管子与管板“胀、焊、胀”连接工法

1、管子与管板“胀、焊、胀”连接工法YJGF2594作者：李念慈（四川省工业设备安装公司）摘要：管子与管板的连接方式有数种，如焊接、胀接和胀、焊并用连接等。尽 管它们各具优点，但对运行条件苛刻的大型换热器來讲，若采用上述管、板连接 方法，则会因连接处难以避免和处理的应力腐蚀，疲劳断裂，脆性断裂等致命缺 陷，无法保证其使用寿命和安全运行。管、板胀、焊、胀连接工艺就是为了获得 理想的低应力接头而进行研究的课题。此项成果已成功地应用丁我国第一套高空 台排气冷却装置的大型薄板换热器的现场加工上，1990年11月被建设部评为 全国施工新技术优秀项目含胀、焊、胀工艺技术在内的大型斥力容器现场组装技 术获四川省

2、1990年度科技进步一等奖：1991年乂被评为全国安装行业科技进 步一等奖。一、原理及适用条件本匸艺的实施步骤是胀焊胀。它巧妙地运用胀接过程的超斥过载技术，通过 对管与管板的环形焊缝进行复胀，造成应变递增而应力不增加，即让该区域处于 屈服状态，在焊缝的拉伸残余应力场中，留下一个压缩残余应力体系。两种残余 应力相互叠加的结果，使其拉伸残余应力的峰值大减；二次应变乂引起应力的重 新分布，结果起到调整和均化应力场的效果，绘终将残余应力的峰值削弱到预定 限度以下。本工法适用于管子与管板的胀、焊并用连接型列管式换热器的工厂或现场加 工。管板厚度范伟 1为1650mm,材质为碳钢者，应符合GB150-89

3、第二章2.2条 的规定：若采用16Mn时，应分别符合GB3274-88和GBI591-79中的有关规定; 换热管束应符合 GE816387、GB9948-88、GB6479-86、GB5310-85 的规定。二、胀、焊、胀工艺（一）准备工作1. 对换热管和管板的质量检查（1）管子内外表面不允许有重皮、裂纹、砂眼及凹痕。管端头处不得有纵向 沟纹，横向沟纹深度不允许大于壁厚的1/10。管子端面应与管子轴线垂直，其 不垂直度不大于外径的2%。（2）换热管的允许偏差应符合表251要求。（3）管孔表面粗糙度Ra值不大于12.5pm,表面不允许有纵向或螺旋状刻痕。管孔壁面不得有毛刺、铁屑、油污。（4）管孔

4、的直径允许偏差应符合表252规定。抽查区域应不小于管板中心角60。范围内管孔孔径，允许抽查区域内有4%管 孔直径偏差比表252中数值大0.15mmo2. 对工艺评定的要求实施本工法时，必须按照正确方法完成下列工艺评定：（1）换热管与管板接头贴胀工艺评定。（2）换热管与管板接头焊接工艺评定。（3）换热管与管板低应力接头复胀工艺评定。3. 对管子与管板结合部位的清理（1）换热管管身应清理干净，保证在穿管时不污损管孔壁画。换热管管端外表面应除锈至呈金属光泽（但不得出现棱角），其长度不小于二 倍管板厚度。（2）管板孔壁应清除干净，不得有油渍、污物，并将管孔壁除锈至呈金属光 泽。必要时可用有机溶剂清洗管

5、板孔壁。4. 对工具、机械的要求（1）使用的电子扭矩搬手应调走在规定的扭矩值上，并经标准测力计校核。（2）胀管器应选用前进式不带翻边胀珠的直边胀管器。胀管器尺寸应与管板 厚度和管子内径相适应。（3）胀管器胀杆和胀珠的直度：胀杆和胀珠圆锥度配合；胀珠在巢孔中的间 隙；测量胀珠的位移应符合其产品说明书上的要求。（二）工艺程序1. 主要工艺程序（见图25-1）2. 穿管和贴胀不论是采用边穿边贴胀，还是穿完全部管子后再贴胀，都要预先 设计贴胀顺序，以防止管子由于轴向积累伸长而引起管板变形。贴胀顺序设计的原则是：轴向对称，分区定点，定距定心，区内反阶，间隔跳 动。管子与管板放射式胀接程序见图25-2,管

6、子与管板跳跃式程序见图253。对于管板较大的换热器。首先应按上述原则，按板中心作二条互相垂直的轴线, 并沿轴线把管板划分为若干个小区，这些小区一定要以中心轴对称。在对称的小 区中先选有代表性的点（即在管板上均布的点）先在那里完成胀接固定，实现二个管板 间的走距和定心，在这些点进行胀按时，可以由内向外，或由外向内，原点向四 周放射，但一定要按原点对称进行。管板在定距定心后，即可开展大面积的胀接。作业时，分成若干组（按作业面 大小而定），同时在相互对称的小区内作业，小区内则应按反阶式顺仔进行。3. 贴胀（1）贴胀要求的环境条件：环境气温不应低于5C,不应受雨、雪侵袭。（2）将电子扭矩搬手调走在规定

7、的扭矩值上，并予以锁定。电子扭矩搬手应 在规定的校验期内使用。（3）作业人员应注意搬手的声光报警，报警后应立即停止作业。4. 焊接（1）焊接要求的环境条件：环境气温应符合设计要求，如设计无规定时，其环境气温不低于5Co手工焊 时，其环境风速应小于10m / s,相对湿度小于90%,且无雨、雪侵袭。如上述条件不能满足时，应采取措施，否则应停止作业。（2）焊工必须持有锅炉压力容器焊工考试合格证。其合格项目应与实际位置 相符，并应按本工法的工艺评定试验考试合格，方可上岗。（3）焊接前应确认贴胀已完成。焊区内的一切浮锈、抽污、杂物已清除干净。（4）焊接顺序应与贴胀顺序相同。但在每个小区内直按照反阶式顺

8、序间隔跳 动进行。手工焊时，若管桥间距较小，应考虑将相邻二管口焊缝的起弧和收弧点 错开。不允许在坡口外引弧。（5）焊渣及突出于管内壁的焊瘤和飞溅物均应清除干净。（6）焊缝返修应按返修工艺评定进行。4.复胀（1）复胀的环境条件：复胀时环境温度应不低于5Co且胀接处的管板温度不 低于该管板材料的FTE温度。（2）复胀前焊缝应经VT, MT （或PT）探伤合格。（3）复胀时使用的电子扭矩搬手必须在校验期内。使用前应先完成复胀工艺评定，再将电子搬手的扭矩值调定在工艺评定所选走 的值上，并予锁定。（4）复胀的作业顺序可参照焊接的顺序进行。（5）作业时当电子扭矩搬手发出报答信号时，应立即停止作业。三、质量

9、控制、标准及主要措施（一）主要质量控制流程（见表25-3）（二）主要的质量标准1. 外观检查（1）换热管的胀接部位和非胀接部位手感检查应过渡圆滑，不得有棱角。（2）胀接长度应符合图纸要求。（3）用10倍放大镜检査焊缝外观，应符合下列要求：1）焊缝尺寸应符合图纸及规范要求。2）表而不允许有裂纹、气孔、弧坑、夹渣等缺陷，并不得保留有溶渣和飞溅 物。3）在图纸对咬边缺陷无特殊规定时，咬边深度不大于0.5mm,咬边总长度不 大于焊缝总长的10%。4）焊缝应向母材圆滑过渡。如设计需要打磨焊缝时，不得损伤管板母材，且 打磨处不得凹陷，局部凹陷不允许超过管板厚度的负偏差。4）管板的最终不平度应符合设计要求。

10、2. 无损探伤（1）完成焊接2411后,用PT （MT）探伤进行检查，无裂纹为合格。PT探伤应符合GB150 一 89（圧力容器规范附录H“钢制圧力容器渗透探伤”。 MT探伤应符合JB3965 一 85钢制圧力容器磁粉探伤。（2）复胀完成后应进行PT或MT探伤，探伤标准，合格要求同焊后探伤。（3）如认为有必要，可以在水压试验完成后再进行一次抽查性PT或MT探 伤，标准冋前。抽査部位由设计部门插定，元裂纹为合格。若发现裂纹，应全部 进行PT或MT探伤。3. 水床试验及煤抽渗漏试验（1）煤油渗漏试验：对于不能用水压试验检验其强度及严密性的换热器，应用煤汕渗漏试验进行检 査，无渗漏为合格。（2）水压

11、试验：所有能够进行水压试验的换热器，都应进行水压试验。水斥试验的床力PT设计要求确定，当设计无规定时，按下式计算：式中 2】试验温度下材料许用应力（MPa）；ot设计温度下材料许用应力（MPa）：P设计压力（MPa）。若。/ 2t值大于1.8时，按1.8计。试验水温一般不低于5C,对于os>4MPa的低合金钢材料的壳体或管板， 在水压试验时，试验水温不低于15C,如图纸另有特殊规定，则按其规定执行。试验时，应缓慢升压至试验压力，稳压30mii】,然后缓慢降压至试验压力的80%, 对全部焊缝进行检査，无渗漏为合格。（三）控制质量的主要措施（1）为了保证管板的不平度，应设置若干个监测点，用百

12、分表对管板进行动 态监测，根据检测数据，调整作业顺序。监测点应均匀分布于管板上，而且每次 作业时的监测点应在同一部位。（2）考试A格的焊工在作业之前应进行适应性训练，训练时的管板孔儿何尺 寸（不含厚度尺寸）及管子直径，壁厚应与实物相同。（3）为了保证管子与管板孔焊接质最，贴胀时胀管器不应用润滑脂润滑。（4）焊条的保温筒应先进行预热，然后再装人焊条。使用时，不得使其处于 敞口状况。（5）管板背面一侧孔口，宜倒棱圆滑，倒棱尺寸为O.5nunxO.5mm,以为提高 抗疲劳能力。（6）管体和简体的水床试验应分别进行，不允许同时进行。试验时应注意排 尽试压腔 1台（2）单管试压器9.80MPa1件（3）

13、轴承式胀管器019忙01件（4）电子扭矩搬手DDB5151件（5）电动试压泵泵14.7MPa1件2. 焊接工艺评定的机具设备（1）焊接设备：其型号取决于设计规定，如规定为手工电弧焊时: 直流电焊机Ax3 300 11台（2）试件加工设备：铳床1台平面磨床1台（3）金相设备：金相显微镜xJ161台（4）维氏硬度计1台（5）10倍放大镜1个3. 低应力接头工艺评定（1）电阻应变仪YJD 11台（套）（2）电阻应变花 TJ 120-1.5 01.515 片（3）回转式喷吵打孔装置PSJ -11套（4）残余应变花 TJ 120 1.5 一 01.515 片（5）测力计CLJ 一 11台（6）扭矩传感器

14、1件4胀焊胀施工机具设备（1）轴承式胀管器120件（2）电子扭矩搬手DDB515 120件（3）焊接设备（型号由设计定）16台五、劳动组织一台换热器直径为057x3.5,管束为400根的固定管板式换热器，其胀、焊、 胀工艺的劳动组织如下：管工2人6天焊工4人13天焊接技术人员1人总工期15天质量检查员1人无损探伤人员1人六、安全措施（1）加强安全教育，建立安全交底，检査制度，人人明确本工种的安全操作 规程。（2）电焊机、残余应力打孔机的空压机等用电设备必须有良好的接地或接零, 电焊机的二次线路通过道路时应外加保护套管。用电设备应有防雨淋设施。（3）单管水床试验时，压力表盘直径不小于cplOOm

15、m,精度为1.5级，量程 为试验压力的1.5倍，压力表应经计量部门校验A格。试验压力必须小于试压器 的允许工作压力。（4）用铳刀铳削试件时，应穿好工作服，戴防护眼镜。即消除残余应力后的最大允许裂纹尺寸比*消除残余应力的最大允许裂纹尺 寸大1.5倍，其允许使用寿命就长。另外，从应力腐蚀角度而言，作用于构件的残余应力危害程度比外加荷载更为 严重，故残余拉应力愈大，腐蚀速率愈快，因此，消除残余拉应力可以大大降低 应力腐蚀的危害，延长使用寿命，这是显而易见的。八、经济效益和社会效益本工法采用了国内最新的管子与管板胀、焊、胀连接工艺，解决了大型高温热 交换器早期损伤泄漏的难题，为我国第一一套高空台排气冷

16、却装置的配套投入使 用，发挥了极为关键的作用和效杲。给国家节约了大量的外汇，并为我国般夭科 技的发展嬴得了宝贵时间。今后若能在石油、化工和锅炉制造、安装等领域推行本工法，定会带來更大的经济效益和社会效益。九、应用实例本工法曾在我国目前最大直径的换热器上得到成功应用。该换热器为排气冷却装置的第二冷却器，直径q）6140mm,长10850mm，总重 386t,有4610根换热管和支撑管。它的主要功能是将1000C的高温燃气冷却到 150C。该换热器的管子与管板采用本工法的连接工艺进行连接，获得了满意效 果，其达到的技术指标见表25-4o经航空部六二四所、四川省建总公司、航空部第四设计院联合检査评定，质量 优良。各方面都给于了高度评价。航空部八二四所认为：“该工艺应用于高空台 的关键设备第二冷却器，使管口附近的残余拉伸应力的峰值得到明显改善（峰值降率为 71%）,形成理想的均化了的低应力搂头，达到