浅谈换热器管板焊接工艺

浅谈换热器管板焊接工艺
发表时间：2018-11-09T17:33:31.933Z 来源：《防护工程》2018年第21期作者：王晓龙
[导读] 直接影响到热交换器的使用性能及寿命。

因此一定要不断提高换热器管板焊接施工工艺，减少焊接变形，保证换热器的正常运行。

摘要：换热器作为传热设备被广泛用于各个领域，换热管与管板的连接方式有胀接、焊接、胀焊并用等型式，其中焊接是最常用的连接方式，而焊接工艺的好坏，往往决定了换热器的质量优劣和使用寿命。

本文重点分析了换热器管板焊接的质量通病、提出了焊接工艺的施工要点，并就焊接变形问题提出了应对措施。

关键词：热换器焊接焊接变形
一、换热器管板焊接的质量通病
管板和换热管焊接接头受力情况复杂,并且换热器本身在制造中工序多,要求高,有些方面常被忽视,容易产生缺陷,在次数少的超压检验难发现。

由于焊接缺陷极易诱发扩展,故制造过程中的焊接质量问题对于换热器极为重要。

常见的质量问题有以下几类:
1、焊接长度不符合规定
制造时管板加工坡口常偏小,当壁厚增加还须适当增大,而实际却往往达不到。

另外换热管伸出长度也无法准确达到设计要求。

实际制造过程中由于组装、下料控制不好等因素,甚至有些焊工焊接习惯原因,也经常达不到所要求尺寸。

这样焊接长度必然小于规定要求,其承载能力下降。

2、焊接前处理方法不好
在制造过程中常见碳钢换热管管端清理不彻底或管头清理后较长时间搁置导致生锈,从而导致焊缝中杂质增多,极大影响了焊接质量。

3、焊接方法不当
采用手工电弧焊时,引弧和熄弧直接发生在角焊缝上,或者在管板垂直位置焊接使焊缝一次成形,都会直接导致夹渣和气孔缺陷的产生。

二、换热器管板焊接工艺施工要点
1、管板与筒体组合焊缝焊接
（1）在施焊筒体管板组合接头打底焊时，应以防止铁水流入筒体为原则。

实施有效施焊措施：打底应选用电弧穿透力弱的焊接方法和操作方式：
管板筒体组对无间隙的情况下，应采用Φ3.2焊条手工电弧焊进行打底焊接，焊接电流不超过120A。

管板筒体组对有间隙（大于1mm）情况下应采用在组对前，在筒体内部垫板后采用手工电弧焊或采用氩弧焊打底，以防铁水流入伤及换热管，打底电流不超过120A。

对于间隙在1mm以内的管板，筒体接头可采用手工电弧焊立焊操作或采用氩弧焊打底进行封底焊。

筒体管板组合焊缝打底焊时，严禁采用Φ4.0mm以上直径焊条，进行手工电弧焊或气保焊进行焊接。

因为电流大、电弧穿透力强，易焊穿。

打底焊后，其它各层焊接时应严格控制线能量，减少焊接热输入，以减少管板变形，造成管子长度不足，管板密封面变形，与管箱组对密封不良。

（2）焊接顺序采用对称均匀施焊；适当采用一些反变形措施，入焊前管板向内预压缩.对于有色金属板对接的焊接，应采用直线运枪方法，不得横向摆动。

2、管头焊接
（1）清理和点焊
火焰枪烘烤，去除管板面水分、油污及残留于换热管与管孔间有害物质，并用热吹风机吹除清理，用丙酮对施焊部位进行仔细清洗。

管头点焊必须在全保护下进行，以确保焊点为银白色。

点焊应从管外侧进行，钨极对向管板，由复合板复层承担主要线能量。

（2）胀管平头
换热管头连接要求一般采用先胀后焊，具体根据工艺要求确定。

胀接应严格按胀接工艺进行。

胀接连接时，其胀接长度，不应伸出管板背面（壳程侧），胀接部分与非胀接部分应圆滑过渡，胀接操作时要特别注意管头焊接区域的防污染；
对于换热管壁厚≤1.5mm的薄壁钛换热器要求必须进行贴胀。

（可选用机械胀以保证管头焊接端全贴合，以减少焊接收弧时的气孔。

）平头应保证管头平齐，及必要的管头伸出长度。

为防止管板孔内多潮生锈及清理后的有色金属表面再次氧化，换热管组装完后应尽快安排焊工检查清理后施焊。

3、焊接
（1）焊接前管头焊接区应用丙酮擦洗，热吹风机或火焰枪吹扫烘干，必要时可用高压氩吹除管头杂物，严禁用压缩空气对管头进行吹扫。

（2）锆、钛等特材换热管头严禁使用钢丝刷抛光轮清理。

（3）清理完后2小时内必须施焊，否则应重新进行清理。

施焊前各个气体管路和保护罩应预通气一段时间，保证无残留杂质和水气。

注：在焊接换热管之前必须完成壳体与管板的焊接。

（4）焊丝必须在焊前清理干净，焊丝头的氧化段必须去除；
（5）管头焊接必须严格按焊接工艺卡执行，在焊接过程中，应加强管头高温区的保护，应提前送气，滞后停气，管头内放置铜芯。

（6）焊接电流的选择应在保证工件焊透和熔合良好的情况下尽量采用小规范；
（7）整个管板接头的焊接顺序应在0°、90°、180°、270°和中间部位对称错开施焊.
（8）在多层焊或连续位置管头焊接时，焊接电流应≤120A（手工），峰值电流应≤140A（脉冲焊），同时严格控制层间温度≤60℃；（9）手工焊接时，每个管头的焊接方向必须采用上坡焊，严禁采用下坡焊接方向，且接头段必须熔合搭接；
（10）自动焊时，铜棒定位头的尺寸应与换热管内孔径相匹配，定位头直径不得小于管内孔径Φ0.8mm以上。

三、换热器管板焊接变形与控制
焊接变形的产生,其根本原因是在构件的焊接过程中,温度分布极不均匀,高温区域(焊缝处及焊缝的焊接侧)冷却后产生的收缩量大,低温
区域收缩量小,这种不平衡的收缩导致了构件形状的改变。

对于某种具体结构,其最终的变形与焊缝的位置及焊缝本身的收缩量有关。

变形控制要点
1、减小坡口角度,减少熔敷金属量管板焊接时,在保证焊透及强度要求情况下,尽可能减小坡口角度,减少熔敷金属量,限制热量输入。

2、采用较小的焊接线能量,降低热输入工艺上尽量采用小的焊接线能量,降低热输入,这样可有效减小变形。

管板与壳体焊接时采用的工艺参数(低碳钢及合金钢)见表1。

表1
在有条件的情况下,管束可采用氩弧焊接,因其能量集中,热输入少,热影响区小,导致变形的因素少。

3、采用合理的焊接顺序
同一条焊缝,若焊接顺序和焊接方向不同,也会影响焊接内应力的分布和大小,从而影响变形。

（1）壳体与管板焊接时,无论是打底层还是填充层、盖面层都应对称施焊、分段焊,尽量使热量均匀输入,使应力分散,变形减少。

（2）管束焊接时应遵循对称施焊、分散焊的原则,清楚地划分焊接区域。

无论多少人焊接管束,都应严格按焊接顺序进行。

结束语
管子与管板连接头的连接是整个换热器制造过程的关键工序，焊接质量差就会导致换热器管子与管板的连接处出现渗漏，直接影响到热交换器的使用性能及寿命。

因此一定要不断提高换热器管板焊接施工工艺，减少焊接变形，保证换热器的正常运行。

参考文献：
[1]换热器管板的热应力数值模拟[J]. 李静. 河南化工. 1999(02)
[2]一款全新的卫生级双管板换热器[J]. 张璐. 医药工程设计. 2011(01)
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[4]钛制换热器的设计与制造[J]. 余良云. 化工设备设计. 1996(03)
[5]双管板碳化硅换热器国产化核心部件获突破密封安全有保障[J]. 江苏氯碱. 2016(03)。