超级双相钢换热器的胀接工艺试验

工程技术・185・
超级双相钢换热器的胀接工艺试验
武玉洁胡风銮朱志强王俊超中国石油天然气第一建设有限公司河南洛阳471023
摘要本文介绍了当换热器管板的屈服强度小于换热管的屈服强度，不能采用常规计算方法得到胀管压力时，如何进行胀接试验以在满足胀管率的前提下得到胀管压力和胀接时间,并提出了胀接过程中的关键质量控
制点,以期为后续同类换热器的胀接提供借鉴。

关键词超级双相钢管板换热管胀接试验
中图分类号:TE832文献标识码:B文章编号：1672-9323(2019)02-0185-02
2017年5月，我公司承接了伊拉克哈法亚CPF3地面设施工程中按照ASME标准设计的16台超级双相钢换热器的制造，换热器管板基层材质为SA-266/SA-266M Gr.2N,基层厚度125mm,由于换热器管程介质腐蚀性较强且流速较大，管板采用管程侧堆焊结构，过渡层堆焊E309MoL (3mm)，复层堆焊E2594(S32750,最小厚度为3mm)。

换热管材质为SA-789/SA-789M S32750,规格O>25x20管板SA-266/SA-266M Gr.2N,此种材料的屈服强度最小值为250Mpa。

换热管SA-789/SA-789M S32750,此种材料的屈服强度为550Mpa。

换热管的屈服强度明显大于管板。

国内常用来计算胀接压力的公式适用于管板屈服强度大于换热管屈服强度的时候,对此次的情况，若采用常规公式计算，是无法得出数值的，只能进行胀接工艺试验，以获得可靠的胀管压力。

本文以此次管板与换热管的胀接工艺试验为例,详细阐述换热管材质屈服强度大于管板时的试验操作过程,防止因盲目胀接而导致管板胀裂的情况发生。

1胀接试验目的
为满足图纸设定的换热管的胀管率，确定合理的胀管时间及最佳的胀接压力，特通过胀接工艺试验求胀接参数,也就是液压胀管机控制仪中胀管扭矩相对应的数值，为设备的正式胀接工作做好准备。

2胀接试验原理
变形过程:将穿入管孔内的换热管管端胀大,使该部位的换热管达到塑性变形。

同时，管板的管孔被胀大，产生弹性变形。

胀管器退出后，管板的管孔产生弹性恢复，在换热管与管板的接触面产生挤压力,使换热管与管板牢固地结合在一起,达到既密封又抗拉脱两个目的。

3胀接试验过程
管板与换热管的连接采取强度焊+贴胀方法。

胀接工艺试验的主要步骤为:管板堆焊-管板与换热管焊接-管板与换热管胀接。

考虑到液压胀管具有胀管效率高、连接可靠、无机械损伤、管子不产生轴向伸长、管束受力校的优势，管板与换热管的胀接采用液压胀接。

3.1材料
管板试板材质SA-266/SA-266M Gr.2N+E309MoL+ E2594,厚度为(119+3+3)mm,规格$300mm o换热管试件材质SA-789/SA-789M-S32750,规格0>25x2。

试验选取的管板试板与换热管试件的材质和性能均与正式产品相同。

3.2管板试件的堆焊和加工
按焊接工艺要求对管板试件堆焊过渡层和覆层。

堆焊完成后，对试件进行机加工，保证试件基层厚度为H9mm,堆焊层厚度为6mm,然后按图1要求在圆形管板试件上钻对应数量的孔。

图1管扎布置方式
管板试件钻孔的大小，数量、偏差、孔间距和排列方式按照图2执行,机加工后表面粗糙度6.3。

•186•工程技术
试件采用数控深孔钻机床开孔,开孔后,在管板试件堆
焊层侧开坡口，背面倒角。

尺寸见图3：
60°
「I匸/25.2端
T11
IT1f h omdSi d e
图3管孔坡口详图
管孔加工完成后,将管孔表面毛刺清理干净。

(1)换热管切割成160mm长的管段。

管端和内部的毛刺清除干净。

(2)用丙酮清洗去除管板试件和换热管表面的油脂。

(3)将管板管孔和换热管编号定位,两者要一一对应。

即:若管孔编号为1A,则该管孔使用的换热管也编号为1A O 使用内径百分表、千分尺、游标卡尺测量胀接前换热管的内外径,管孔的内径。

将上述数据记录在“换热管胀接检查记录”中。

(4)将换热管穿入管板试件，换热管端头伸出堆焊层4mm,按照焊接工艺的要求对管板和换热管预热、焊接。

焊接顺序应为由内向外呈辐射状并对称焊接。

(5)当焊接成型后，对换热管进行贴胀。

胀接前，仔细阅读液压胀管机操作说明，此次胀接使用的液压胀管机型号为YZJ-350D,胀管最高压力到350Mpa。

试验过程中，应分多次缓慢地增加胀管压力，同时记录每个管口每次的胀接
图4贴帐详图
(6)测量胀后换热管内径，计入“换热管胀接检查记录”，计算胀管率。

胀管率的计算公式即内径胀大率相当于管子壁厚的相对百分率。

H=j[(dl-d2)-(d3-d4)])/(d4-d2)X100%
H——胀管率,％
dl——胀完后管子的实测内径,mm
d2-—未胀时管子的实测内径,mm
d3-—未胀时管孔的实测直径,mm
d4——未胀时管子的实测外径,mm
图5测量参数示意
选择胀管率在1.7-2.2%范围内的一组管口，使用线切割机切开，对试样进行比较性检查,检查胀口部分是否有裂纹,胀接过渡部分是否有剧烈变化,喇叭口根部与管孔壁的结合状态是否良好等,然后检查管孔壁与管子外壁的接触表面的痕迹和啮合状况,以检查胀管器的质量性能以及管材的胀接性能。

(7)贴胀结束后，检查焊缝成形情况，对换热管与管板角焊缝进行表面质量检查(用5倍放大镜进行目测检查)，不允许有裂纹、气孔、未熔合等表面缺陷。

(8)试验结束后,填写胀接工艺评定报告,明确此次胀接试验在满足胀管率和材料性能的前提下确定的胀管压力和胀接时间。

4质量控制点
(1)检查管板上管孔处的焊接坡口尺寸,必须符合图样中的尺寸。

对于不同批号的换热管应按批号分别用量具测换热管的内径，外径及管板孔径是否符合图纸要求。

(2)换热管与管板孔连接部位的粗糙度,对胀接质量有影响,为保证结合面上不产生泄漏现象,结合面不允许有贯通的纵向和螺旋状刻痕。

换热管与管板孔连接部位的表面应清理干净,不应有影响胀接的焊肉，焊渣，毛刺，铁屑，锈斑和油污。

(3)必须检查焊缝对管板的孔径有没有影响，须去除焊缝上的毛刺，换热管端部应光滑，无塌陷。

(4)胀接工艺试验过程中使用的所有测量器具必须经过校验。

(5)胀管头插入胀接区胀管时,要有定位块确定胀管深度位置，以避免胀接到无管板区,致使管子鼓起或破裂，造成管子重新更换。

(6)每次胀接完成后,均应对液袋进行检查和复位,液袋不得向上鼓起，两头不能翻边。

胀管工艺试验结束后,按照试验确定的胀管压力和胀接时间，对16台换热器每台2100个管孔逐一胀接，经过监理测量验证,胀管率均能满足要求，且管板和换热管表面无裂纹。

在后续的换热器管程和壳程水压试验过程中，换热管胀接区无破损泄露现象。

管板和换热管的胀接工艺试验成功的满足了生产过程的检验。

(收稿日期=2019-03
-18)。