换热器管子与管板连接接头技术研究

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1、换热器管子与管板连接接头技术研究0引言在化工、石汕、医药、原子能和核工业屮，换热器的应用十分广泛，其类型与结构也很多。其中管壳式换热器是最普遍使用的。在管壳式换热器的设计、制造过程中，换热管与管板之间的连接问题直接影响工艺操作的正常进行，甚至迫使整个生产线停产。因此，换热器管了与管板的接头型式的技术研究一肓是国内外技术人员关注的焦点。1换热器换热管与管板常用连接方法换热管与管板的连接方法主要有胀接、焊接和胀焊并用。1.1胀接胀接是利川胀管器插入管口旋转，将穿入管板孔内的管端部胀大，使管了达到塑性变形,同时管板孔被胀人，产生弹性变形。胀管器退出示，管板弹性恢复，管了与

2、管板的接触表而产生很大的挤压力，使管子与管板牢固地结合在一起，达到既密封又能抗拉脱力两个口的。管板上的管孔，有孔壁开槽和孔壁不开槽两种，如图1所示。冃前采用的胀管工艺主要冇机械滚胀、液压胀接、爆炸胀接、橡胶胀接等。胀接适用于无剧烈振动，无过大的温度变化，无严重的应力腐蚀的场合。由于管子与管孔紧密贴合，可使管接头减少介质腐蚀，且能承受拉脱力。1.2焊接换热管和管板之间的焊接有端面焊接和内孔焊接两种结构类型。端面焊接典型结构如图2所示。管束与管板焊接连接的适用场合主耍是：（1）管间距太小或薄管板无法采用胀接时；（2）热循环剧烈和温差较高时；（3）压力较高或连接紧密性有严

3、格要求时。它能保证焊接接头达到抗拉脱强度。端面焊属于不完全熔焊，按其使用要求不同，其施焊深度分为：（1）强度焊接（保证换热管和管板Z间的连接强度）；（2）密封焊接（仅在于起到密封作用）o端面焊接接头具有焊接、外观检杳与维修方便等优点，应用最为广泛。但管子与管板Z间存在间隙，在腐蚀性介质场合中使用，易产生间隙腐蚀。1.3胀焊接当温度和压力较高，且在热变形、热冲击、热腐蚀和流体压力的作用下，换热管与管板连接处极易被破坏,采川胀接或炸接均难以保证连接强度和密封性的要求。冃前较广泛采川的是胀焊并用的方法。试验证明，胀焊并用捉高了接头的抗疲劳性能，可以有效地消除应力腐蚀和间隙

4、腐蚀，提高其使用寿命。另外胀焊结合，管程介质对管板的传热面积比壳程介质对管板的传热面积大许多倍，尤其是厚管板的情况。这町减少管板两侧的温度差，减少管板翘曲，利于管板密封的可靠性。胀焊连接按胀接和焊接要求不同，可分为强度焊+贴胀、强度焊+强度胀、强度胀+密封焊、强度胀+贴胀+密封焊、强度焊+强度胀+贴胀等。2换热器换热管与管板内孔焊内孔悍将换热管与管板的端部炸接改为管束内孔炸接。国外在上世纪60年代末开始研究内孔焊，并于70年代开始应用于核设备上。国内在上世纪70年代中期开始对内孔焊进行试验研究，并于70年代末期开始应用于核设备、电站设备上。2.1内孔焊的接头型式内孔

5、焊的接头型式大致分为两类：一类是对接式，--类是搭接式。图3>

6、«（a）〜（o）型属于内孔对接。@）、（b）、（c）型基本相同。都冇一个锁边，管了安装容易对中定位，且焊缝貝有加强髙，与管板接头呈平滑过渡，捉髙了接头的静载和动载强度；（a）和（b）型管板接头与管板齐平，在管板孔外周边加工一应力缓冲槽，这种接头加工成木较高。其中（b）型管板接头处开有坡口，因此熔透性得到改善；（c）、（d）和（e）型管板接头伸出了管板平面，有利于焊缝的射线检测。其中（d）型釆用开坡口对接，适合于换热管直径较大、管壁较厚的场合。（e）型管板接头削薄，保证与管束等厚连接，改善了接头受力状况，

7、并使炸缝离开边缘区；（f）〜（j）型属于内孔搭接。其中（f）型所需焊接电流较小，易施焊。（g）型所需焊接电流较人，但加工简单。（h）和（i）型接头处填加了垫圈，其作用是控制焊缝成分，提高接头性能（j）型适用于电子束焊接。焊接时电子枪在管板外面，电子束直接射入接头连接处，所以接头可不受管径的限制；（k）型是插朋接头，它介于搭接和对接ZI'可，既有搭接的优点又冇对接的优点。以上儿种接头型式在国外已得到推广使用，全对接内孔焊，接头力学性能较好。但由于装配较难，只在羌国比较盛行。准对接内孔焊接头焊缝受剪切，接头力学性能不如全对接式.但由于装配较易，在西欧和日本很盛行。考虑到

8、制造的难易程度和成本的鬲低，国内冃前采用比较多的接头型式是（a）和（f）o2.2内孔焊的特点内孔焊的主要优点是：（1）消除了端部焊的缝隙，提高了抗间隙腐蚀和抗应力腐蚀能力；（2）是一种全焊透的接头型式，其抗振动疲劳强度高，能承受高温、高压;（3）对接内孔焊的管板孔径可以比端部焊的孔径小,从而增加了管板刚度;(4)接头开孔处应力集中小，不易产生接头根部裂纹；(5)対接接头可以进行内部无损探伤，焊缝内部质量可得到监督和控制，提高了焊缝的可靠性；(6)内孔焊的施焊空间虽然很小，但易于实现自动化。(7)适合于换热器的管了与管板的各种材料的焊接。如碳钢、低合金钢、不锈钢和