一種低加管板與管子的脹接

吳召波

摘 要：在低壓加熱器的制造過程中，20MnMo材質的管板和TP304換熱管的密封焊接的焊縫質量成為薄弱環節。本文采用幾種脹接、焊接組合進行工藝優化設計，確定出來最優脹接——焊接工藝。

關鍵詞：低壓加熱器；管子；管板；脹接；焊接

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.044

我公司生產的一種低壓加熱器管板材料為20MnMo材質（鍛件），換熱管為TP304。管子與管板的連接結構形式為脹焊結合。它們的化學成分和機械性能見表1、表2。20MnMo可焊性較差，很多資料闡明20MnMo材質的管板通常在鉆鉸孔前預先堆焊一層奧氏體材質的熔敷金屬再與不銹鋼管子密封焊接，以避免環形焊縫中產生馬氏體組織和由此產生的焊接裂紋，這是最理想的焊接結構，但是多年來焊接生產的實踐経驗驗證，由于結構和各種因素造成在管板上不能預堆一層奧氏體不繡鋼的熔敷金屬，給20MnMo管板與奧氏體不銹鋼管帶來了困難。由于結構上原因焊后又不能熱處理，嚴格來講這種焊接方法對保證焊縫質量是個薄弱環節。為此使用TIG焊要求采用先進的環形脈沖焊接方法，進行工藝試驗（包括TIG自動環型氬弧焊和TIG手工環型氬弧焊）。以定出最優的焊接工藝。

1 試驗材料

管板采用20MnMo材料。換熱管采用TP304不銹鋼管。管板和管子的化學成分如表1。

2 機組的技術特性與試驗件結構與尺寸

機組的技術特性。公司的U形管換熱器工況如下：管程設計壓力1.6MPa，工作溫度低于100℃，介質為熱水，換熱面積120m2。根據需要，彈性管束采用了1Crl8Ni9Ti（Φ19mm×2.0mm），管板采用20MnMo鋼板，有效厚度為200㎜。由設計結構知，不銹鋼管與管板的連接，盡管在換熱管與管孔之間有間隙，但殼程物料沒有間隙腐蝕，而且在操作過程中換熱器也沒有較大的振動，因此，采用的是強度脹接+焊接的連接形式。

3 脹接、焊接工藝試驗

3.1 TIG自動環型氬弧焊參數

焊接電流：高電平98A，低電平65A。氬氣流量12L/min。焊接速度20mm/min。

3.2 試驗設備

國產408型TIG自動環型氬弧焊。

3.3 TIG手工環型氬弧焊參數

焊接電流：高電平60A。氬氣流量12L/min。焊接速度45mm/min。

4 脹接、焊接單管拉脫力試驗

4.1 試驗設備

WDW-50E型微機控制電子式萬能試驗機。

4.2 拉脫試驗件尺寸

采用50mm×50mm×60mm材質為20MnMo的試塊；試管采用φ16×0.9 L=150mm的TP304不銹鋼管 。

4.3 拉脫試驗數據

表中明顯看出接頭強度較高，能滿足設計要求，采用脹接后密封焊結構更為合理，能保證此種低加的正常運行。

5 密封試驗

進行3.2MPa的水壓試驗，保壓24小時。經試驗采用設計的最優脹接-焊接工藝生產的試件無泄漏現象。

6 結論

（1）生產實踐證明，選用上述焊接順序及焊接參數，能有效地進行此種低價的管板和管子的脹接、焊接。

（2）不銹鋼管子20MnMo管板焊接焊前清理是非常重要的，采用手工TIG焊時，焊接參數的設置、焊接操作人員必需経培訓并持有操作上崗證。數字電子控制TIG焊焊機頭的位置調整、焊接參數需経工藝試驗合乎規范后方可施焊。解決好這些問題，就可以獲得外觀成形和內在質量都滿足要求的焊縫。

（3）使用的脹接-焊接并用結構的換熱器，結合我公司的實際生產況態，嚴格執行工藝規程，通過一系列的質量控制措施，可以制造出高質量、壽命長、用戶滿意的換熱器。

參考文獻：

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