管殼式換熱器中間管板脹接工藝技術

藍景華

摘 要：文章旨在結合管殼式換熱器中間管板脹接的相關工藝技術進行探討。在結合中間脹接技術的原理及特點的基礎上，從工藝評定試驗方案、樣品焊接裝配以及其工藝試驗等方面進行詳細闡述，希望能夠提供人們一些意見參考。

關鍵詞：中間管板脹接；中央空調；管殼式換熱器

1 中間脹接技術的原理及特點

1.1 基本原理

氣動脹管機驅動深孔脹管器擠壓中間管板處銅管，在脹管器的滾珠不斷擠壓下，銅管受擠壓壁厚減薄，內徑增大，外壁與管板孔內壁及密封槽達到牢固再緊密的接觸，脹接后管板處于彈性狀態，銅管發生塑性變形殘留壓應力，達到脹接密封效果。

1.2 中間脹接技術的特點

包括：（1）能夠應用于深度脹接的換熱器，解決傳統脹接帶來的復雜設計問題。（2）脹接穩定性好，可靠性高，相互系統竄氣量少。（3）在中央空調多系統螺桿機組上，可大幅降低生產成本。

2 工藝評定試驗方案

2.1 準備試驗樣件

制造由殼體、管板、換熱管等零件組成的換熱器樣件（如圖1），樣件用于模擬產品在正常生產狀態下的中間脹接，其結構形狀與產品完全一致，作為確定脹接參數、氣密檢驗和解剖檢驗，及拉脫力檢驗的工藝評定使用。

圖1 雙系統換熱器試驗樣件

2.2 制定檢驗操作標準

試驗前要做好資料準備、工藝方案、編制實驗記錄表格，如脹接記錄，試壓報告等。同時對脹接人員和質檢人員進行培訓，確保脹接人員熟悉脹接工藝操作過程，質檢人員必須會使用測量工具，熟悉填寫各項記錄。

3 樣品焊接裝配

根據設計及圖紙要求，加工和焊接裝配與產品相似管殼式換熱器，對于組對換熱器樣件提出兩種方案，一是組對中管板與兩節筒體后，先穿銅管再組對左右管板；二是組對中管板、兩節筒體和左右管板好后，再穿銅管，但必須保證3塊管板孔同軸。考慮現場生產條件不同，可以綜合選擇哪種方案更適合生產。

此外，還要求樣件中間管板厚度不得少于產品的厚度，管孔加工技術要求參數與產品一致， 且管板在組對焊接前，管板油污，雜質要清洗干凈，尤其是中間管板要提前清洗，中間管板與兩節殼體組對焊時，須有工裝保護中間管板不受焊接飛濺污染。

4 工藝試驗

4.1 試驗工藝流程

具體流程如下：（1）脹前測量銅管內外徑和壁厚并記錄，要求銅管外表不得有重皮、裂紋等缺陷，脹接管端有麻點等缺陷時，缺陷深度不得超過管子公稱壁厚的10%。（2）測量拉伸樣件和試驗管板的管孔內徑，并進行管孔編號和參數記錄，清洗管板孔管子，管板孔不得有縱向刻痕、大量螺旋紋等。（3）選取銅管中間段再拉伸樣件脹接，測量得到氣動脹接的扭矩和減薄率，并把所得脹接接頭做拉脫力實驗。（4）根據樣件減薄率對應的扭矩、脹接緊固力和殘留應圖，在減薄率5～8范圍選取合適的初始參數。（5）利用初始參數對管殼式換熱器樣件進行脹接，檢驗脹后銅管的外觀、測量脹后尺寸并做好記錄。（6）對管殼式換熱器試驗件進行氣壓肥皂檢驗和氦氣檢驗，若無脹漏、外觀成形好，作為代表實驗理想值。（7）根據實驗理想值，力矩與減薄率圖，分析確定最終的脹接參數。

4.2 試件脹接

試件脹接模擬產品真實狀態，要求試件的材料，加工方法，技術參數必須與產品完全相符，其中拉伸樣件開孔數量盡量不少于10個孔，管殼式樣件需要2個，包括由中間管板、左右管板和殼體組成，以及由中間管板與右管板組成的管殼式換熱器。

4.3 拉伸樣件脹接

結合脹接經驗，拉伸樣件分別選取氣動脹管機扭矩70、80、90、100、110、120kg.cm進行脹接，并測量每一個管孔脹后尺寸，計算出減薄率：

其中，de是銅管外徑，di是銅管內徑，dim是銅管脹后內徑，df是管板孔內徑。扭矩與減薄率關系如下：

表 1 拉伸樣件脹接參數

4.4管殼式樣件脹接

根據圖2、圖3，可以知脹接緊固力達到一定程度后會下降，而且產生的殘留壓應力達到最大，因此考慮脹接采用銅管能補脹，且強度脹接減薄率為4%～8%，力矩為95kg·cm。

圖2 緊固力與減薄率關系 圖3殘留力與減薄率關系

脹接操作方法（圖4）：脹管頭從右管板一邊伸入銅管，抵達中間管板與銅管交界處脹接，測量2～3根銅管減薄率，試脹后，對各脹口進行比較全面檢查，檢查脹接部位是否有缺陷，脹接過度是否圓滑。

圖4 脹接操作示意圖

4.5 檢驗

脹接后進行氣密檢驗、拉伸試驗、解剖檢驗和氦氣檢驗，檢驗密封質量和宏觀分析，驗證最佳脹接參數合理性。

（1）拉脫力檢驗

結果如表2。拉脫力檢驗是為了檢驗最佳的參數是否滿足最小拉脫力要求，根據不同拉脫參數對應扭矩繪成圖5。

表2 拉伸試件的拉脫力實驗值

（2）解剖檢驗

解剖試脹的樣件（圖6）切開后，檢驗脹口外觀質量、密封槽、銅與鋼接觸等。

（3）氣密檢

脹后肥皂水氣密檢驗：往殼程打入試驗壓力，往中間管板處脹口灑肥皂水，10min后無氣泡冒出為合格；串氣檢測方法：一系統加壓到氣體試驗壓力，檢測另一系統壓力是否下降，并且手涂泡沫在注氟嘴上，如在規定20min內注氟嘴沒有冒氣泡和降壓，或壓強<0.2MPa，表示系統間不串氣，反之則表示兩系統間串氣。

發現銅管脹漏后，先分析是否存在過脹（欠脹）現象，并逐級增加力矩進行補脹，脹接減薄率應<8%規定值，避免過脹和殘留力下降。

（4）氦氣檢驗

氦氣檢驗：往一個系統沖入1.3MPa空氣與0.2MPa氦氣的混合氣體，打置所需的壓力，靜置2h，從另一系統用氦氣檢測儀檢測氦氣的泄漏率，合格驗收率？芨2.2×10-5mbar1/s，約3g/y。

4.6參數分析

結合圖2、3、5，緊固力、殘留力和拉伸力都會隨扭矩（減薄率）的增大而上升，當達到波峰最大值后，則隨扭矩（減薄率）的增加而下降，因此，最佳的扭矩需滿足幾個條件：

（1）最小拉脫力必須大于標準要求，根據試壓壓力計算出拉脫力≥13.4KN。

（2）最佳參數脹接銅管經過氣密檢驗要求無發現有脹漏現象，脹口外觀好，脹接應在減薄率4%～8%范圍內選取合適脹接參數。

（3）工藝評定可以確認所需脹接參數T，當產品發生變化時，可在端面管板驗證脹接力矩參數T0，考慮力矩隨脹接長度而損失，因此，中間脹接扭矩取0.5～1%的補償，即T=T0 +0.5～1%T0。

5 結束語

我公司采用6道密封槽進行管板設計，用于加強中間脹接密封性；并將中間脹接工藝技術廣泛應用于多聯機組和螺桿機組當中，目前大多數中央空調大機產品均有所推廣使用。

參考文獻

[1]全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會.GB151-201管殼式換熱器[C].北京：國家技術質量監督局，2012：70-71.

[2]汪雅芬.薄壁管脹接工藝及其應用[J].壓力容器，2003，（07）：15-16.