換熱管與管板焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的討論

車(chē)顯俊

摘 要：在管殼式換熱器的制造過(guò)程中，換熱管與管板的焊接是一個(gè)重要步驟。本文將依據(jù)GB151-1999《管殼式換熱器》的要求，對(duì)換熱管與管板的焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探討。希望能通過(guò)分析得出幾點(diǎn)有用的結(jié)論，以供焊接工藝操作人員作為工作參考。

關(guān)鍵詞：換熱管；管板；焊接工藝；評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

換熱管與管板間的有效焊接，將為管殼式換熱器的質(zhì)量提供有效保障。在管殼式換熱器的焊接過(guò)程中，接頭的焊接工藝并不僅限為強(qiáng)度焊和密封焊兩種。換熱管與管板間焊接工作質(zhì)量是保障管殼換熱器的安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，所以要做到保證換兩者間的密封和絕對(duì)牢固。目前相關(guān)部門(mén)已經(jīng)出臺(tái)了一系列政策條文，對(duì)焊接工藝進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定。為了更清晰的認(rèn)識(shí)換熱管與管板焊接工藝的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，本文將對(duì)現(xiàn)在執(zhí)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1 現(xiàn)有的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

由于焊接工作將直接影響管殼式熱水器的質(zhì)量。所以世界各國(guó)都對(duì)其制定了相關(guān)規(guī)定。國(guó)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：GB151-1999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/T47014-2011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”以上評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，除了NB/T47014-2011外，其余的對(duì)換熱管與管板焊接工藝的評(píng)定，均只需參考一種標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)ASME IX 2007的相關(guān)條款，我國(guó)制定了自己的焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。按照我國(guó)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，換熱管和管板在接受焊接工藝評(píng)定時(shí)可以不做力學(xué)測(cè)試。

NB/T47014-2011的應(yīng)用范圍是強(qiáng)度焊接頭，根據(jù)編制說(shuō)明，標(biāo)準(zhǔn)的立意是通過(guò)正文的焊接工藝評(píng)定來(lái)保證焊縫的力學(xué)性能，然后再通過(guò)附加評(píng)定來(lái)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。GB151規(guī)定強(qiáng)度焊的管板接頭均開(kāi)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(cè)的力學(xué)性能要求的。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。實(shí)際施工過(guò)程中，通常是為了確保換熱管與管板焊接后結(jié)合部位的穩(wěn)固性，才進(jìn)行焊接工藝的評(píng)定。結(jié)合部位的尺寸將直接影響其穩(wěn)固程度。因此，施工過(guò)程中，通常通過(guò)對(duì)工程試件的焊縫做一定的測(cè)量，不需要進(jìn)行焊接工藝評(píng)定及其附加評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)操作，就可以完成測(cè)驗(yàn)。

2 關(guān)于焊縫尺寸

換熱管與管板間的焊縫，就是指經(jīng)過(guò)焊接以后兩者間的結(jié)合部位。焊接工作的進(jìn)行，要使焊縫的密閉性和抗拉脫能力得到保證。焊縫的有效尺寸，將會(huì)制約著焊縫的抗拉脫能力。而焊縫的抗拉脫能力，又將直接影響管殼式換熱器的質(zhì)量。所以，所有國(guó)內(nèi)外的焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)都將焊縫尺寸的檢測(cè)結(jié)果作為工藝評(píng)定的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

從圖1可以看出，除NB/T47014-2011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(cè)定均考慮了對(duì)接焊縫，都是從焊縫根部算起。NB/T47014-2011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(zhǎng)度必須不小于管子壁厚。在GB151強(qiáng)度焊的接頭形式中并沒(méi)有此規(guī)定。我國(guó)對(duì)于換熱管與管板焊接工藝的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)曾經(jīng)做過(guò)先后共3次的修改，每次對(duì)于焊縫的檢驗(yàn)尺寸都有所改動(dòng)。通常情況下，我國(guó)對(duì)于焊縫尺寸的要求，均按照GB151《管殼式換熱器》的相關(guān)要求來(lái)確定。GB151中，換熱器焊縫的抗拉脫能力的計(jì)算，要遵循以下公式：q=σa/πdL，q≤[q]其中，L表示焊腳高度。顯然L包含了角焊縫焊腳長(zhǎng)度和對(duì)接焊縫焊腳長(zhǎng)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。因?yàn)榫唧w施工過(guò)程中的L值通常不同，因此，試件評(píng)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)該就具體工作進(jìn)行相應(yīng)的改動(dòng)。在施工過(guò)程中，應(yīng)以滿足公式的L作為施工標(biāo)準(zhǔn)，在L不滿足公式是時(shí)，就應(yīng)該對(duì)施工進(jìn)行一定的改進(jìn)。

3 評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

如通過(guò)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(lèi)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。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。

4 重新評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)

由于換熱管與管板的焊接十分重要，所以如果焊接工藝的評(píng)定出現(xiàn)問(wèn)題，某些情況下，是需要重新評(píng)定的。目前我國(guó)的換熱器加工制造過(guò)程中，通常采用強(qiáng)度焊加貼帳的方法。這種方法具有耐熱、防腐、牢固性強(qiáng)等特點(diǎn)。根據(jù)GB151-1999《管殼式換熱器》的要求，換熱管與管板之間的強(qiáng)度焊接頭應(yīng)按其附錄B《換熱管與管板接頭的焊接工藝評(píng)定》進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。其中附錄B《換熱管與管板接頭的焊接工藝評(píng)定》中規(guī)定，實(shí)際焊接過(guò)程中，只要存在以下問(wèn)題之一，就需要對(duì)焊接工藝進(jìn)行重新的評(píng)定。

（1）換熱管或管板的的材料編號(hào)發(fā)生變化時(shí)。（2）當(dāng)換熱管壁厚不超過(guò)2.5mm，且其直徑或壁厚與已評(píng)定管的差值大于15%時(shí)。（3）焊接方法改變時(shí)。（4）焊絲或附加的填充金屬公稱截面積的變化超過(guò)10%。（5）填絲改為不填絲或相反時(shí)。（6）除橫焊、立焊或仰焊位置的評(píng)定適用于平焊位置外，改變?cè)u(píng)定合格的焊接位置。（7）多道焊改為單道焊或相反時(shí)。（8）變更保護(hù)氣體種類(lèi)或混合氣體配比時(shí)。（9）取消保護(hù)氣體或保護(hù)氣體流量比評(píng)定范圍的下限值降低10%以上時(shí)。

在以上9種需要對(duì)焊接工藝進(jìn)行重新評(píng)定的情況中，有些是容易被人接受的，如材料編號(hào)發(fā)生變化和焊接方法發(fā)生改變，但也有些情況是不容易被理解的，下面將針對(duì)（2）、（4）幾種情況，進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

a.換熱管管徑對(duì)焊接工藝評(píng)定的影響。換熱管壁厚不超過(guò)2.5mm，且其直徑與已評(píng)定管的差值大于15%時(shí)需要重新評(píng)定。在這里還有一個(gè)限制性條件。即在附錄B的B2.3.1中要求當(dāng)換熱管壁厚不超過(guò)2.5mm時(shí)！評(píng)定用管與換熱管的直徑相差應(yīng)不超過(guò)15%；當(dāng)換熱管壁厚大于2.5mm時(shí)，評(píng)定用管的壁厚應(yīng)大于2.5mm。按照此規(guī)定，我們可以看出，既需要制作焊接工藝評(píng)定時(shí)所用的評(píng)定用管與所制作的產(chǎn)品的換熱管的直徑（對(duì)于壁厚不超過(guò)2.5mm來(lái)說(shuō)）差值小于15%，又需要所制作的換熱器的換熱管與評(píng)定用管的直徑（對(duì)于壁厚超過(guò)2.5mm來(lái)說(shuō)）差值小于15%。b.換熱管壁厚對(duì)焊接工藝評(píng)定的影響。換熱管壁厚不超過(guò)2.5mm且其壁厚與已評(píng)定管的差值大于15%時(shí)需要重新評(píng)定，在這里還有一個(gè)限制性條件，即在附錄B中的B2.3.1中要求當(dāng)換熱管壁厚超過(guò)2.5mm時(shí)，評(píng)定用管與換熱管的壁厚相差應(yīng)不超過(guò)15%；當(dāng)換熱管壁厚大于15%時(shí)，評(píng)定用管的壁厚應(yīng)不超過(guò)15%。按照此規(guī)定，我們可以看，既需要制作焊接工藝評(píng)定時(shí)所用的評(píng)定用管與所制作的產(chǎn)品的換熱管的壁厚差值小于15%，又需要所制作的換熱器的換熱管與評(píng)定用管的壁厚差值小于15%。

結(jié)束語(yǔ)

由以上討論可知，換熱管與管板焊接工藝的評(píng)定，需要嚴(yán)格按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。在焊接過(guò)程中，施工人員必須遵守相關(guān)規(guī)定，才能確保管殼式換熱器的質(zhì)量。

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