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换热管胀焊并用连接的制造与浅谈换热器管板
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GBl5l—l999标准中规定,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。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。 1 先胀后焊 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。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。 2 先焊后胀 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。在制造过程中,一台换热器中有相当数量的换热管,其外径与管板管孔孔径之间存在着较大的间隙,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。
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