換熱器管子管板封口焊試驗及應(yīng)用

1、 制 造 與 安 裝 換熱器管子管板封口焊試驗及應(yīng)用唐 俐(東方鍋爐(集團) 股份有限公司 ,四川 自貢 643001)摘 要 :以碳鋼換熱管與不銹鋼堆焊層的管子管板的封口焊為例 ,介紹了管子管板封口焊的焊接工藝制定及其產(chǎn)品的焊接。并通過一系列焊接工藝試驗 ,確定采用管子內(nèi)縮管板和高鉻鎳焊材及自動脈沖鎢極氬弧焊方法 ,提高了管子管板的焊接質(zhì)量和可靠性。關(guān)鍵詞 :換熱器 ;管子內(nèi)縮管板 ;封口焊中圖分類號

2、:T Q05115 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :A 文章編號 :1001 - 4837(2006) 03 - 0032 - 03Test and Application of Tube - Tube Sheet Welding for H eat ExchangersTANG Li(Dongfang Boiler G roup C o. ,Ltd. ,Zigong 643001 ,China)Abstract :Taking the tu

3、be - tube sheet welding between carbon steel heat exchanger tube and stainless beadwelding layer for example , the establishment of welding procedure of tube - tube sheet welding and the fabrica2tion of equipment were in

4、troduced in this article. A series of welding process testing showed that using recessedtube - tube sheet , high Cr - Ni welding materials and automatic TIG welding technology could improve thewelding quality of tube - t

5、ube sheet and its reliability.K ey words :heat exchangers ;recessed tube - tube sheet ;welding1 概述管子與管板的連接常采用管子外伸管板的型式 ,隨著高參數(shù)機組在電廠使用增多 ,換熱器管子管板的接頭越來越多地采用管子內(nèi)縮管板的型式。為提高管子管板焊接質(zhì)量和可靠性 ,使之具有良好的致密性 ,對管子內(nèi)縮管板接頭型式進(jìn)行了一系列工藝試驗 ,得出適

6、宜的焊接參數(shù) ,確保良好的焊接接頭。本文就試驗及在產(chǎn)品上的應(yīng)用作介紹。2 焊接工藝和焊接設(shè)備的選擇為某電廠制造的高壓加熱器 ,由于其參數(shù)較高 ,管子管板的連接采用了管子內(nèi)縮管板 2 mm ,管板開2 × 45° 坡口的連接型式 (見圖 1) 。管板為不銹鋼堆焊層 ,換熱管為碳鋼 ,規(guī)格為 ? 19105 mm × 2134 mm。圖 1因低碳鋼和不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)、 線脹系數(shù)和化學(xué)成分有較大差異 (見表

7、1 ,2) ,所以對焊接工藝和焊接材料的選擇應(yīng)考慮到 :嚴(yán)格控制熔合比 ,避免在焊接過程中由于稀釋作用導(dǎo)致不銹鋼焊縫中出現(xiàn)馬氏體組織 ,從而增大焊接接頭脆性 ,甚至產(chǎn)生裂紋 ;減小脫碳層和滲碳層的寬度以避免接頭高溫持久強度下降 ;避免低碳鋼熔合區(qū)形成高硬度的馬氏體脆· 2 3 ·© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. A

8、ll rights reserved. http://www.cnki.net保證焊后管口的縮口量小于 012 mm ,滿足管子管板液壓脹接的要求。管口縮口量的控制 ,也是內(nèi)縮式封口焊焊接的一大難點。試驗發(fā)現(xiàn) ,除了與母材匹配的焊接材料、 合理的焊接參數(shù)外 ,選擇合理的槍頭角度、 鎢極定位的穩(wěn)定可靠性、 鎢極與管板、 管壁及焊絲的幾何尺寸也很重要(見表 5) 。- 5 ° 的槍頭角度 ,更好地使鎢極對準(zhǔn)管子與管板的交界處

9、 ,焊接時形成的熔池更好地保證了焊縫根部熔透。焊接時鎢極的對中應(yīng)稍偏向管板側(cè) ,以減少熔池凝固時焊縫金屬流向管子內(nèi)壁而增加管口縮口量。匹配得當(dāng)?shù)膸缀纬叽绮粌H能保證焊縫根部熔合良好 ,而且焊縫成形美觀 ,管口焊后縮口量也能滿足液壓脹管的要求。表 5管子管板連接型式 管子內(nèi)縮管板 2 mm槍頭角度 (° ) - 5焊絲與鎢極距離(mm) 215焊絲伸出長度(mm) 10鎢極與工件距離(mm) 3鎢極伸出長度(mm) 113 試

10、驗結(jié)果311 最小泄漏通徑此項要求按照 ASME Ⅷ- 2 篇 F - 3 章執(zhí)行。共 10 個剖面 ,每個剖面測量四組數(shù)據(jù)。十組數(shù)據(jù)的平均值為 : 3163 ,3127 ,3116 ,3146 ,2195 ,2192 ,3147 ,3136 ,2158 ,3100 mm。每組最小泄漏通徑均大于管壁厚的 2/ 3(1156 mm) ,滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。312 金相檢查由于焊接參數(shù)選擇合理 ,經(jīng)過對焊縫和熱影響區(qū)的宏觀和微觀檢查 ,均

11、未發(fā)現(xiàn)缺陷 ,組織為奧氏體加鐵素體。4 產(chǎn)品焊接(1) 為確保換熱管縮進(jìn)管板 2 mm 的準(zhǔn)確定位 ,設(shè)計了定位工裝。為解決某些由于管孔坡口與圖樣要求有偏差而造成的在焊接后管口縮口量超差問題 ,設(shè)計了專用的擴口工裝進(jìn)行擴口 ,以保證液壓脹接的順利進(jìn)行。為驗證擴口對封口焊焊縫質(zhì)量有無影響 ,焊接了 3 個縮口量較大(其平均縮口量為 0196mm) 的封口焊焊縫 ,經(jīng)過擴口后解剖了三根管子 ,對解剖面進(jìn)行了金相檢查 :其焊縫及熱影響區(qū)的

12、宏、 微觀均未發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷。說明對管孔的擴口對封口焊焊縫沒有帶來不利影響。(2) 管子管板封口焊焊接前 ,在管子的 6 點鐘位置采用手工鎢極氬弧焊進(jìn)行點焊 ,焊絲牌號及規(guī)格與產(chǎn)品焊接時所用的焊絲相同。如前所述 ,在碳鋼換熱管和不銹鋼堆焊層管板的點焊時必須送絲 ,如果空熔就會在點焊處產(chǎn)生馬氏體組織 ,容易開裂。在產(chǎn)品點焊時就有少數(shù)焊點因為不加焊絲空熔而裂開 ,這時完全磨去開裂處 ,并填焊絲進(jìn)行點焊 ,解決了這一問題。對管子管板封口焊的焊

13、接 ,除了嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝 ,調(diào)整好鎢極、 焊絲的幾何尺寸外 ,管孔及管子的清潔度要求也很重要。如果管孔和管子內(nèi)、 外壁沒有清理干凈 ,就會在焊接過程中由于氣體來不及逸出而在焊縫中產(chǎn)生氣孔 ,從而影響焊接質(zhì)量。對于管口 ,嚴(yán)格按照調(diào)試好的程序進(jìn)行全位置焊接 ,焊接后進(jìn)行了抽樣檢查 ,縮口量大多控制在012 mm 以下 ,滿足液壓脹接的要求 ,而且其氦檢漏和水壓試驗一次合格。該產(chǎn)品已在電廠投入運行 ,情況良好 ,證明所采用的焊接材料、 焊

14、接方法和工藝參數(shù)是可行的。5 結(jié)論(1) 對碳鋼換熱管與不銹鋼堆焊層的管子管板的封口焊 ,采用自動脈沖鎢極氬弧焊方法及 Cr24 -Ni13 的高鉻鎳焊材 ,可以有效地控制焊縫的稀釋率 ,避免熔合區(qū)馬氏體組織的產(chǎn)生 ,并得到具有較高抗裂性能的奧氏體加鐵素體雙相組織的焊縫 ;(2) 對換熱管內(nèi)縮管板的連接型式 ,采用 - 5 °的槍頭及所選定的鎢極與管板、 換熱管管端及焊絲的幾何尺寸 ,能更好地保證焊縫根部熔透 ,并且滿足液

15、壓脹對管口縮口量的要求 ;(3) 對管子管板封口焊的焊接 ,應(yīng)保證待焊區(qū)域的清潔度 ,避免焊縫中出現(xiàn)氣孔等細(xì)小缺陷。收稿日期 :2005 - 10 - 20歡迎投稿 歡迎訂閱 歡迎刊登廣告 · 4 3 ·CPVT 換熱器管子管板封口焊試驗及應(yīng)用 Vol23. No3 2006© 1994-2006 China Academic J