换热管与管板的连接方式浅析

换热管与管板的连接方式浅析

一、强度胀接—系指为保证换热器与管板连接的密封性能及抗拉强度的胀接；

1.适用范围：

1.1设计压力小于等于4Mpa；

1.2设计温度小于等于300℃；

1.3操作中无剧烈的振动，无过大的温度变化及无明显的应力腐蚀。

1.4换热管的硬度值一般要求低于管板的硬度值；

1.5有应力腐蚀时，不应采用管端局部退火的方式来降低换热管的硬度；

1.6强度胀接的最小胀接长度应取管板的名义厚度减去3㎜或50㎜二者的最

小值。

1.7当有要求时，管板的名义厚度减去3㎜或50㎜之间的差值可采用贴胀；

或管板名义厚度减去3㎜全长胀接。

二、强度焊—系指保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉强度的焊接。

1.适用范围：

1.1可适用于本标准（GB151）规定的设计压力，但不适用于有较大振动及有

间隙腐蚀的场合。

三、胀焊并用--强度胀加密封焊（系指保证换热管与管板连接密封性能的焊接）、

强度焊加贴胀（系指为消除换热管与管孔之间缝隙的轻度胀接）两种方法；

1.适用范围：

1.1密封性能要求较高的场合；

1.2承受振动或疲劳载荷的场合；

1.3有间隙腐蚀的场合；

1.4采用复合管板的场合。

四、强度焊、强度胀、强度焊+贴胀、强度胀+密封焊。这四种连接型式的差异

主要反映在管孔是否开槽和焊接坡口及管子伸出长度（见151第69页表33的规定）等方面。

1.1焊接。当焊缝H值大于或等于2/3管壁厚时，称强度焊，否则为密封焊。

即强度焊必须是填丝的氩弧焊，而不填丝的熔化焊最多只能作为密封焊。

1.2强度焊适用于压力较高的工况，形成焊缝强度较大又不损伤管头。但这种

焊接难度较大，手工氩弧焊时较慢，且一般不用于立式换热器的上管板。

1.3胀接。换热管与管板的胀接有非均匀胀接（机械滚珠胀）和均匀胀接（液

压胀接、液袋胀接、橡胶胀接、爆炸胀接）两大类。

1.4机械胀接是最早的胀接方法，也是目前使用最广泛的胀接方法。这种方法

简捷方便，需使用油润滑，油的污染使胀后的焊接质量得不到保障；且该方法使管径扩大产生较大的冷作应力，不适用于应力腐蚀场合。

1.1密封焊—使换热管与管板的连接有效密封，并以适当的焊接方法、焊接工

艺参数加强焊缝熔深，使之具备一定的焊缝强度。

1.2贴胀—尽量消除换热管与管孔之间的间隙，使两者紧密结合，起到一定的

抗拉强度，减小设备运行时对密封焊缝的损伤。同时通过控制胀接力，减小冷作应力，避免应力腐蚀。

六、换热管与管板连接方式的示意图：

1.1强度焊、强度胀：

1.2密封焊、贴胀：

浅谈换热器管板与换热管胀焊并用连接的制造工艺GBl5l—l999标准中规定，强度胀接适用于设计压力~<4MPa、设计温度≤300℃、无剧烈振动、无过大温度变化及无应力腐蚀的场合；强度焊接适用于振动较小和无间隙腐蚀的场合；胀、焊并用适用于密封性能较高、承受振动或疲劳载荷、有间隙腐蚀、采用复合管板的场合。由此可见，单纯胀接或强度焊接的连接方式使用条件是有限制的。胀、焊并用结构由于能有效地阻尼管束振动对焊口的损伤，避免间隙腐蚀，并且有比单纯胀接或强度焊具有更高的强度和密封性，因而得到广泛采用。目前对常规的换热管通常采用“贴胀+强度焊”的模式；而重要的或使用条件苛刻的换热器则要求采用“强度胀+密封焊”的模式。胀、焊并用结构按胀接与焊接在工序中的先后次序可分为先胀后焊和先焊后胀两种。

1先胀后焊

管子与管板胀接后，在管端应留有15ram长的未胀管腔，以避免胀接应力与焊接应力的迭加，减少焊接应力对胀接的影响，15ram的未胀管段与管板孔之间存在一个间隙(见图1)。在焊接时，由于高温熔化金属的影响，间隙内气体被加热而急剧膨胀。据国外资料介绍，间隙腔内压力在焊接收口时可达到200～300MPa的超高压状态。间隙腔的高温高压气体在外泄时对强度胀的密封性能造成致命的损伤，且焊缝收口处亦将留下肉眼难以觉察的针孔。目前通常采用的机械胀接，由于对焊接裂纹、气孔等敏感性很强的润滑油渗透进入了这些间隙，焊接时产生缺陷的现象就更加严重。这些渗透进入间隙的油污很难清除干净，所以采用先胀后焊工艺，不宜采用机械胀的方式。由于贴胀是不耐压的，但可以消除管子与管板管孔的间隙，所以能有效的阻尼管束振动到管口的焊接部位。但是采用常规手工或机械控制的机械胀接无法达到均匀的贴胀要求，而采用由电脑控制胀接压力的液袋式胀管机胀接时可方便、均匀地实现贴胀要求。采用液袋式胀管机胀接时，为了使胀接结果达到理想效果，胀接前管子与管板孔的尺寸配合在设计制造上必须符合较为严格的要求。只有这样对于常规设计的“贴胀+强度焊”可采用先胀后焊的方式，而对特殊设计的“强度胀+强度焊”则可采用先贴胀，再强度焊，最后强度胀的方法。

2先焊后胀

的间隙，且每根换热管其外径与管板管孔间隙沿轴向是不均匀的(见图2)。当焊接完成后胀接时，管子中心线必须与管板管孔中心线相重合。当间隙很小时，上端15mm的未胀管段将可以减轻胀接变形对焊接的影响。当间隙较大时，由于管子的刚性较大，过大的胀接变形将越过15mm未胀区的缓冲而对焊接接头产生损伤，甚至造成焊口脱焊。所以对于先焊后胀工艺，控制管子与管板孔的精度及其配合为首要的问题。当管子与管板腔的间隙小到一定值后，胀接过程将不至于损伤到焊接接头的质量。有关资料显示，管口的焊接接头承受轴向力的能力是相当大的，即使是密封焊，焊接接头在做静态拉脱试验时，管子拉断了，焊口将不会拉脱。然而焊口承受切向剪力的能力相对较差，所以强度焊后，由于控制达不到要求，可能造成过胀失效或胀接对焊接接头的损伤。

3合理的制造工艺

3.1管子与管孔的公差控制

(1)换热管在采购换热管时要求每台换热器所使用的换热管在冷拔加工时应采用同一坯料(炉批次)的原料，并在同一台经校验试验合格的拉管机上生产，这样才能保证每根换热管具有相同的材质、规格与精度。换热管外径的均匀一致能保证管子与管板管孔的间隙，内径的均匀一致能保证与液袋式胀管机胀头的匹配性，从而延长胀头的使用寿命。一般管子与管板管孑L间隙要求控制在(O.3±O.05)mm范围内，而液袋式胀管机胀头外径与管子内径的公差也应控制在(O.3±0.05)ram范围内。

(2)管板

为使换热器管板管孔与管子外径在同一公差范围内，首先必须根据到货换热管外径的实际精度尺寸决定管板管孔的加工精度，如上所述，管板管孔与已到货换热管实际均匀外径间隙仍应控制在(O.3±0.05)EITI范围内。

3.2换热管与管板的加工及验收

(1)换热管

①按要求采购进厂的换热管人库前应按相关标准逐项验收，精确测量内、外径及其公差范围。

②换热管穿管前按实际测量壳程长度一次性切好换热管，避免穿管后用脚向砂轮机修磨。当采用砂轮机修磨时，砂轮磨粒易溅人管子与管板管孔的间隙中，硅酸盐磨粒在焊接时将会产