評(píng)定僅適用于非承壓角焊縫，顯然合并評(píng)定是不能實(shí)現(xiàn)應(yīng)檢測的力學(xué)性能要求的。在工程設(shè)備中不少換熱器管板采用堆焊耐蝕層的復(fù)合管板，與管子焊接的是堆焊層金屬[5～7]，這樣的連接要檢測接頭的力學(xué)性能，尚未有標(biāo)準(zhǔn)方法。另外，在焊接工藝方法上許多設(shè)備制造廠采用了管板在垂直位置的自動(dòng)脈沖鎢極氬弧焊工藝[8，9]。這種工藝方法也不易實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能試件的焊接。因此廠家都是以一個(gè)管子管板試件進(jìn)行合并評(píng)定。

筆者認(rèn)為管子管板焊接工藝評(píng)定的目的，主要保證焊縫的抗剪能力，而影響抗剪力的主要因素是焊縫的有效尺寸。采用規(guī)定的管子與管板試件，進(jìn)行焊縫的宏觀檢驗(yàn)就可以達(dá)到評(píng)定的目的，因此標(biāo)準(zhǔn)無需分焊接工藝評(píng)定和焊接工藝附加評(píng)定兩部分內(nèi)容。

2 焊縫尺寸的檢驗(yàn)

管子與管板的強(qiáng)度焊要保證焊縫的密封性能和抗拉脫強(qiáng)度，而影響焊縫抗拉脫強(qiáng)度的主要因素是焊縫的有效尺寸，因此國內(nèi)外管子與管板焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)均把焊縫尺寸作為評(píng)定檢驗(yàn)的重要項(xiàng)目(圖1)。

從圖1可以看出，除NB/T 47014-2011附錄D只檢驗(yàn)角焊縫尺寸以外，其他標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊縫尺寸的測定均考慮了對(duì)接焊縫，都是從焊縫根部算起。NB/T 47014-2011附錄D要求角焊縫厚度尺寸不小于2/3管子壁厚，那么評(píng)定試件管子的伸出長度必須不小于管子壁厚。在GB 151強(qiáng)度焊的接頭形式中并沒有此規(guī)定。我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過3次修訂，每次檢驗(yàn)的尺寸都不一樣，對(duì)此也有不同的意見[10]。筆者認(rèn)為對(duì)評(píng)定試件檢驗(yàn)焊縫哪個(gè)尺寸及其合格指標(biāo)如何應(yīng)以GB 151《管殼式換熱器》設(shè)計(jì)要求來確定。GB 151關(guān)于換熱器連接拉脫力的計(jì)算要滿足強(qiáng)度焊的要求是：

圖1 管子與管板焊縫尺寸

其中，L表示焊腳高度。顯然L包含了角焊縫焊腳長度和對(duì)接焊縫焊腳長度。所以要保證焊縫的抗拉脫能力，評(píng)定試件檢驗(yàn)尺寸應(yīng)是焊縫的焊腳高度L。由于不同的設(shè)計(jì)條件L的高度不同，因此評(píng)定試件的合格指標(biāo)不是固定的，應(yīng)以滿足設(shè)計(jì)要求的L為依據(jù)，不能滿足設(shè)計(jì)要求的尺寸就需重新評(píng)定。

3 評(píng)定規(guī)則

如通過編制一個(gè)預(yù)焊接工藝規(guī)程，用管子與管板的接頭試件，進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，焊接評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)參照ASME Ⅸ將母材和焊材類別、預(yù)熱和層間溫度和焊后熱處理作為評(píng)定規(guī)則內(nèi)容給予具體規(guī)定[11]。此外，由于管子與管板接頭的結(jié)構(gòu)形式、坡口角度和深度的改變對(duì)是否產(chǎn)生未焊透、未熔合等缺陷有影響，所以也應(yīng)作為重新評(píng)定的因素。對(duì)一些淬硬性強(qiáng)的材料，焊接后熱及后熱的溫度和時(shí)間是防止裂紋的重要措施，在評(píng)定規(guī)則中應(yīng)予以考慮。

4 結(jié)論

4.1換熱管與管板焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)適用于強(qiáng)度焊連接，而影響抗拉脫強(qiáng)度的是焊縫尺寸。因此用一個(gè)GB 151規(guī)定的管子與管板接頭形式的試件進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，就可實(shí)現(xiàn)評(píng)定的目的，無需分焊接工藝評(píng)定和附加焊接工藝評(píng)定兩部分。

4.2根據(jù)GB 151管子與管板的連接強(qiáng)度的計(jì)算要求，評(píng)定檢驗(yàn)的焊縫尺寸是焊腳長L，其合格指標(biāo)應(yīng)不小于設(shè)計(jì)要求。

4.3管子與管板接頭進(jìn)行焊接工藝評(píng)定規(guī)則除NB/T 47014-2011規(guī)定的內(nèi)容外，還有管子與管板連接結(jié)構(gòu)和坡口尺寸，以及焊接后熱均應(yīng)作為重新評(píng)定的因數(shù)。

[1] GB 151-1999,管殼式換熱器[S].北京：國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，1999.

[2] ASME Ⅸ-2010，Boiler & Pressure Vessel,section Ⅸ[S] .New York: American Society of Mechanical Engineers，2010.

[3] EN ISO15614-8，Specification and Qualification of Welding Procedure for Metallic Materials-Welding Procedure Test-Welding of Tubes to Tub-Plate Joints [S]. European:International Organization for Standardization，2002.

[4] NB/T 47014-2011,承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定[S].北京：原子能出版社，2011.

[5] 陳小昌.大厚度管板堆焊層的剝離及防止措施[J].焊接技術(shù),2009,38(12):70～71.

[6] 徐紅，王天先，呂龍.鎳基合金管與管板的焊接工藝試驗(yàn)[J].壓力容器, 2007, 24(7) :62～63.

[7] 黃榮杰，楊朝瑞，胡林,等.管板堆焊開裂的成因分析及處理措施[J].壓力容器,2012，29(5): 66～69.

[8] 盛大松.管-管板全自動(dòng)脈沖鎢極氬弧焊工藝的試驗(yàn)與應(yīng)用[J].工業(yè)鍋爐,2007,(5):28～29.

[9] 王天先.高壓換熱器管子管板自動(dòng)氬弧焊[J].電焊機(jī),2007,37(8):60～66.

[10] 李向東.換熱管與管板接頭焊接工藝評(píng)定的理解與實(shí)施[J].壓力容器，2002, 19(10):6～7.

[11] 趙孟顯.鍋爐壓力容器規(guī)范第Ⅸ卷新版焊接規(guī)范介紹(二)[J].壓力容器,2009, 26(10):43～45.

DiscussionofWeldingProcedureQualificationStandardsforHeat-exchangingTubesandTubesheet

CHEN Hong-wei1, BAO Han-bin2, MA Xiao-bing1, ZHANG Jian-xiao1

(1.LanzhouLanshiHeavyEquipmentCo.,Ltd.,Lanzhou730087,China; 2.LanzhouEnergy&EnvironmentalProtectionEngineeringCo.,Ltd.,Lanzhou730050,China)

Considering the strength design requirements of welding joint between tubes and tubesheet stipulated in GB 151 Standard, the relative standards at home and abroad were compared and the matters stipulated in NB/T 47014-2011 Annex D were discussed to put forward some suggestions on welding evaluation and inspection and the rules for qualification.

heat-exchanging tube, tubesheet, strength welding, procedure qualification, standards

*陳宏偉，男，1986年12月生，工程師。甘肅省蘭州市，730087。

TQ051.5

A

0254-6094(2016)06-0714-03

2016-03-04，

2016-04-14)