管殼式換熱器管—管板焊接工藝的相關研究

宮宇帝　周漪

摘 要：管殼式換熱器管-管板連接中采用了焊接工藝，目的是提高換熱器管與管板的連接質量。焊接在管殼式換熱器管-管板連接中具有一定的效益，其可加強管-管板的連接，避免出現裂縫、斷裂的問題，維護了管殼式換熱器的整體效果，體現焊接工藝的實踐效益。本文主要以管殼式換熱器為研究對象，探討換熱器管-管板焊接的相關工藝。

關鍵詞：管殼式；換熱器管；管板；焊接工藝

中圖分類號：TQ051.5 文獻標志碼：A

換熱器的工作環境比較特殊，基本處于腐蝕、摩擦和高壓的環境中，換熱器工作時還會面臨著溫差應力。換熱器在工作環境的影響下，管殼式換熱器管-管板處容易發生泄漏，引起換熱器失效，嚴重時還會出現爆炸的風險。焊接是連接換熱器管-管板的有效方法，而且焊接的操作要求低、緊密性好，其可保障換熱器管-管板焊接的優質性。

1 結構焊接

管殼式換熱器管-管板中的結構焊接是重要的工作，本文主要從以下兩個方面探討結構焊接的工藝操作。

1.1 準備工作

管殼式換熱器管-管板焊接之前的準備工作中，需要清理焊接結構位置上的附著物，包括銹跡、油污、毛刺等，以免影響焊接的效果。管-管板焊接組對時應該先焊接左側管板，點固焊的位置要和工藝評定的位置相同，點固之后換熱器結構要立放在焊接位置，按照現場換熱器的擺放實況加固，加固時可以搭接腳手架，或者埋入地坑中，簡化焊接的操作過程。

1.2 焊接方法

管殼式換熱器管-管板焊接時根據焊接工藝評定的工藝參數安排施焊工作，此時焊工要先焊接右側管板，管板上的每個管孔在劃分焊接區域時需要按照定距管的位置，建議規劃為8個區域，具體的規劃方式如下圖1，每個區域中的焊接單元里會包括3個管孔，以管板中心為原則，最先焊接靠近管板的地方，之后需要錯相鄰單元去焊接另外的單元，逐步推進到管板外側，以此類推焊接到區域最外側的單元，接下來以對稱的方法焊接相關區域，完成整個區域第一遍焊接工作，根據圖1規劃了焊接的順序，即：1→5→3→7→2→6→4→8，第一遍焊接工作完成后，再次從首個區域按照單元錯開焊接的方法進行第二遍焊接，結束焊接。管殼式換熱器管-管板結構焊接時需要把熱量應力控制在最小的范圍中，而且要盡量減少應力對焊接結構的作用力，防止管板出現焊接變形的問題，由此提高了焊接的操作水平。焊接中禁止出現變形，以免干預管殼式換熱器的密封效果。

2 接頭焊接

本文以案例的方式分析管殼式換熱器管-管板接頭位置的焊接操作，具體分析如下。

2.1 結構

該案例中管殼式換熱器包含兩個獨立的空間結構，管-管板的焊縫把管殼式換熱器分成了管程、殼程兩個結構，管程是指管式換熱器的兩端管箱與換熱管空間，殼程是指筒體以及換熱管的外層結構。

2.2 管板

管板結構是管殼式換熱器的核心，負責支撐管程與殼程工作時的載荷，承載負荷的能力非常高。管板上分布著諸多管孔，案例中管孔孔徑是8.15mm，相鄰管孔的間距是12mm，孔橋的參數范圍是3mm～3.7mm。

2.3 管-管板

管殼式換熱器管-管板接頭焊接是一項復雜的連接工藝，焊接過程中需要把控好管程、殼程、溫差的作用力，防止焊接時有失效的情況，盡量不要有返修的情況。管殼式換熱器管-管板接頭焊接時要注意規范要求，該案例中專門規定了管-板接頭的焊接要求，如：管-管板接頭位置的焊縫必須達到均勻的狀態，焊縫的根部要熔合起來，確保焊縫的厚度可以達到設計的標準。管殼式換熱器的結構壁非常薄，厚度僅為1.5mm，焊接期間控制好熔池體積，防止換熱管直徑向內收縮，換熱管直徑穩定可以保障管程介質流動的有效性，不會干預換熱器的換熱效果。管-管板接頭焊接時應該把控好熱輸入的操作，進而控制好熔池形狀。管板與管殼式換熱器管兩種結構的厚度不同，其在散熱上也存在著差異，如果焊接中采用相同的熱輸入，此時管板如果處于剛剛熔化的狀態，換熱管就可能處于燒毀的狀態，無法保障管板焊接的順利進行，管-管板焊接時應該把控焊槍傾角，按照比例分配好管-管板接頭位置的焊接熱比例。

2.4 焊接試驗

案例中在管殼式換熱器管-管板焊接中選擇了試驗試件，采用試驗的方法評定焊接工藝。管殼式換熱器管-管板試件要根據《壓力容器》的規定選擇，其規格尺寸是55mm×45mm×25mm，焊接試驗中要在試件上鉆入10個孔，直徑基本控制在8.15mm左右，孔中心距離12mm，換熱管試件的規格是8mm×1.5mm，長度要大于200mm，接頭位置采用端面環形焊接的連接方式，管端位置伸出管孔的實際長度不能多于2mm，控制好伸出管孔的長度，預防管壁過燒的情況。

案例中采用了脈沖TIG焊接的方法，管殼式換熱器管-管板試件焊接時運用脈沖式加熱的條件，此類方法焊接時熔池溫度時間比較短，試件也會在短時間內冷卻，最主要的是具備優質的電弧挺度，脈沖焊接可以把能量集中在焊接接頭位置。該焊接試驗中，管-管板試件的焊接工藝中控制好鎢極、管板，管-管板焊接的接縫位置需要較小寬度的焊縫以及較大的熔深，就要采取規格是2.5mm的鎢極，滿足管-管板試件接頭的焊接需求。

該案例經過多次試驗后匯總了管殼式換熱器管-管板焊接的工藝參數，如：送氣時間3s，預熱時間2s～3s，預熱電流60A～70A，峰值電流115A～120A，峰值時間為190ms～200ms，基值電流55A～60A，基值時間180s～200s，焊接速度95mm·min-1～101mm·min-1，電流衰減3s，氣體流量8L·min-1～10L·min-1，按照此類參數在管式換熱器管-管板焊接中安排脈沖TIG焊接。焊接時氣槍以起焊點為開始的方向，按照順時針的順序執行，焊接時鎢極和管軸線之間的夾角不能超過20°，一定要防止夾角過大，促使熱量能夠傳遞到換熱管壁中，防止出現燒毀的情況。

3 焊接控制

管殼式換熱器管-管板焊接工藝控制中，最先要控制好焊接的工藝和時間，換熱器組織之前安排好管-管板焊接工作，檢查焊接長度是否合理，不能隨意更改管-管板的焊接位置。焊接時還要控制好速度，焊條結束焊接縫隙后要在四孔的三角區進行熄弧，下次引弧也要在三角區內實行，觀察到焊接漏點與裂紋之后需要安排補焊操作，待焊接工序完成后再焊接一道，以此來維護管-管板焊接的穩固性。

結語

在管殼式換熱器管-管板焊接工藝分為結構焊接、接頭焊接兩個部分，采取焊接控制的方法把控換熱器管-管板的焊接過程，保障焊接的質量水平，更重要的是強調管殼式換熱器管-管板焊接連接的效果，促使管殼式換熱器能夠適應惡劣的環境，抵抗環境的腐蝕、摩擦以及高壓，始終保持著管殼式換熱器管-管板連接的穩定性。

參考文獻

[1]王昆.管殼式換熱器管-管板焊接工藝[J].焊接技術，2015，44（7）：82-84.