1、换热管与管板的连接工艺试验张 庆 生（开封东京空分集团有限公司，河南省开封市北关街 8 号 475001）摘要：在现代的空分设备上，使用的二级冷却器采用贴胀+密封焊连接的不锈钢内翅片换热管与管板出现串漏，分析其原因认为是：不锈钢内翅片换热管制造时，受缩头加工，不锈钢内翅片换热管冷作硬化，管头处内应力产生，内翅片换热管与管板的焊接为局部焊接，受焊接时，热输入产生的热量影响，内翅片换热管管头内应力不均匀释放，造成内翅片换热管管头处的母材与焊缝之间的熔合区、热影响区多处出现细小裂纹，从而发生了换热管的泄漏。为了解决二级冷却器换热管与管板的连接的泄漏问题，我们采用了重新做换热管与管板的连接工艺试验，通
2、过试验得出结论：换热管与管板的连接，采用强度胀连接。关键词：二级冷却器；串漏；内应力；工艺试验；强度胀Change a hot tube and take care of knothole a conjunction a craft experiment Zhang Qingsheng(Kaifeng Dongjing Air Separation Group Co., Ltd., 8# Beiguan Street, Kaifeng475001, Henan, P. R. China)Abstract: In the modern of empty cent equipments up, u
3、sage of the second class water cooler adoption stick bulge+seal completely the wings slice inside the stainless steel of the weld conjunction to change hot tube and tube the plank appear a string to leak, analyze its reason to think BE:The wings slice inside the stainless steel change When the hot c
4、ontrol build, is process by the compress head, the wings slice inside the stainless steel changes a hot tube cold make hardening, the tube head internal help dint creation, inside the wings slice change hot tube and tube the knothole weld to weld for the part, is weld, the heat inputs output calorie
5、s influence, inside the wings slice change the hot tube tube head internal help dint asymmetry to release, resulting in inside the wings slice change the female material and weld of the hot tube tube head to sew of the fusion of match area,heat to influence many areas to appear small crack, taking p
6、lace to change a hot tube thus of leakiness.For the sake of leakiness problem resolved second class water cooler to change a hot tube and taken care of knothole a conjunction, we adopted to re- do to change hot tube and tube knothole conjunction craft experiment, pass experiment conclusion:Change ho
7、t tube and tube knothole conjunction, adopt the strength bulge conjunction.Keywords: Second class water cooler；The string leak；Internal help dint；The craft experiment；Strength bulge 在现代的空分设备上，一、二、三级冷却器的换热管都是采用内翅片换热管，但在使用中，发现二级冷却器换热管与管板的连接出现串漏，二级冷却器是采用管头为 251的不锈钢内翅片换热管，与管板的连接为贴胀+密封焊的连接，分析其原因认为是：不锈钢内翅
8、片换热管制造时，受缩头加工，不锈钢内翅片换热管冷作硬化，管头处内应力产生，内翅片换热管与管板的焊接为局部焊接，受焊接时，热输入产生的热量影响，内翅片换热管管头内应力不均匀释放，造成内翅片换热管管头处的母材与焊缝之间的熔合区、热影响区多处出现细小裂纹，从而发生了换热管的泄漏，内翅片换热管钎焊时，需要加热，进行钎接，由于 S30408 奥氏体不锈钢应避免在敏化温度范围（500750）内进行钎焊，在敏化温度内，特别是在 600时，碳化铬将沿晶界析出，造成晶界贫铬，因此，银基钎焊加执温度低于 500，而 S30408 奥氏体不锈钢去应力退火处理的温度为10101150，所以此钎焊加热温度并未消除管头处
9、的内应力，因此，应将银基钎料钎焊改为铜基钎料钎焊，使 S30408 奥氏体不锈钢内翅片换热管钎焊温度达到 1020，保温 2小时，进行固熔处理，使换热管管头内应力得以消除，换热管为固熔光亮状态。为了解决二级冷却器换热管与管板连接的泄漏问题，我们采用了重新做换热管与管板的连接工艺试验，换热管与管板的连接：贴胀+密封焊或强度胀，此次试验在试验件两端选择不同的管板，材质均为：Q345R，一端管板为光孔，采用贴胀+密封焊的连接；另一端管板孔开槽，与换热管用强度胀的连接方法，通过这次试验，可测试换热管与管板连接的贴胀、密封焊、强度胀三项，由于二级冷却器的管程压力大于壳程压力，我们将二级冷却器的管程压力作
10、为试验件壳程的试验压力，当试验合格后，就能防止冷却器工作时，冷却器管箱内的气体向壳程泄漏。1 换热管与管板的连接试验准备不锈钢钢管钢制管板试验的目的是通过管与管板连接试验，确定是贴胀+密封焊、强度胀哪种连接方法。试件材料：管子材料为 S30408，规格为 25mm1mm，7 件；管板的材料：Q345R，一件为光孔，需要铰孔，一件管板孔开槽后，铰孔。筒体材料：20 号钢 1 件。试验件筒体壁厚的计算：=PcDi/（2 t-Pc）=1.58203（21521-1.58）=1.06（mm）筒体壁厚，mm；Pc计算压力，MPa；Di筒体的内直径，mm； t设计温度下筒体许用应力；焊接接头系数；由此选择
11、试验筒体规格：219mm8mm，（1）制作试验模型，其结构如图 14 所示。工艺试验图 1（单位：mm）工艺试验图 2（单位：mm）工艺试验图 3（单位：mm）工艺试验图 3（单位：mm）工艺试验图 4（单位：mm）（2）换热管胀接前，对试验件的不锈钢内翅片换热管进行编号（记号笔）以示区别，并测量每根换热管两端部胀接前的外径、内径及管壁厚度， （见表 1） 。表 1 不锈钢钢管-钢制管板连接换热管胀前试验记录： 接头号尺寸1 2 3 4 5 6 7胀前管外径mm24.95 24.9 24.9 24.9 25.0 25.0 25.0胀前管内径mm22.9 22.9 22.9 22.9 23.0
12、23.0 23.0管壁厚 mm 1.05 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.02 试验2.1 贴胀试验（1）换热管端部胀接部位应打磨光，去净管口毛刺，管板孔口边缘有毛刺的，应用铰刀铰光，然后用压缩气体吹净管板孔，并用脱脂清洗剂进行脱脂。（2）胀接时，采用机械胀。（3）胀接后及时清除胀针上的颗粒物以减少胀管器的损坏，测量换热管实际内径，换热管内壁屈服后，在不同胀接压力作用下内表面的径向位移应用杠杆千分尺测量，其（分度值为 001 毫米） ，换热管外表面可用普通的外径千分尺测量，其(分度值为 001 毫米) ，由此可绘出不同胀接压力下管子半径的增量表，并按附表 2 进行记录。通过贴胀，能
13、有效地阻尼绕管体振动对焊口的损伤，并有效的消除换热管与管板的间隙为合格。表 2 不锈钢钢管-钢制管板贴胀试验记录： 接头号尺寸1 2 3 4 5 6 7胀后管内径mm23.3 23.2 23.3 23.3 23.4 23.5 23.4胀接压力MPa0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1拉脱强度MPa1.2 1.1 1.3 1.5 1.7 1.7 1.72.2 焊接试验（见表 3）表 3 焊接工艺卡 H（01）： 焊接工艺卡 H（01）2.3 强度胀试验（1）注意换热管与管板管孔内壁表面粗糙度，换热管端部胀接部位应打磨光，去净管口毛刺，管板孔口边缘、孔内开槽边缘有毛刺的，应用铰刀
14、铰光，然后用压缩气体吹净管板孔，并用脱脂清洗剂进行脱脂。（2）胀接，采用机械胀，在胀接时，胀接压力将要达到 0.5MPa，要用不锈钢棒，顶紧另一端，防止换热管与胀针一起旋转。（3）管板管孔与换热管实际均匀外径间隙应控制在单边 0.2mm 左右，其中胀接压力的大小对胀接接头的连接强度影响显著，胀接压力大时，换热管脆性增加；胀接压力小时，管板与换热管之间易出现泄漏，应控制胀接压力，按附表 4 进行记录。表 4 不锈钢钢管-钢制管板强度胀试验记录： 接头号尺寸1 2 3 4 5 6 7胀后管内径mm23.3 23.3 23.4 23.4 23.4 23.5 23.5胀接压力MPa0.45 0.45
15、0.45 0.5 0.5 0.5 0.5试验结果：换热管和管板连接后，对成形的试件进行水压试验，试验压力 1.60MPa，通过压力试验，与管板的连接，采用贴胀+密封焊，出现了 5 个换热管焊接接头熔合区、热影响区的泄漏，不合格；与管板的连接，采用强度胀，未发现泄漏，合格，因此，通过试验得出结论：冷却器换热管与管板的连接，采用强度胀。最后，进行破坏性试验，首先，参 加 试 压 的 人 员 要 统 一 安 排 、 听 从 指 挥 、 分 工 明 确 、认 真 操 作 ， 并 及 时 作 好 试 验 数 据 的 有 关 记 录 ， 试 压 现 场 应 划 定 禁 区 ， 疏 散 人 员 。开始，水压
16、试验，缓慢升压至试验压力 2.0MPa，保压 10 分钟，确认无渗漏后，升压至 5.5 MPa，保压 30 分钟，检查 7 个强度胀管头，出现 23 个渗漏，卸压，试验完成。参 考 文 献 ：1 GB151-1999 管 壳 式 换 热 器 S 20112 GB713-2008 锅 炉 和 压 力 容 器 用 钢 板 S 20083 GB13296-2007 锅 炉 、 热 交 换 器 用 不 锈 钢 无 缝 钢 管 S 20074 TSG R0004-2009 固 定 式 压 力 容 器 安 全 技 术 监 察 规 程 S 2009作者简介：张庆生，男，1962 年生，工程师，毕业于洛阳工学院机械制造工艺与设备专业，现为开封东京空分集团有限公司设计研究院工艺室主任，从事空气分离设备工艺及高压绕管式换热器绕管机的设计工作。联系电话：13837865106电子信箱：ZQS
