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管板焊接工艺的相关研究分析

发布日期:2021-1-29
  换热器的工作环境比较特殊,基本处于腐蚀、摩擦和高压的环境中,换热器工作时还会面临着温差应力。换热器在工作环境的影响下,管壳式换热器管 - 管板处容易发生泄漏,引起换热器失效,严重时还会出现爆炸的风险。焊接是连接换热器管 - 管板的有效方法,而且焊接的操作要求低、紧密性好,其可保障换热器管 - 管板焊接的优质性。
  1 结构焊接
  管壳式换热器管 - 管板中的结构焊接是重要的工作,本文主要从以下两个方面探讨结构焊接的工艺操作。
  1.1 准备工作
  管壳式换热器管 - 管板焊接之前的准备工作中,需要清理焊接结构位置上的附着物,包括锈迹、油污、毛刺等,以免影响焊接的效果。管 - 管板焊接组对时应该先焊接左侧管板,点固焊的位置要和工艺评定的位置相同,点固之后换热器结构要立放在焊接位置,按照现场换热器的摆放实况加固,加固时可以搭接脚手架,或者埋入地坑中,简化焊接的操作过程。
  1.2 焊接方法
  管壳式换热器管 - 管板焊接时根据焊接工艺评定的工艺参数安排施焊工作,此时焊工要先焊接右侧管板,管板上的每个管孔在划分焊接区域时需要按照定距管的位置,建议规划为 8 个区域,具体的规划方式如下图 1,每个区域中的焊接单元里会包括 3 个管孔,以管板中心为原则,最先焊接*近管板的地方,之后需要错相邻单元去焊接另外的单元,逐步推进到管板外侧,以此类推焊接到区域最外侧的单元,接下来以对称的方法焊接相关区域,完成整个区域第一遍焊接工作,根据图 1 规划了焊接的顺序,即 :1 → 5 → 3 → 7 → 2 → 6 → 4 → 8,第一遍焊接工作完成后,再次从首个区域按照单元错开焊接的方法进行第二遍焊接,结束焊接。管壳式换热器管 - 管板结构焊接时需要把热量应力控制在最小的范围中,而且要尽量减少应力对焊接结构的作用力,防止管板出现焊接变形的问题,由此提高了焊接的操作水平。焊接中禁止出现变形,以免干预管壳式换热器的密封效果。
  2 接头焊接
  本文以案例的方式分析管壳式换热器管 - 管板接头位置的焊接操作,具体分析如下。
  2.1 结构
  该案例中管壳式换热器包含两个独立的空间结构,管 -管板的焊缝把管壳式换热器分成了管程、壳程两个结构,管程是指管式换热器的两端管箱与换热管空间,壳程是指筒体以及换热管的外层结构。
  2.2 管板
  管板结构是管壳式换热器的核心,负责支撑管程与壳程工作时的载荷,承载负荷的能力非常高。管板上分布着诸多管孔,案例中管孔孔径是 8.15mm,相邻管孔的间距是12mm,孔桥的参数范围是 3mm~3.7mm。
  2.3 管 - 管板
  管壳式换热器管 - 管板接头焊接是一项复杂的连接工艺,焊接过程中需要把控好管程、壳程、温差的作用力,防止焊接时有失效的情况,尽量不要有返修的情况。管壳式换热器管 - 管板接头焊接时要注意规范要求,该案例中专门规定了管 - 板接头的焊接要求,如 :管 - 管板接头位置的焊缝必须达到均匀的状态,焊缝的根部要熔合起来,确保焊缝的厚度可以达到设计的标准。管壳式换热器的结构壁非常薄,厚度仅为 1.5mm,焊接期间控制好熔池体积,防止换热管直径向内收缩,换热管直径稳定可以保障管程介质流动的有效性,不会干预换热器的换热效果。管 - 管板接头焊接时应该把控好热输入的操作,进而控制好熔池形状。管板与管壳式换热器管两种结构的厚度不同,其在散热上也存在着差异,如果焊接中采用相同的热输入,此时管板如果处于刚刚熔化的状态,换热管就可能处于烧毁的状态,无法保障管板焊接的顺利进行,管 - 管板焊接时应该把控焊枪倾角,按照比例分配好管 - 管板接头位置的焊接热比例。
  2.4 焊接试验
  案例中在管壳式换热器管 - 管板焊接中选择了试验试件,采用试验的方法评定焊接工艺。管壳式换热器管 -管板试件要根据《压力容器》的规定选择,其规格尺寸是55mm×45mm×25mm,焊接试验中要在试件上钻入 10 个孔,直径基本控制在 8.15mm 左右,孔中心距离 12mm,换热管试件的规格是 8mm×1.5mm,长度要大于 200mm,接头位置采用端面环形焊接的连接方式,管端位置伸出管孔的实际长度不能多于 2mm,控制好伸出管孔的长度,预防管壁过烧的情况。案例中采用了脉冲 TIG 焊接的方法,管壳式换热器管 -管板试件焊接时运用脉冲式加热的条件,此类方法焊接时熔池温度时间比较短,试件也会在短时间内冷却,最主要的是具备优质的电弧挺度,脉冲焊接可以把能量集中在焊接接头位置。该焊接试验中,管 - 管板试件的焊接工艺中控制好钨极、管板,管 - 管板焊接的接缝位置需要较小宽度的焊缝以及较大的熔深,就要采取规格是 2.5mm 的钨极,满足管 - 管板试件接头的焊接需求。该案例经过多次试验后汇总了管壳式换热器管 - 管板焊接的工艺参数,如 :送气时间 3s,预热时间 2s~3s,预热电流 60A~70A,峰值电流 115A~120A,峰值时间为190ms~200ms,基值电流 55A~60A,基值时间 180s~200s,焊接速度 95mm·min-1~101mm·min-1,电流衰减 3s,气体流量 8L·min-1~10L·min-1,按照此类参数在管式换热器管 -管板焊接中安排脉冲 TIG 焊接。焊接时气枪以起焊点为开始的方向,按照顺时针的顺序执行,焊接时钨极和管轴线之间的夹角不能超过 20°,一定要防止夹角过大,促使热量能够传递到换热管壁中,防止出现烧毁的情况。
  3 焊接控制
  管壳式换热器管 - 管板焊接工艺控制中,最先要控制好焊接的工艺和时间,换热器组织之前安排好管 - 管板焊接工作,检查焊接长度是否合理,不能随意更改管 - 管板的焊接位置。焊接时还要控制好速度,焊条结束焊接缝隙后要在四孔的三角区进行熄弧,下次引弧也要在三角区内实行,观察到焊接漏点与裂纹之后需要安排补焊操作,待焊接工序完成后再焊接一道,以此来维护管 - 管板焊接的稳固性。
  结语
  在管壳式换热器管 - 管板焊接工艺分为结构焊接、接
  头焊接两个部分,采取焊接控制的方法把控换热器管 - 管板的焊接过程,保障焊接的质量水平,更重要的是强调管壳式换热器管 - 管板焊接连接的效果,促使管壳式换热器能够适应恶劣的环境,抵抗环境的腐蚀、摩擦以及高压,始终保持着管壳式换热器管 - 管板连接的稳定性。

 

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