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  • 換熱器不銹鋼管與管板脹焊制造工藝分析

    換熱器不銹鋼管與管板脹焊接頭的加工,是先焊后脹還是先脹后焊的好,至今仍有爭論。詳細分析比較了兩種連接加工方法,各自的優缺點及應用情況,提出了脹接與焊接先后次序應遵循的主要原則。為實際生產選擇合理的制造工藝,保證不銹鋼管與管板連接接頭的質量提供參考。

    不銹鋼管與管板連接頭的連接是換熱器制造的關鍵工序,有強度脹接、強度焊和脹焊結合三種連接方法,但經常采用不銹鋼管與管板脹焊結合的連接方法。是先焊后脹還是先脹后焊,至今仍有爭論。

    1先焊后脹工藝的應用分析

    1.1先焊后脹工藝的優點及應用

    換熱器制造廠歷來多采用先焊后脹工藝,而較少采用先脹后焊工藝。究其原因是與使用機械脹接法作為最主要的脹管手段密切相關。因為在機械脹管過程中,存在著摩擦并產生大量的熱必需用機油來潤滑和冷卻,油液滲浸進入脹接接頭的縫隙,要徹底清除干凈十分困難。夾縫中油水等雜物的存在,焊接時易于形成氣體,而這些氣體來不及逸出便存在于焊縫中。另一方面脹管區又往往堵塞了排氣通道,增加了焊縫中生成氣孔的可能性。采用先焊后脹工藝則可以避免上述不利因素,特別是對于鈦材和某些有色金屬,要求焊接的基本條件十分嚴格,不允許油水和鐵離子污染,選擇先焊后脹工藝更易保證焊縫質量。

    1.2先焊后脹工藝的缺點分析

    機械脹接法存在著固有的缺點,各管之間長度不一,連接強度和緊密性不均;脹管接口的內表面產生硬化現象,給重復補脹帶來困難;管與管板材料的脹接的相容性有一定的限制,如:鈦管與碳鋼的脹接、鋁管與碳鋼的脹接等均受到了限制;勞動生產率低,而且小管徑或厚壁管的脹接較困難等。管口環形焊道不均勻,由于不銹鋼管與管板之間存在著0.2~0.5mm的裝配間隙,而且總是偏心配置,加上不銹鋼管與管板孔的加工偏差,造成每一個管口的環形焊道不均勻。對于薄壁管很容易焊穿。存在一段長15mm的非脹管區,GB151-99規定脹管區與焊縫的距離為15mm,目的是為了避開脹管力對焊縫的破壞。此非脹管區內存留著氣體,當換熱器受熱后其體積膨脹,產生強大的壓力,可能對焊縫或脹接造成破壞。另外為了充分利用管板的設計厚度,管板厚度內的脹管區總是越長越好。15mm的非脹管區,對于厚管板而言,消極效果不明顯,但對于薄管板,則不可小視。不銹鋼管伸長損傷焊縫,機械脹管使管壁減薄,不銹鋼管伸長,對焊縫損傷。焊接時在管口處形成焊瘤,管口收縮和變形給以后的脹管作業帶來困難。為了使管接頭順暢地進入管孔中,則有必要對管口焊接提出較高的要求。

    2先脹后焊工藝的應用分析

    2.1先脹后焊工藝的優點及應用

    強度脹+密封焊時,由于密封焊僅能起輔助性止漏作用,而先脹后焊則可以在焊接前進行脹接后的強度試驗(水壓試驗),因而保證了脹接連接的可靠性。先脹后焊使不銹鋼管與管板的連接可以避免產生焊接裂紋。特別是在不銹鋼管、管板材料差異較大的情況下,采用先脹后焊的方法亦可較好地保證其焊接質量。小管徑采用脹后焊接可以提高其連接接頭的抗疲勞性能。焊接在脹管后進行,避免了脹接力對焊縫破壞的可能性,可以實現管板厚度內的全程脹管,有效地利用了管板的設計厚度。

    2.2先脹后焊工藝的缺點分析

    先脹后焊時,由于脹接時的潤滑油難于用經濟的方法進行清洗,焊接時易于形成氣體,而這些氣體來不及逸出便存在于焊縫中,特別是進行氬弧焊的密封焊時,收弧封口處往往出現氣孔,影響焊縫質量,因此一般應避免采用有機潤滑劑,而用二硫化鉬加水等無機潤滑劑。隨著橡膠脹管新技術的應用,先脹后焊工藝的應用亦日趨廣泛。

    橡膠脹管新技術是一種以液壓為動力,以橡膠為脹管媒介體的脹管工具。利用此工具,先脹后焊可以順利進行,不必使用任何潤滑劑,不存在油污染和鐵離子污染,能保持接頭的清潔和干燥,脹接后可立即進行管口的焊接作業。

    橡膠脹管壓力在400MPa以下可隨意調節,即可用于強度脹也可用脹接,尤其適用于定位脹。接頭連接的松緊程度很容易通過調節脹管壓力來控制。因此,焊接過程中生成的氣體可以通過接頭的空隙釋放。另外,脹管后不銹鋼管擴大與管板孔相貼合,管孔變得很圓整,不銹鋼管與管板孔同心,原有裝配間隙基本消除,給焊接創造了十分良好的條件,同時,管口擴大,讓脹管容易插入管孔中,亦便于焊后的脹管。

    3脹接與焊接先后次序選擇的主要原則

    焊前不銹鋼管與管板的清潔與干燥狀況;不銹鋼管與管板之間是否留有通道讓焊接生成的氣體能順暢逸出;脹接與焊接工序是相輔相成還是相互沖突;現場實際脹管的條件與能力。

    4結論

    先脹后焊或先焊后脹,對于焊接部分:有密封焊與強度焊兩種焊接形式的區別;對于脹接部分,有強度脹接與貼脹的區別。如脹接與密封焊結合的結構,是以脹接承受作用力,而密封焊則保證密封性。密封焊的高度一般為1~2mm,這樣不會影響強度,但在焊接時一定要清理接頭處的油污。強度焊與脹接(貼脹)結合的結構,是以焊接承受力,而貼脹的目的只是消除不銹鋼管與管板之間的間隙,如圖1所示,以防止縫隙受到有腐蝕性介質的侵蝕。

    焊后脹接及貼脹:焊后脹接及貼脹如圖2所示。一般適用于壓力較高的換熱器設備上,該焊接部分為加強密封焊,焊接腰高采用2.8mm,脹接部分承受作用力,當脹接失效時,加強密封焊可起到承受作用力的作用,貼脹部分為消除縫隙腐蝕。

    脹焊結合的結構在什么條件下,采用先焊后脹或先脹后焊,目前還無統一只規定,但一般都趨向于先焊后脹為宜。可以遵循下列條件選擇。

    使用機械脹管法作為脹管手段,先焊后脹工藝一般優于先脹后焊工藝。

    使用橡膠脹管法作為脹管手段,先脹后焊工藝可以順利進行,效果好,優于先焊后脹工藝。

    根據脹接與焊接先后次序選擇的主要原則,合理地選擇脹焊工藝,可以獲得優良的脹焊結構的不銹鋼管與管板連接接頭。

    文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|不銹鋼換熱管

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