管子与管板“胀、焊、胀”连接工法

管子与管板“胀、焊、胀”连接工法

YJGF25—94

作者：李念慈（四川省工业设备安装公司）

摘要：管子与管板的连接方式有数种，如焊接、胀接和胀、焊并用连接等。尽管它们各具优点，但对运行条件苛刻的大型换热器来讲，若采用上述管、板连接方法，则会因连接处难以避免和处理的应力腐蚀，疲劳断裂，脆性断裂等致命缺陷，无法保证其使用寿命和安全运行。管、板胀、焊、胀连接工艺就是为了获得理想的低应力接头而进行研究的课题。此项成果已成功地应用于我国第一套高空台排气冷却装置的大型薄板换热器的现场加工上，1990 年11 月被建设部评为全国施工新技术优秀项目含胀、焊、胀工艺技术在内的大型压力容器现场组装技术获四川省1990 年度科技进步一等奖；1991 年又被评为全国安装行业科技进步一等奖。

一、原理及适用条件

本工艺的实施步骤是胀-焊-胀。它巧妙地运用胀接过程的超压过载技术，通过对管与管板的环形焊缝进行复胀，造成应变递增而应力不增加，即让该区域处于屈服状态，在焊缝的拉伸残余应力场中，留下一个压缩残余应力体系。两种残余应力相互叠加的结果，使其拉伸残余应力的峰值大减；二次应变又引起应力的重新分布，结果起到调整和均化应力场的效果，最终将残余应力的峰值削弱到预定限度以下。

本工法适用于管子与管板的胀、焊并用连接型列管式换热器的工厂或现场加工。管板厚度范围为16～50mm，材质为碳钢者，应符合GB150-89 第二章2.2 条的规定；若采用16Mn 时，应分别符合GB3274-88 和GBI591-79 中的有关规定；换热管束应符合

GB8163-87、GB9948-88、GB6479-86、GB5310-85 的规定。

二、胀、焊、胀工艺

（一）准备工作

1.对换热管和管板的质量检查

（1）管子内外表面不允许有重皮、裂纹、砂眼及凹痕。管端头处不得有纵向沟纹，横向沟纹深度不允许大于壁厚的1／10。管子端面应与管子轴线垂直，其不垂直度不大于外径的2％。

（2）换热管的允许偏差应符合表25-1 要求。

（3）管孔表面粗糙度Ra 值不大于12.5μm，表面不允许有纵向或螺旋状刻痕。

管孔壁面不得有毛刺、铁屑、油污。

（4）管孔的直径允许偏差应符合表25-2 规定。

抽查区域应不小于管板中心角60°范围内管孔孔径，允许抽查区域内有4％管孔直径偏差比表25-2 中数值大0.15mm。

2.对工艺评定的要求

实施本工法时，必须按照正确方法完成下列工艺评定：

（1）换热管与管板接头贴胀工艺评定。

（2）换热管与管板接头焊接工艺评定。

（3）换热管与管板低应力接头复胀工艺评定。

3.对管子与管板结合部位的清理

（1）换热管管身应清理干净，保证在穿管时不污损管孔壁画。

换热管管端外表面应除锈至呈金属光泽（但不得出现棱角），其长度不小于二倍管板厚度。

（2）管板孔壁应清除干净，不得有油渍、污物，并将管孔壁除锈至呈金属光泽。必要时可用有机溶剂清洗管板孔壁。

4.对工具、机械的要求

（1）使用的电子扭矩搬手应调走在规定的扭矩值上，并经标准测力计校核。

（2）胀管器应选用前进式不带翻边胀珠的直边胀管器。胀管器尺寸应与管板厚度和管子内径相适应。

（3）胀管器胀杆和胀珠的直度；胀杆和胀珠圆锥度配合；胀珠在巢孔中的间隙；测量胀珠的位移应符合其产品说明书上的要求。

（二）工艺程序

1. 主要工艺程序（见图25-1）

2.穿管和贴胀不论是采用边穿边贴胀，还是穿完全部管子后再贴胀，都要预先设计贴胀顺序，以防止管子由于轴向积累伸长而引起管板变形。

贴胀顺序设计的原则是：轴向对称，分区定点，定距定心，区内反阶，间隔跳动。管子与管板放射式胀接程序见图25-2，管子与管板跳跃式程序见图25-3。

对于管板较大的换热器。首先应按上述原则，按板中心作二条互相垂直的轴线，并沿轴线把管板划分为若干个小区，这些小区一定要以中心轴对称。在对称的小区中先选

有代表性的点（即在管板上均布的点）先在那里完成胀接固定，实现二个管板间的走距和定心，在这些点进行胀按时，可以由内向外，或由外向内，原点向四周放射，但一定要按原点对称进行。

管板在定距定心后，即可开展大面积的胀接。作业时，分成若干组（按作业面大小而定），同时在相互对称的小区内作业，小区内则应按反阶式顺序进行。

3.贴胀

（1）贴胀要求的环境条件：环境气温不应低于5℃，不应受雨、雪侵袭。

（2）将电子扭矩搬手调走在规定的扭矩值上，并予以锁定。电子扭矩搬手应在规定的校验期内使用。

（3）作业人员应注意搬手的声光报警，报警后应立即停止作业。

4.焊接

（1）焊接要求的环境条件：

环境气温应符合设计要求，如设计无规定时，其环境气温不低于5℃。手工焊时，其环境风速应小于10m／s，相对湿度小于90％，且无雨、雪侵袭。

如上述条件不能满足时，应采取措施，否则应停止作业。

（2）焊工必须持有锅炉压力容器焊工考试合格证。其合格项目应与实际位置相符，并应按本工法的工艺评定试验考试合格，方可上岗。

（3）焊接前应确认贴胀已完成。焊区内的一切浮锈、抽污、杂物已清除干净。

（4）焊接顺序应与贴胀顺序相同。但在每个小区内直按照反阶式顺序间隔跳动进行。手工焊时，若管桥间距较小，应考虑将相邻二管口焊缝的起弧和收弧点错开。不允许在坡口外引弧。

（5）焊渣及突出于管内壁的焊瘤和飞溅物均应清除干净。

（6）焊缝返修应按返修工艺评定进行。

4.复胀

（1）复胀的环境条件：复胀时环境温度应不低于5℃。且胀接处的管板温度不低于该管板材料的FTE 温度。

（2）复胀前焊缝应经VT，MT（或PT）探伤合格。

（3）复胀时使用的电子扭矩搬手必须在校验期内。

使用前应先完成复胀工艺评定，再将电子搬手的扭矩值调定在工艺评定所选走的值上，并予锁定。

（4）复胀的作业顺序可参照焊接的顺序进行。