換熱器管子與管板脹焊制造工藝分析

摘要：換熱器管子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(xì)分析比較了兩種連接加工方法，各自的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用情況，提出了脹接與焊接先后次序應(yīng)遵循的主要原則。為實(shí)際生產(chǎn)選擇合理的制造工藝，保證管子與管板連接接頭的質(zhì)量提供參考。

關(guān)鍵詞：換熱器 管子與管板 脹接 焊接 脹焊接頭

管子與管板連接頭的連接是換熱器制造的關(guān)鍵工序，有強(qiáng)度脹接、強(qiáng)度焊和脹焊結(jié)合三種連接方法，但經(jīng)常采用管子與管板脹焊結(jié)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(yīng)用分析

1.1 先焊后脹工藝的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)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(jī)械脹接法作為最主要的脹管手段密切相關(guān)。因為在機(jī)械脹管過程中，存在著摩擦并產(chǎn)生大量的熱必需用機(jī)油來潤滑和冷卻，油液滲浸進(jìn)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(qū)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(yán)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(zhì)量。

1.2 先焊后脹工藝的缺點(diǎn)分析

①機(jī)械脹接法存在著固有的缺點(diǎn)，各管之間長度不一，連接強(qiáng)度和緊密性不均；脹管接口的內(nèi)表面產(chǎn)生硬化現(xiàn)象，給重復(fù)補(bǔ)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(chǎn)率低，而且小管徑或厚壁管的脹接較困難等。②管口環(huán)形焊道不均勻，由于管子與管板之間存在著0.2~0.5mm的裝配間隙，而且總是偏心配置，加上管子與管板孔的加工偏差，造成每一個管口的環(huán)形焊道不均勻。對于薄壁管很容易焊穿。③存在一段長15mm的非脹管區(qū)，GB151-99規(guī)定脹管區(qū)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(qū)內(nèi)存留著氣體，當(dāng)換熱器受熱后其體積膨脹，產(chǎn)生強(qiáng)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(shè)計厚度，管板厚度內(nèi)的脹管區(qū)總是越長越好。長15mm的非脹管區(qū)，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。④管子伸長損傷焊縫，機(jī)械脹管使管壁減薄，管子伸長，對焊縫損傷。⑤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(yè)帶來困難。為了使管接頭順暢地進(jìn)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(yīng)用分析

2.1 先脹后焊工藝的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用

①強(qiáng)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(jìn)行脹接后的強(qiáng)度試驗（水壓試驗），因而保證了脹接連接的可靠性。②先脹后焊使管子與管板的連接可以避免產(chǎn)生焊接裂紋。特別是在管子、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(zhì)量。③小管徑采用脹后焊接可以提高其連接接頭的抗疲勞性能。④焊接在脹管后進(jìn)行，避免了脹接力對焊縫破壞的可能性，可以實(shí)現(xiàn)管板厚度內(nèi)的全程脹管，有效地利用了管板的設(shè)計厚度。

2.2 先脹后焊工藝的缺點(diǎn)分析

先脹后焊時，由于脹接時的潤滑油難于用經(jīng)濟(jì)的方法進(jìn)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(jìn)行氬弧焊的密封焊時，收弧封口處往往出現(xiàn)氣孔，影響焊縫質(zhì)量，因此一般應(yīng)避免采用有機(jī)潤滑劑，而用二硫化鉬加水等無機(jī)潤滑劑。

隨著橡膠脹管新技術(shù)的應(yīng)用，先脹后焊工藝的應(yīng)用亦日趨廣泛。橡膠脹管新技術(shù)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(jìn)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(jìn)行管口的焊接作業(yè)。

橡膠脹管壓力在400MPa以下可隨意調(diào)節(jié)，即可用于強(qiáng)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(diào)節(jié)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，脹管后管子擴(kuò)大與管板孔相貼合，管孔變得很圓整，管子與管板孔同心，原有裝配間隙基本消除，給焊接創(chuàng)造了十分良好的條件，同時，管口擴(kuò)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

①焊前管子與管板的清潔與干燥狀況；②管子與管板之間是否留有通道讓焊接生成的氣體能順暢逸出；③脹接與焊接工序是相輔相成還是相互沖突；④現(xiàn)場實(shí)際脹管的條件與能力。

4 結(jié)論

先脹后焊或先焊后脹，對于焊接部分：有密封焊與強(qiáng)度焊兩種焊接形式的區(qū)別；對于脹接部分，有強(qiáng)度脹接與貼脹的區(qū)別。如脹接與密封焊結(jié)合的結(jié)構(gòu)，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(qiáng)度，但在焊接時一定要清理接頭處的油污。強(qiáng)度焊與脹接（貼脹）結(jié)合的結(jié)構(gòu)，是以焊接承受力，而貼脹的目的只是消除管子與管板之間的間隙，如圖1所示，以防止縫隙受到有腐蝕性介質(zhì)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(shè)備上，該焊接部分為加強(qiáng)密封焊，焊接腰高采用2.8mm，脹接部分承受作用力，當(dāng)脹接失效時，加強(qiáng)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(jié)合的結(jié)構(gòu)在什么條件下，采用先焊后脹或先脹后焊，目前還無統(tǒng)一只規(guī)定，但一般都趨向于先焊后脹為宜。可以遵循下列條件選擇。

①使用機(jī)械脹管法作為脹管手段，先焊后脹工藝一般優(yōu)于先脹后焊工藝。

②使用橡膠脹管法作為脹管手段，先脹后焊工藝可以順利進(jìn)行，效果好，優(yōu)于先焊后脹工藝。

③根據(jù)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(yōu)良的脹焊結(jié)構(gòu)的管子與管板連接接頭。

參考文獻(xiàn)：

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