管殼式換熱器管—管板焊接工藝的相關(guān)研究

宮宇帝　周漪

摘 要：管殼式換熱器管-管板連接中采用了焊接工藝，目的是提高換熱器管與管板的連接質(zhì)量。焊接在管殼式換熱器管-管板連接中具有一定的效益，其可加強(qiáng)管-管板的連接，避免出現(xiàn)裂縫、斷裂的問題，維護(hù)了管殼式換熱器的整體效果，體現(xiàn)焊接工藝的實(shí)踐效益。本文主要以管殼式換熱器為研究對象，探討換熱器管-管板焊接的相關(guān)工藝。

關(guān)鍵詞：管殼式；換熱器管；管板；焊接工藝

中圖分類號：TQ051.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

換熱器的工作環(huán)境比較特殊，基本處于腐蝕、摩擦和高壓的環(huán)境中，換熱器工作時還會面臨著溫差應(yīng)力。換熱器在工作環(huán)境的影響下，管殼式換熱器管-管板處容易發(fā)生泄漏，引起換熱器失效，嚴(yán)重時還會出現(xiàn)爆炸的風(fēng)險。焊接是連接換熱器管-管板的有效方法，而且焊接的操作要求低、緊密性好，其可保障換熱器管-管板焊接的優(yōu)質(zhì)性。

1 結(jié)構(gòu)焊接

管殼式換熱器管-管板中的結(jié)構(gòu)焊接是重要的工作，本文主要從以下兩個方面探討結(jié)構(gòu)焊接的工藝操作。

1.1 準(zhǔn)備工作

管殼式換熱器管-管板焊接之前的準(zhǔn)備工作中，需要清理焊接結(jié)構(gòu)位置上的附著物，包括銹跡、油污、毛刺等，以免影響焊接的效果。管-管板焊接組對時應(yīng)該先焊接左側(cè)管板，點(diǎn)固焊的位置要和工藝評定的位置相同，點(diǎn)固之后換熱器結(jié)構(gòu)要立放在焊接位置，按照現(xiàn)場換熱器的擺放實(shí)況加固，加固時可以搭接腳手架，或者埋入地坑中，簡化焊接的操作過程。

1.2 焊接方法

管殼式換熱器管-管板焊接時根據(jù)焊接工藝評定的工藝參數(shù)安排施焊工作，此時焊工要先焊接右側(cè)管板，管板上的每個管孔在劃分焊接區(qū)域時需要按照定距管的位置，建議規(guī)劃為8個區(qū)域，具體的規(guī)劃方式如下圖1，每個區(qū)域中的焊接單元里會包括3個管孔，以管板中心為原則，最先焊接靠近管板的地方，之后需要錯相鄰單元去焊接另外的單元，逐步推進(jìn)到管板外側(cè)，以此類推焊接到區(qū)域最外側(cè)的單元，接下來以對稱的方法焊接相關(guān)區(qū)域，完成整個區(qū)域第一遍焊接工作，根據(jù)圖1規(guī)劃了焊接的順序，即：1→5→3→7→2→6→4→8，第一遍焊接工作完成后，再次從首個區(qū)域按照單元錯開焊接的方法進(jìn)行第二遍焊接，結(jié)束焊接。管殼式換熱器管-管板結(jié)構(gòu)焊接時需要把熱量應(yīng)力控制在最小的范圍中，而且要盡量減少應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)的作用力，防止管板出現(xiàn)焊接變形的問題，由此提高了焊接的操作水平。焊接中禁止出現(xiàn)變形，以免干預(yù)管殼式換熱器的密封效果。

2 接頭焊接

本文以案例的方式分析管殼式換熱器管-管板接頭位置的焊接操作，具體分析如下。

2.1 結(jié)構(gòu)

該案例中管殼式換熱器包含兩個獨(dú)立的空間結(jié)構(gòu)，管-管板的焊縫把管殼式換熱器分成了管程、殼程兩個結(jié)構(gòu)，管程是指管式換熱器的兩端管箱與換熱管空間，殼程是指筒體以及換熱管的外層結(jié)構(gòu)。

2.2 管板

管板結(jié)構(gòu)是管殼式換熱器的核心，負(fù)責(zé)支撐管程與殼程工作時的載荷，承載負(fù)荷的能力非常高。管板上分布著諸多管孔，案例中管孔孔徑是8.15mm，相鄰管孔的間距是12mm，孔橋的參數(shù)范圍是3mm～3.7mm。

2.3 管-管板

管殼式換熱器管-管板接頭焊接是一項(xiàng)復(fù)雜的連接工藝，焊接過程中需要把控好管程、殼程、溫差的作用力，防止焊接時有失效的情況，盡量不要有返修的情況。管殼式換熱器管-管板接頭焊接時要注意規(guī)范要求，該案例中專門規(guī)定了管-板接頭的焊接要求，如：管-管板接頭位置的焊縫必須達(dá)到均勻的狀態(tài)，焊縫的根部要熔合起來，確保焊縫的厚度可以達(dá)到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)壁非常薄，厚度僅為1.5mm，焊接期間控制好熔池體積，防止換熱管直徑向內(nèi)收縮，換熱管直徑穩(wěn)定可以保障管程介質(zhì)流動的有效性，不會干預(yù)換熱器的換熱效果。管-管板接頭焊接時應(yīng)該把控好熱輸入的操作，進(jìn)而控制好熔池形狀。管板與管殼式換熱器管兩種結(jié)構(gòu)的厚度不同，其在散熱上也存在著差異，如果焊接中采用相同的熱輸入，此時管板如果處于剛剛?cè)刍臓顟B(tài)，換熱管就可能處于燒毀的狀態(tài)，無法保障管板焊接的順利進(jìn)行，管-管板焊接時應(yīng)該把控焊槍傾角，按照比例分配好管-管板接頭位置的焊接熱比例。

2.4 焊接試驗(yàn)

案例中在管殼式換熱器管-管板焊接中選擇了試驗(yàn)試件，采用試驗(yàn)的方法評定焊接工藝。管殼式換熱器管-管板試件要根據(jù)《壓力容器》的規(guī)定選擇，其規(guī)格尺寸是55mm×45mm×25mm，焊接試驗(yàn)中要在試件上鉆入10個孔，直徑基本控制在8.15mm左右，孔中心距離12mm，換熱管試件的規(guī)格是8mm×1.5mm，長度要大于200mm，接頭位置采用端面環(huán)形焊接的連接方式，管端位置伸出管孔的實(shí)際長度不能多于2mm，控制好伸出管孔的長度，預(yù)防管壁過燒的情況。

案例中采用了脈沖TIG焊接的方法，管殼式換熱器管-管板試件焊接時運(yùn)用脈沖式加熱的條件，此類方法焊接時熔池溫度時間比較短，試件也會在短時間內(nèi)冷卻，最主要的是具備優(yōu)質(zhì)的電弧挺度，脈沖焊接可以把能量集中在焊接接頭位置。該焊接試驗(yàn)中，管-管板試件的焊接工藝中控制好鎢極、管板，管-管板焊接的接縫位置需要較小寬度的焊縫以及較大的熔深，就要采取規(guī)格是2.5mm的鎢極，滿足管-管板試件接頭的焊接需求。

該案例經(jīng)過多次試驗(yàn)后匯總了管殼式換熱器管-管板焊接的工藝參數(shù)，如：送氣時間3s，預(yù)熱時間2s～3s，預(yù)熱電流60A～70A，峰值電流115A～120A，峰值時間為190ms～200ms，基值電流55A～60A，基值時間180s～200s，焊接速度95mm·min-1～101mm·min-1，電流衰減3s，氣體流量8L·min-1～10L·min-1，按照此類參數(shù)在管式換熱器管-管板焊接中安排脈沖TIG焊接。焊接時氣槍以起焊點(diǎn)為開始的方向，按照順時針的順序執(zhí)行，焊接時鎢極和管軸線之間的夾角不能超過20°，一定要防止夾角過大，促使熱量能夠傳遞到換熱管壁中，防止出現(xiàn)燒毀的情況。

3 焊接控制

管殼式換熱器管-管板焊接工藝控制中，最先要控制好焊接的工藝和時間，換熱器組織之前安排好管-管板焊接工作，檢查焊接長度是否合理，不能隨意更改管-管板的焊接位置。焊接時還要控制好速度，焊條結(jié)束焊接縫隙后要在四孔的三角區(qū)進(jìn)行熄弧，下次引弧也要在三角區(qū)內(nèi)實(shí)行，觀察到焊接漏點(diǎn)與裂紋之后需要安排補(bǔ)焊操作，待焊接工序完成后再焊接一道，以此來維護(hù)管-管板焊接的穩(wěn)固性。

結(jié)語

在管殼式換熱器管-管板焊接工藝分為結(jié)構(gòu)焊接、接頭焊接兩個部分，采取焊接控制的方法把控?fù)Q熱器管-管板的焊接過程，保障焊接的質(zhì)量水平，更重要的是強(qiáng)調(diào)管殼式換熱器管-管板焊接連接的效果，促使管殼式換熱器能夠適應(yīng)惡劣的環(huán)境，抵抗環(huán)境的腐蝕、摩擦以及高壓，始終保持著管殼式換熱器管-管板連接的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]王昆.管殼式換熱器管-管板焊接工藝[J].焊接技術(shù)，2015，44（7）：82-84.