內(nèi)孔焊技術(shù)及其質(zhì)量控制要點(diǎn)

王發(fā)升王旭東

(1.福建聯(lián)合石油化工有限公司， 福建 泉州 362000；

(2.南京三方化工設(shè)備監(jiān)理有限公司， 江蘇 南京 210036)

內(nèi)孔焊技術(shù)及其質(zhì)量控制要點(diǎn)

王發(fā)升1王旭東2

(1.福建聯(lián)合石油化工有限公司， 福建 泉州 362000；

(2.南京三方化工設(shè)備監(jiān)理有限公司， 江蘇 南京 210036)

本文結(jié)合實(shí)際工作中的體會(huì)，重點(diǎn)闡述了管子管板內(nèi)孔焊的優(yōu)越性以及具體施工過程中注意點(diǎn)。

內(nèi)孔焊；結(jié)構(gòu)；檢驗(yàn)

1 前言

在化工、石油、醫(yī)藥、原子能和核工業(yè)中，換熱器的應(yīng)用十分廣泛，換熱器類型與結(jié)構(gòu)也很多，其中管殼式換熱器是最普遍使用的。在管殼式換熱器的設(shè)計(jì)、制造過程中，換熱管與管板之間的連接質(zhì)量好壞決定了換熱器的質(zhì)量、安全和使用壽命。傳統(tǒng)的換熱器均采用的是管子管板角焊結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)由于自身的局限性，使得焊接質(zhì)量難以保證，特別是無法進(jìn)行直觀判定其優(yōu)劣，在實(shí)際換熱器使用中的損壞絕大部分發(fā)生在管子管板焊接部位。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)管子管板內(nèi)孔焊技術(shù)的研究及應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生。

2 管子管板內(nèi)孔焊結(jié)構(gòu)及焊接方法

國(guó)外在上世紀(jì)60年代末開始研究?jī)?nèi)孔焊，并于70年代開始應(yīng)用于核設(shè)備上。國(guó)內(nèi)在上世紀(jì)70年代中期開始對(duì)內(nèi)孔焊進(jìn)行試驗(yàn)研究，并于70年代末期開始應(yīng)用于核設(shè)備、電站設(shè)備上。

所為內(nèi)孔焊，是將管子管板連接焊縫置于管板殼程一側(cè)，為對(duì)接接頭(圖1)。傳統(tǒng)的管子管板焊接為管子穿出管板，為角接接頭(圖2)。

內(nèi)孔焊是采用氬氣作為內(nèi)、外保護(hù)氣體的自動(dòng)焊，它是由電源產(chǎn)生的脈沖電流通過與電機(jī)直聯(lián)的旋轉(zhuǎn)鎢極頭利用電弧熱能融化母材金屬的一種焊接方式。

內(nèi)孔焊有填絲與不填絲兩種，若換熱管規(guī)格為

25×2 mm，一般采用自熔不填絲。內(nèi)孔焊一般采用脈沖焊機(jī)，焊接參數(shù)的選擇由制造廠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及焊接工藝評(píng)定保證。因此，作為監(jiān)理人員，審查焊接工藝評(píng)定及見證焊接試塊是必不可少的。

圖1

圖2

焊接設(shè)備是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)TIG焊的關(guān)鍵所在，由于焊縫的高質(zhì)量、高可靠性要求，對(duì)焊接設(shè)備也提出了很高的要求，需專用的焊接設(shè)備，尤其是內(nèi)孔焊槍頭。

3 內(nèi)孔焊的優(yōu)點(diǎn)

⑴內(nèi)孔焊不存在管子管板的縫隙，這對(duì)抗縫隙腐蝕和抗應(yīng)力腐蝕有非常明顯的好處。并且還解決了縫隙積存有害元素的問題，更加有利于設(shè)備的清洗和維修[1]。

⑵內(nèi)孔焊是一種完全焊透的焊接接頭結(jié)構(gòu)，因此其抗振動(dòng)疲勞強(qiáng)度高，具有較高的承受高溫、高壓的能力。

⑶對(duì)接內(nèi)孔焊管板管孔比端部角焊縫的管孔小，這就增加了管板的剛度，可以減小管板的厚度或管間距。

⑷內(nèi)孔焊沒有像端部焊那樣的切口應(yīng)力集中，故不易產(chǎn)生焊根裂紋。

⑸內(nèi)孔焊對(duì)接接頭可以100%RT，因此焊縫內(nèi)部質(zhì)量科得到監(jiān)督和控制，提高了焊縫的可靠性。

⑹內(nèi)控焊的施焊空間雖然很小，但易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

⑺內(nèi)孔焊適用于所有用來制造換熱器的換熱管與管板的連接。

內(nèi)孔焊的不足之處是內(nèi)孔焊要求的管板加工精度和裝配精度很高，因而提高了設(shè)備的造價(jià)；當(dāng)焊縫出現(xiàn)不合格的缺陷時(shí)，返修十分困難。

4 管束的焊接過程質(zhì)量控制

⑴由于管子內(nèi)件小，管板又薄，焊縫要求單面焊雙面成型，因此管板和管板合攏處的裝配要求很嚴(yán)格，間隙(≤0.2mm)、錯(cuò)邊量(≤0.3mm)和同心度(≤0.1mm)都需要嚴(yán)格控制。

⑵組對(duì)后，將焊槍插入，管板殼程側(cè)的施工人員在管子管板焊口位置用專用的氣體保護(hù)罩上好，然后進(jìn)行施焊。

⑶每根換熱管焊接結(jié)束后，用內(nèi)窺鏡檢查焊口的焊接質(zhì)量，管板殼程側(cè)的人員管程是否焊透。只要組對(duì)良好，焊槍定位準(zhǔn)確，可一次成功。若發(fā)現(xiàn)未焊透，可再次熔一遍。

⑷為了施工過程易于組對(duì)，焊接時(shí)從上向下焊接，由管板正中位置兩側(cè)管孔處豎排施焊，每焊兩列，應(yīng)檢查管板變形情況，發(fā)現(xiàn)變形，即應(yīng)調(diào)整管束兩端的加固位置。

5 焊縫質(zhì)量檢查

在焊接質(zhì)量檢驗(yàn)方面，由于這種接頭形式極難返修，因此，每焊完一個(gè)焊縫后，應(yīng)馬上進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)項(xiàng)目按圖樣及技術(shù)協(xié)議等要求，以下檢驗(yàn)項(xiàng)目?jī)H供參考。

⑴外觀檢查：經(jīng)檢查的焊接接頭內(nèi)外側(cè)均勻，焊道形狀良好，平滑、美觀、光亮，無可見的焊接缺陷。由于焊縫外部采用氣體保護(hù)套筒，若焊縫內(nèi)外側(cè)呈白亮或淺黃的顏色，則說明氬氣保護(hù)系統(tǒng)是良好的。

⑵RT：由于內(nèi)孔焊的特殊接頭形式，留有貼片的空間，因此100%RT是可行的。但其RT需要具備的條件較高，如必須有短焦距小能量的放射源、必須解決小尺寸貼片的問題等[2]。

⑶PT：對(duì)焊縫表面進(jìn)行100%PT檢查，Ⅰ級(jí)合格。由于操作空間較小，且待檢查的一列管子管板焊縫靠近前一列空間更加狹小，在實(shí)際生產(chǎn)中，此方法并不便操作及觀察。

⑷逐根氦檢漏：焊接完成后，向待檢焊縫的換熱管里充氦氣，兩頭密閉，形成密閉空間，以氦檢儀顯示的泄漏率為依據(jù)判定焊縫質(zhì)量。若采用嗅吸探頭檢測(cè)法，內(nèi)部氦氣保壓，將嗅吸槍頭在管子管板焊縫外側(cè)做繞式的檢查，并實(shí)時(shí)觀察氦檢儀數(shù)值變動(dòng)。

⑸逐根水壓：按照管程水壓試驗(yàn)壓力進(jìn)行檢測(cè)，無滲漏、無異常為合格。這對(duì)管子兩頭工裝的密閉性要求較高。

⑹整體氦檢漏：當(dāng)管板與殼程筒體組裝、組焊完成后，可向殼程充氦氣，在采用深孔焊的管板管程一側(cè)進(jìn)行氦檢漏。

⑺整體水壓(殼程)：按照殼程水壓試驗(yàn)壓力進(jìn)行檢測(cè)，逐根檢查管子管板焊縫處，可用內(nèi)窺鏡或手電筒檢查，無滲漏、無異常為合格。

6 總結(jié)

隨著工業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)制造廠能夠制造內(nèi)孔焊換熱器的廠家也越來越多，制造水平較以前有很大的提高，高溫高壓且介質(zhì)強(qiáng)腐蝕的換熱器應(yīng)用也愈來愈廣泛，換熱器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)成為高溫、高壓且介質(zhì)強(qiáng)腐蝕的換熱器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，所選用的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證安全、同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)的原則，內(nèi)孔焊結(jié)構(gòu)更適用于高溫、高壓且強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的換熱器，對(duì)解決管與管板接頭應(yīng)力腐蝕破裂具有顯著的優(yōu)越性。

[1]沈鵬羽.內(nèi)孔焊在高溫高壓換熱器中的應(yīng)用[J].化工設(shè)備與管道，2010，47(1):7-8.

[2]洪學(xué)立，湯承亮.管子管板內(nèi)孔焊的實(shí)際應(yīng)用[J].壓力容器， 2005，22(5)：30-31.

[3]秋恩哲.管與管板內(nèi)孔焊接及其應(yīng)用[J].管道技術(shù)與設(shè)備， 1998，(6)：16-18.