换热管与管板的常用连接方法.pdf

换热管与管板的常用连接方法

摘要:换热器中管子与管板的焊接直接影响换热器的制造和使用。连接强度
和密封性能又直接关系到使用时间和是否泄漏。对常用的强度胀接、强度焊接和
胀焊并用等3种方法进展了介绍。

关键词:换热器;管板;胀接;焊接;内孔焊

在化工、石油、医药、原子能和核工业中,换热器的应用十分广泛,其类型与
构造也很多。其中管壳式换热器是使用最普遍的。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展,也是整个
生产制造的重点之一。因此,换热器管子与管板的接头型式的技术研究一直是国
内外技术人员关注的焦点。

1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强度胀接、强度焊接和胀焊并用。

1.1强度胀接

强度胀接是为保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的胀
接。利用胀管器插入管口旋转,将穿入管板孔内的管端部胀大,使管子到达塑性变
形,同时管板孔被胀大,产生弹性变形。胀管器退出后,管板弹性恢复,管子与管板
的接触外表产生很大的挤压力,使管子与管板结实地结合在一起,到达既密封又
能抗拉脱力两个目的。管板上的管孔,有孔壁开槽和孔壁不开槽2种,如图1所示。

目前采用的胀管工艺主要有滚压、水压胀接、爆炸胀接3种。

胀接适用于设计压力≤4MPa,设计温度≤300℃,无剧烈振动,无过大
的温度变化,无明显的应力腐蚀的场合。由于管子与管孔严密贴合,可使管接头减
少介质腐蚀,且能承受拉脱力。

1.2强度焊接

换热管和管板之间的焊接有端面焊接和内孔焊接两种构造类型。端
面焊接典型构造如图2所示。

管束与管板焊接连接的适用场合主要是:(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)压力较高或连接严密性有严格要
求时。它能保证焊接接头到达抗拉脱强度;(4)维护有困难时,像原子能过程和某
些化工过程中的换热器。
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(保证换热管和管板之间的连接强度);(2)密封焊接(仅在于起到密封作
用)。

端面焊接接头具有焊接、外观检查与维修方便等优点,应用最为广
泛。但管子与管板之间存在间隙,不适用于有较大振动及有间隙腐蚀的场合。

1.3胀焊并用

当密封性能要求较高、承受振动或疲劳载荷或有间隙腐蚀、采用复
合管板时应该选择胀焊并用。

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,采用胀接或焊接均难以保证连接强度和密封性
的要求。目前较广泛采用的是胀焊并用的方法。试验证明,胀焊并用提高了接头
的抗疲劳性能,可以有效地消除应力腐蚀和间隙腐蚀,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。这可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

内孔焊将换热管与管板的端部焊接改为管束内孔焊接。国外在20世
纪60年代末开场研究内孔焊,并于20世纪70年代开场应用于核设备上。国内在
20世纪70年代中期开场对内孔焊进展试验研究,并于70年代末期开场应用于核
设备、电站设备上。

2.1内孔焊的接头型式

内孔焊的接头型式大致分为两类:一类是对接式,一类是搭接式。图3
中(a)-(e)型属于内孔对接。(a)、(b)、(c)型根本一样。都有一个锁边,管子安
装容易对中定位,且焊缝具有加强高,与管板接头呈平滑过渡,提高了接头的静载
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,这种接头加工本钱较高。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)
型采用开坡口对接,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,并使焊缝离开边缘区;(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
大,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)型是插座接头,它介于搭接和对接之
间,既有搭接的优点又有对接的优点。

以上几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,只在美国比拟盛行。准对接内孔焊接头焊缝受剪切,