船舶再生式非再生式熱交換器工藝及質量控制

王賢泉，鄧一凡

（海軍駐武漢七一二所軍事代表室，武漢 430064）

0 前言

再生式熱交換器和非再生式熱交換器是連接船舶動力系統及凈化離子交換器之間的重要輔助設備，它們的正常可靠工作直接關系到船舶動力系統運行的安全性和可靠性。因此提高它們的制造質量至關重要，這是由兩者的工作范圍、功能決定的。再生式熱交換器在動力系統和凈化系統正常運行時投入工作，確保主動力系統不出現過熱現象；非再生式熱交換器則是在凈化系統正常運行時投入工作，保證離子交換器中的樹脂不發生分解,從而確保船舶動力系統的正常運行。

1 影響功能性能的工藝因素及質量控制方法

不論是對再生式熱交換器還是非再生式熱交換器，在高溫高壓條件下的密封性是關鍵指標（內含高溫、高壓液體），而影響該指標的關鍵因素除了材質外就是管子——管板的氬弧焊、脹接、釬焊（再生式熱交換器采取氬弧焊+脹接；非再生式熱交換器采取氬弧焊+釬焊）以及筒身之間的對接環焊質量、焊接應力盡可能消除的水平。

再生式熱交換器管子—管板采取氬弧焊+脹接結構，脹接的目的是增強密封性，消除管子—管板間的配合間隙，避免產生縫隙腐蝕。脹接接頭的質量控制方法，一是測定管子—管板脹接后的拔脫力；二是將工藝試驗件用線切割機沿縱向對稱剖開后放入具有一定壓力并盛有帶顏色水的容器內，看帶顏色的水是否會進入管子—管板間的縫隙。至于脹接是在氬弧焊之前還是之后進行技術規范中沒有明確規定，經過工藝摸索發現先焊后脹具有可操作性，可防止管子在管腔中串動。

再生式、非再生式熱交換器管子—管板氬弧焊的難點在于管內徑小，管子壁厚小。采用手工焊接要想獲得均勻的熔深和好的通徑圓度技術，難度大。同時，接頭性能尤其是抗晶間腐蝕能力又必須保證技術條件要求。因此要求必須經過選擇合理的工藝參數和培養出操作技術熟練的工人。首先進行焊接工藝試驗，該試驗是在美國Miller公司 SYNCROWAVE315交流方波恒流氬弧焊機上進行的，通過不斷修正焊接參數，使焊縫表面成型美觀，焊縫橢圓度≤0.2 mm，焊接熔深為0.86～1.44 mm之間，焊縫無金相缺陷，深敏化晶間腐蝕結論合格。在此基礎上進一步完成工藝評定，確定出正式的工藝參數及流程。

對于非再生式熱交換器管子與管板的釬焊是關鍵工藝。釬焊方法是在充滿氬氣的高真空容器中加熱，使先預置的釬料熔化充盈在管子與管板之間，完成釬焊過程。由于釬焊后，釬劑中的殘留氟化物會對接頭周圍造成嚴重腐蝕，所以必須進行嚴格繁雜的清洗。另外近百個接頭的釬焊質量是靠合理的工藝參數和儀表的精確控制來保證的，而且幾乎是不可能進行返修的。因此，必須確保一次焊接百分之百成功，這就要求必須通過大量的工藝試驗來建立一套完整可靠的工藝。

實際試驗是在JK-200型高真空機組和60 kW釬焊爐上進行的。條件是真空度為 1.5×10-4～1.5×10-4Hgmm、99.999%高純氬，結果其潤濕性大大改善，能夠達到產品設計要求（釬焊為H92Li；釬劑為劑 102），釬縫外形美觀，圓角飽滿，無表面缺陷，釬縫深度≥10 mm；經去除手工氬弧焊部分的釬縫拉脫試驗，斷于管材上，釬縫未拉脫；經充壓染色介質試驗，無介質滲入釬縫現象。正式產品工藝就是按此進行。

最后一個關鍵工藝是筒身對接手工氬弧焊打底+手工埋弧焊，其中的關鍵又是選擇焊接工藝參數和確定相應的工藝措施。對于φ250×20采取U型坡口，對于 φ195×7.5采取 V型坡口，焊絲為 H0Cr20Ni10Ti，焊條為 E347-15，焊機仍為Miller公司 SYNCROWAVE315型交直流氬弧焊機和硅整流手工電弧焊機，同時配有相應轉臺。焊接過程中采取了內部充氬保護和外部快速水冷措施。結果焊縫著色探傷、X光檢驗合格；焊接接頭的常溫和高溫拉伸性能、常溫沖擊合格；焊接接頭的敏化晶間腐蝕性能合格；金相組織檢驗合格。實際工藝也是基于此工藝評定的。

由于不銹鋼在機械加工后會出現殘余機加應力，焊接后又出現焊接殘余應力，較高的殘余應力對零部件以至整臺設備的安全運行都是一個重大的隱患，所以消除應力水平要求很高。

當前消除應力的通用辦法是熱處理。對于不銹鋼來說，常規消除應力的有效溫度區間恰恰是易產生晶間腐蝕的敏感區。這一矛盾給消除應力帶來了重重困難。為此，設法使用聲探法檢測熱處理殘余應力或引進熱成相儀技術測定焊接應力分布規律，確定消除應力處理的最佳規范（溫度、保溫時間、冷卻方式等）。

選用不同精度的加工設備也影響換熱效率。管子與管板脹接內外孔中心軸線完全重合時，是最佳理想狀態，這樣有利于脹接后管子端部壁厚的均勻性，有利于芯子換熱性能的提高和泄漏介質的流暢排出。為減少中心軸線的偏差值，必須解決管孔加工同心問題，即嚴格控制孔距和孔徑及內表面粗糙度。可采用高精度的數控龍門雙軸鉆床和定位夾具對內、外管板的孔系進行精鉆加工。

2 結束語

以上幾點關鍵工藝問題的正確運用可以確保在工藝試驗成功的基礎上應用于產品的批生產上。

[1] JB/T2728.5 電機用氣體冷卻器.

[2] GJB75A 船用大型三相同步發電機通用規范.