换热器胀接

浅谈换热器管板与换热管胀焊并用连接的

制造工艺

发布: 2009-3-10 21:54 | 作者: qimingxing | 来源: 承压设备博客

浅谈换热器管板与换热管胀焊并用连接的制造工艺

GB151－1999标准中规定，强度胀接适用于设计压力≤4MPa、设计温度≤300℃、无剧烈振动、无过大温度变化及无应力腐蚀的场合；强度焊接适用于振动较小和无间隙腐蚀的场合；胀、焊并用适用于密封性能较高、承受振动或疲劳载荷、有间隙腐蚀、采用复合管板的场合。由此可见，单纯胀接或强度焊接的连接方式使用条件是有限制的。胀、焊并用结构由于能有效地阻尼管束振动对焊口的损伤，避免间隙腐蚀，并且有比单纯胀接或强度焊具有更高的强度和密封性，因而得到广泛采用。目前对常规的换热管通常采用“贴胀＋强度焊”的模式；而重要的或使用条件苛刻的换热器则要求采用“强度胀＋密封焊”的模式。胀、焊并用结构按胀接与焊接在工序中的先后次序可分为先胀后焊和先焊后胀两种。

1 先胀后焊

管子与管板胀接后，在管端应留有15mm长的未胀管腔，以避免胀接应力与焊接应力的迭加，减少焊接应力对胀接的影响，15mm的未胀管段与管板孔之间存在一个间隙(见图1)。在焊接时，由于高温熔化金属的影响，间隙内气体被加热而急剧膨胀。据国外资料介绍，间隙腔内压力在焊接收口时可达到200～300MPa的超高压状态。

间隙腔的高温高压气体在外泄时对强度胀的密封性能造成致命的损伤，且焊缝收口处亦将留下肉眼难以觉察的针孔。目前通常采用的机械胀接，由于对焊接裂纹、气孔等敏感性很强的润滑油渗透进入了这些间隙，焊接时产生缺陷的现象就更加严重。这些渗透进入间隙的油污很难清除干净，所以采用先胀后焊工艺，不宜采用机械胀的方式。由于贴胀是不耐压的，但可以消除管子与管板管孔的间隙，所以能有效的阻尼管束振动到管口的焊接部位。但是采用常规手工或机械控制的机械胀接无法达到均匀的贴胀要求，而采用由电脑控制胀接压力的液袋式胀管机胀接时可方便、均匀地实现贴胀要求。采用液袋式胀管机胀接时，为了使胀接结果达到理想效果，胀接前管子与管板孔的尺寸配合在设计制造上必须符合较为严格的要求。只有这样对于常规设计的“贴胀＋强度焊”可采用先胀后焊的方式，而对特殊设计的“强度胀＋强度焊”则可采用先贴胀，再强度焊，最后强度胀的方法。

2 先焊后胀

在制造过程中，一台换热器中有相当数量的换热管，其外径与管板管孔孔径之间存在着较大的间隙，且每根换热管其外径与管板管孔

间隙沿轴向是不均匀的(见图 2)。当焊接完成后胀接时，管子中心线必须与管板管孔中心线相重合。当间隙很小时，上端15mm的未胀管段将可以减轻胀接变形对焊接的影响。当间隙较大时，由于管子的刚性较大，过大的胀接变形将越过15mm未胀区的缓冲而对焊接接头产生损伤，甚至造成焊口脱焊。所以对于先焊后胀工艺，控制管子与管板孔的精度及其配合为首要的问题。当管子与管板腔的间隙小到一定值后，胀接过程将不至于损伤到焊接接头的质量。有关资料显示，管口的焊接接头承受轴向力的能力是相当大的，即使是密封焊，焊接接头在做静态拉脱试验时，管子拉断了，焊口将不会拉脱。然而焊口承受切向剪力的能力相对较差，所以强度焊后，由于控制达不到要求，可能造成过胀失效或胀接对焊接接头的损伤。

3 合理的制造工艺 3.1 管子与管孔的公差控制 (1)换热管

在采购换热管时要求每台换热器所使用的换热管在冷拔加工时

应采用同一坯料(炉批次)的原料，并在同一台经校验试验合格的拉管机上生产，这样才能保证每根换热管具有相同的材质、规格与精度。换热管外径的均匀一致能保证管子与管板管孔的间隙，内径的均匀一致能保证与液袋式胀管机胀头的匹配性，从而延长胀头的使用寿命。一般管子与管板管孔间隙要求控制在(0.3±0.05)mm范围内，而液袋式胀管机胀头外径与管子内径的公差也应控制在 (0.3±0.05)mm范围内。 (2)管板

为使换热器管板管孔与管子外径在同一公差范围内，首先必须根据到货换热管外径的实际精度尺寸决定管板管孔的加工精度，如上所述，管板管孔与已到货换热管实际均匀外径间隙仍应控制在(0.3土0.05)mm范围内。

3.2换热管与管板的加工及验收 (1)换热管

①按要求采购进厂的换热管入库前应按相关标准逐项验收，精确测量内、外径及其公差范围。

②换热管穿管前按实际测量壳程长度一次性切好换热管，避免穿管后用脚向砂轮机修磨。当采用砂轮机修磨时，砂轮磨粒易溅入管子与管板管孔的间隙中，硅酸盐磨粒在焊接时将会产生夹渣，给焊接接头造成隐患。

③换热管穿管前胀接范围内管区应进行除锈处理，管端除去内外毛刺，这对采用液袋式胀头时尤为重要。

(2)管板

①管板应是合格的锻件，内部材质应均匀，胀接面上无影响胀接质量的缺陷。对于装置中关键的换热器，尽量采用高级别锻件，锻件除按相关标准验收后，应做超声波复查。

②管板与折流板上管孔加工必须保证同轴度。采用同一块模板钻孔，确保每根换热管所通过的管板与折流板上的管孔在同一中心线上，否则将使穿管发生很大的困难。

③管板的钻削加工粗糙度、管板的管桥宽度均按GB151-1999Ⅰ级要求验收。

④管孔精度以自制的通规和止规来检验，并作记录。如要求钻孔φ(25.4土0.05)mm，即选φ25.45mm为止规，φ25.3mm为通规，可以逐孔检查，对于超差孔应作出标记，以便采取特殊措施予以弥补。

⑤如为强度胀，胀槽深度应确保(0.5土0.05)mm范围。对于液袋式胀接的方式，根据目前科研试验的结果，建议槽宽为8mm，槽间距为8mm，通常采用双槽结构。

⑥胀接前应严格清洁管孔，除去槽边毛刺，不允许有影响胀接紧密性的杂质存在。 3.3 管子与管板的连接 (1)胀接

推荐采用液袋式液压胀接方式，以保证胀接紧密程度均匀一致。因为液袋式胀管机其胀接压力是由人工设定，电脑控制操作的，精度

较高。如令25×2.5的碳钢换热管其贴胀压力通常为

110~120MPa，强度胀压力为170~180MPa。当采用特殊规格换热管时可以先理论计算，然后通过模拟试验，确认其贴胀及强度胀的适宜液压范围，以保证胀接连接的可靠性。 (2)焊接

一般采用填丝氩弧焊。焊缝高度H确保不小于管壁厚度的1.4倍。采用双层氩弧焊，且第二层焊道起弧处至少要偏离第一层焊道起弧点15°，以消除第一层焊道中特别是起弧和收弧点处可能产生的缺陷。 (3)连接方式

图纸设计为“贴胀＋强度焊”时，可采用如下两种方式： ①贴胀(盛水试漏)；强度焊(水压试验)。 ②强度焊(压力试验)；贴胀(水压试验)。

当管板孔超标时，应先贴胀，再焊接，以免胀接时影响焊缝质量。图纸设计为“强度胀＋密封焊”时，建议采用如下方式：

贴胀(盛水试漏)；密封焊(压力试验)；强度胀(水压试验)。 4 结语

国产换热器由于基本材料、加工精度及加工工艺方法均未达到优化组合，导致换热器使用寿命的相对降低。目前已大量使用的胀焊并用结构的换热器，结合我国的国情，通过一系列的质量控制措施，完全可以制造出高质量、寿命长、用户满意的换热器。

换热管与管板的连接方式浅析

一、 强度胀接—系指为保证换热器与管板连接的密封性能及抗拉

强度的胀接； 1.适用范围：

1.1设计压力小于等于4Mpa； 1.2设计温度小于等于300℃；

1.3操作中无剧烈的振动，无过大的温度变化及无明显的应力腐蚀。

1.4换热管的硬度值一般要求低于管板的硬度值；

1.5有应力腐蚀时，不应采用管端局部退火的方式来降低换热管的硬度；

1.6强度胀接的最小胀接长度应取管板的名义厚度减去3㎜或50㎜二者的最小值。

1.7当有要求时，管板的名义厚度减去3㎜或50㎜之间的差值可采用贴胀；或管板名义厚度减去3㎜全长胀接。

二、 强度焊—系指保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉强度的焊接。 1.适用范围：

1.1可适用于本标准（GB151）规定的设计压力，但不适用于有较大振动及有间隙腐蚀的场合。

三、 胀焊并用--强度胀加密封焊（系指保证换热管与管板连接密封性能的焊接）、强度焊加贴胀（系指为消除换热管与管孔之间缝隙的

轻度胀接）两种方法； 1.适用范围：

1.1密封性能要求较高的场合；

1.2 1.3 1.4

承受振动或疲劳载荷的场合； 有间隙腐蚀的场合； 采用复合管板的场合。

四、强度焊、强度胀、强度焊+贴胀、强度胀+密封焊。这四种连接型式的差异主要反映在管孔是否开槽和焊接坡口及管子伸出长度（见151第69页表33的规定）等方面。

1.1焊接。当焊缝H值大于或等于2/3管壁厚时，称强度焊，否则为密封焊。即强度焊必须是填丝的氩弧焊，而不填丝的熔化焊最多只能作为密封焊。

1.2强度焊适用于压力较高的工况，形成焊缝强度较大又不损伤管头。但这种焊接难度较大，手工氩弧焊时较慢，且一般不用于立式换热器的上管板。

1.3

胀接。换热管与管板的胀接有非均匀胀接（机械滚珠胀）和

均匀胀接（液压胀接、液袋胀接、橡胶胀接、爆炸胀接）两大类。 1.4机械胀接是最早的胀接方法，也是目前使用最广泛的胀接方法。这种方法简捷方便，需使用油润滑，油的污染使胀后的焊接质量得不到保障；且该方法使管径扩大产生较大的冷作应力，不适用于应力腐蚀场合。

五、除本标准规定的连接型式及尺寸外，当有成熟使用经验或操作需

要时，也可采用其他结构型式和尺寸（即我们现在应用广泛的密封焊+贴胀）。

1.1密封焊—使换热管与管板的连接有效密封，并以适当的焊接方法、焊接工艺参数加强焊缝熔深，使之具备一定的焊缝强度。

1.2

贴胀—尽量消除换热管与管孔之间的间隙，使两者紧密结合，

起到一定的抗拉强度，减小设备运行时对密封焊缝的损伤。同时通过控制胀接力，减小冷作应力，避免应力腐蚀。 六、换热管与管板连接方式的示意图： 1.1强度焊、强度胀：

1.2

密封焊、贴胀：

管壳式换热器换热管与管板胀管率的确定

刘敏

(大连冷冻机股份有限公司,辽宁大连 116033) 摘要:对胀管率的控制进行了详细的论述,并对胀管率的计算方法进行了比较,从而提出了不同材料的胀管率的控制范围;同时对影响胀接质量的因素作了总结。

关键词:胀管率;强度胀;贴胀;内径控制法

中图分类号:ＴＱ053 6;ＴＱ050 2 文献标识码:Ｂ 文章编号:1001-4837(2007)06-0059-03

由国家质量技术监督局颁发的《压力容器安全技术监察规程》第104条、第105条对换热管与管板的胀接方法及胀接的基本要求做出了原则性的规定,但对胀管率没有具体的规定,目前也没有国家标准可依。而胀接又是管壳式换热器制造中的重要工序之一,所以为保证胀接质量,如何确定胀接方法及合适的胀管率尤显重要。 1 胀接方法

换热管与管板的胀接方法有机械胀接和柔性胀接(或称均匀胀接)。

机械胀接的方法为非均匀性的胀接,一般在胀接过程中需要加油润滑(由于油的污染造成胀接后不能保证焊接质量和污染胀接处的表面质量),并且机械滚珠在碾轧中使管径扩大产生较大的冷作应力,因此机械胀接不利于有应力腐蚀的场合。但是由于它的操作简便,直到目前许多厂家仍然广泛地使用在中、薄管板的胀接上。本文将着重对

不同材料的换热管采用机械胀接方法的胀管率作以介绍。 2 胀管率的确定 2 1 胀管率

为确保胀接质量,应确定合适的胀管率,通常用胀紧程度与管板孔原有直径、换热管内径或换热管壁厚的百分比来表示胀管率,胀紧程度可以用公式(1)表示: Ｈ=ｄ12-ｄ11-ｂ(1)

式中 Ｈ———换热管胀紧程度,ｍｍ

ｄ11,ｄ12———换热管胀前、后的内径,ｍｍ

ｂ———胀前换热管与管板孔的双边间隙量,ｍｍ胀管率是以胀紧度对换热管内径、管板孔直径或换热管壁厚的百分率来表示。 2.2 常见材料的胀管率

表1为常见材料的胀管率参考值,利用公式(1)可以换算出换热管胀后的内径范围。

胀管率的确定,除了要考虑胀接方法(强度胀与贴胀的胀紧程度区别较大),同时还应考虑管板孔的公差范围、换热管外径及壁厚的公差等因素。

2 3 胀管率的计算方法

胀管率的计算方法有多种形式,以下为国内外常见的几种计算公

式。

式中 Ｋ———日本:管壁减薄率,%;前苏联:管板孔内径的相对百分率,% Ｄ———管板孔直径,ｍｍ σ———换热管胀前管壁厚度,ｍｍ

ｂ———胀前换热管与管板孔的双边间隙量,ｍｍ, ｂ=Ｄ-ｄｗ ｄｗ———换热管胀前外径,ｍｍ ｈ———管子内径的相对百分率,%

ｈ0———管子的内径的胀大值对管板孔内径的相对百分率,% ｈｄ———管子内径的胀大值对管子内径的相对百分率,% ｈｓ———管子内径的胀大值对管子壁厚的相对百分率,% 2.4 内径控制法胀管率的确定

无论采用哪种计算方法所得到的胀管率其根本都是对换热管壁厚减薄量的控制,以下采用内径控制法对强度胀及贴胀的胀管率的确定进行验证。式(8)为内径控制法胀管率的计算公式:

式中 Ｈｎ———胀管率,%

ｄ1———胀完后的换热管实测内径,ｍｍ ｔ———未胀时的换热管实测壁厚,ｍｍ ｄ———未胀时的管板孔实测直径,ｍｍ 2.4.1 强度胀的胀管率

例1:已知换热管材料为Ｔ2,规格为外径 19.05ｍｍ,壁厚1.3ｍｍ;管板材料为Ｑ235-Ｂ,管板厚度为42ｍｍ,管板孔直径为19.25ｍｍ,管板孔为正三角形排列,开设两道密封槽。要求换热管与管板连接形式为强度胀接。

根据已知条件对换热管及管板孔直径实测数据如下(换热管按5～10根抽测,管板孔按不同位置抽测5～10个孔):

(1)换热管:外径: Φ19.05～ Φ19.03ｍｍ,平均值Φ19.04ｍｍ;壁厚:1.35～1.25ｍｍ,平均值1.3ｍｍ;内径: Φ16.55～Φ16.35ｍｍ,平均值Φ16.45ｍｍ。

(2)管板孔直径: Φ19.35～ Φ19.25ｍｍ,平均值 Φ19.3ｍｍ。 按式(1)及表1初定换热管胀后的内径值。查表1铜或铜合金与钢制管板的胀管率Ｈ=5%～8%,取平均值Ｈ=6.5%,圆整Ｈ=7%,代入式(1),求换热管胀后直径。 Ｈ=ｄ12-ｄ11-ｂ

其中 ｂ=Ｄ-ｄｗ=19.3-19.04=0.26ｍｍ 则ｄ12=Ｈ+ｄ11+ｂ=16.78ｍｍ

这样根据换热管胀后的内径Φ16.78ｍｍ选择三滚珠胀管器,其最小外径为15.6ｍｍ,最大直径为17.8ｍｍ,滚珠长度为38ｍｍ。经过试胀效果很好。对换热管胀后的尺寸进行实测数据如下: (1)外径:Φ19.25～Φ19.30ｍｍ,平均值Φ19.28ｍｍ;

(2)壁厚:1.2～1.22ｍｍ,平均值1.21ｍｍ,如按日本公式核算即管壁减薄率为5.8%;

(3)内径:Φ16.87～Φ16.85ｍｍ,平均值Φ16.86ｍｍ,与胀前Φ16.45ｍｍ相比膨胀了0.41ｍｍ。将换热管胀后实测的平均值代入式(9)确定其胀管率:

例2:已知换热管材料为20钢,规格为外径Φ38ｍｍ,壁厚3ｍｍ,管板材料为16ＭｎＲ,厚度为48ｍｍ,管板孔直径为Φ38.5ｍｍ,管板孔为正三角形排列,开设两道密封槽,要求换热管与管板孔连接形式为强度胀接。

根据已知条件对换热管及管板孔直径在不同位置按3%～5%抽

测,其实测数据如下:

(1)换热管:外径:Φ38.2～ Φ37.8ｍｍ,平均值Φ38ｍｍ;壁厚:3.1～3.3ｍｍ,平均值3.2ｍｍ;内径:Φ31.4～ Φ31.8ｍｍ,平均值 Φ31.6ｍｍ。 (2)管板孔直径:Φ38.65～Φ38.4ｍｍ,平均值Φ38.53ｍｍ。 查表1取胀管率Ｈ=10%,代入式(1)求换热管胀后直径: Ｈ=ｄ12-ｄ11-ｂ

其中 ｂ=Ｄ-ｄｗ=38.53-38=0.53ｍｍ 则ｄ12=Ｈ+ｄ11+ｂ=32.23ｍｍ

经试胀对换热管胀后的内径进行实测值为Φ32.82～Φ32.84ｍｍ,平均值为Φ32.83ｍｍ。将换热管胀后实测的平均值代入式(8)确定其胀管率:

按以上实例对Φ57×3的1Ｃｒ18Ｎｉ9Ｔｉ和Φ19×2的ＨＡＬ77-2(海军铜)的换热管进行试胀和计算,确定其胀管率分别为0.87%和1.56%。

2.4.2 与国内外胀管率的核对经试胀,为制定正确的胀接工艺,将采用内径控制法确定的几种胀管率与日本、前苏联及国内其它行业所采用的胀管率进行核算。 (1)与日本胀管率的核算

表2为日本常见的胀管率,表3为按日本公式(式(2))核算的胀管率。

(2)与前苏联胀管率的核算

表4为前苏联的胀管率,表5为按前苏联公式(式(3))核算的胀管率。

(3)与国内其它行业胀管率的核算式

(1)与(7)、式(3)与(5)、式(4)与(6)的内容是一样的,也就是说国内其它行业胀管率的计算模拟也是采用日本和前苏联的。这里针对国内锅炉行业采用的管子内径的相对百分率来验证其采用内径控制法所得到胀管率的工艺参数。

锅炉行业的胀管率ｈ=0.8%～1.2%。表6为按国内锅炉行业常用公式(公式4)核算的胀管率。 2.4.3 贴胀的胀管率

贴胀对胀紧程度只是要求将换热管与管板孔经胀接贴合即可,目前国内外对胀紧程度均没有具体的要求,根据多年以来对碳钢、不锈钢材质的换热管贴胀的工艺经验,一般情况下取其胀管率为0.1%～0.3%即可。

3 影响胀接质量的因素

(1)管板材料的硬度高于换热管材料硬度即可,当换热管硬度大于管板硬度时,应进行退火处理,一般管端退火长度应不小于100ｍｍ,且比管板厚度多至少15～30ｍｍ。

(2)管板孔与换热管外径之间的间隙量一定要严格控制。

(3)胀接方法从结构型式分为强度胀加密封焊、强度焊加贴胀、强度胀加强度焊三种。对这三种方法应注意胀接顺序,一般情况下,如满胀时,应采用先胀后焊的工艺方法,如距管端15ｍｍ处不胀时,应采用先焊后胀的工艺方法。 4 结论

(1)换热管材料为铜、铜合金及不锈钢时,胀管率一般控制在0.5%～1.2%范围内;

(2)换热管材料为10钢或20钢时,胀管率一般控制在0.7%～2.1%范围内;

(3)换热管材料为黄铜(海军铜ＨＡＬ77-2)时,胀管率一般控制在1%～1.8%范围内。

在确定了上述胀管率后,对同类的产品不必每次都进行试胀,只要按已制定的胀接工艺执行即可。

液袋式液压胀接技术在制造换热器实践中的应用

发布时间:2009-05-21

吉永

泸天化弘旭公司设备制造处 摘要：介绍了近几年来发展较快的换热器管子与管板连接的液压胀接技术,重点说明了影响胀接 接头连接性能的几个相关因素及胀接压力的计算。

关键词：液压胀接 YZJ-350D液袋式液压胀管机 胀接压力计算 胀接接头 连接性能 胀接压力 连接强度 泄漏压力 密封能力 运行温度

换热器是石油化工装置中最为常见的设备, 每台换热器都有数百乃至数千个换热管与管板连接接头。目前换热管与管板的连接方法主要有:胀接、焊接、胀焊并用等几种情况,机械胀接是国内、外目前最为常用的方法。该方法除了具有劳动强度高和工作效率低等缺点外,还难以对管板厚度超过100mm以上的换热器实行全厚度胀接。而现代化工装置都在高参数下运行,换热器的管板厚度越来越厚,管板厚度超过300mm的换热器已不鲜见,用传统的机械胀接技术已无法对这种厚管板换热器进行全厚度胀接,使得换热管和管板之间的间隙难以消除,留下间隙腐蚀的隐患。

液压胀接是近几年来发展较快的换热器管子与管板的连接方法,该方法利用液体压力作用于换热管内表面,使之产生大的塑性变形并与管板孔接触,依靠卸除压力后的残余应力使管子与管板达到紧密连

接,其连接质量的好坏直接影响到生产的安全可靠。它包括两种方法:一种是“O”形环法,这种方法以“O”形环作为密封元件,对管子内壁的尺寸精度和粗糙度要求较高;另一种即为液袋式液压胀接技术,应用该技术,可对各种规格、各种材料的换热管进行可靠的全程胀接,特别适用于对厚管板换热器、大口径管的胀接。

我公司使用的YZJ-350D液袋式液压胀管机,是换热器及锅炉制造、维修过程中连接管子与管板的专用胀接设备,其最高胀管压力为 350MPa,已成功应用于多台热交换设备换热管与管板胀接的生产实践中。

1 液袋式液压胀管机特点及工作原理 1.1 液袋式液压胀管技术特点 ①劳动强度低,生产效率高; ②胀接质量均匀可靠; ③胀管介质对接头无污染; ④胀后管子残余应力低; ⑤对换热管的尺寸精度要求低;

⑥可对任意管板厚度的换热器进行全程胀接; ⑦不易形成过胀;

⑧换热管机械损伤小,不产生轴向伸长。 该技术与“O”形环胀接技术的最大差别在于:液袋式液压胀接技术对换热管的尺寸精度要 求不高,胀接过程对换热管内表面无污染,是一种符合我国国情的新型胀接技术。

1.2 液袋式液压胀管机的工作原理

液袋式液压胀管技术利用增压原理,产生足以使换热管产生塑性变形的超高压胀管压力,该压力通过弹性液袋作用于换热管内壁,使换热管发生塑性变形,与管板产生过盈而胀接于管板孔内。 利用液袋封闭胀管介质,可防止胀接过程中 胀管介质对接头的污染,有利于避免焊接缺陷。 由于国产换热管的内径尺寸偏差较大,胀头的外径尺寸可以在工作现场根据管子的孔径通过磨削加工进行调整。

胀接加工过程极其简单,管子与管板进行组装完毕后,将胀头插入管孔中,按下胀接按钮,胀管机即可自动根据设定的胀接压力完成胀接的加压、保压、卸压等工作过程。由于这种胀接过程对胀接接头无污染,一般胀后对管口不必进行清洗就可直接焊接。 2 液压胀管胀接压力的计算公式

经生产实践和查阅相关资料,液压胀管胀接 压力的计算公式如下:

3 液压胀管在应用中的几个问题

3.1 液压胀接接头胀后连接性能的考核指标 胀接接头胀后连接性能可分为连接强度和泄漏压力2个指标。

接头的连接强度通常用拉脱应力q来定量表征,含义为单位胀接接触面积上接头所能提供的轴向力,可表达为:

经过多次的拉脱力试验,可以发现:管板孔内壁粗糙度、管板孔与换热管之间硬度差、管板孔与换热管之间的间隙、胀接压力等因素对接头的连接强度均有影响,其中胀接压力的大小对接头的连接强度影响显著,接头的拉脱力q随胀接压力 P的变化见图1。

3.3 胀接接头泄漏压力与胀接压力的关系经渗透试验可以看出,接头的残余接触压力沿管子轴线方向是不均匀的,接头连接的两端接触压力比较高,形成重要的密封带。接头泄漏压力PL与胀接压力P之间的关系见图2,从图2说明:液压胀接压力能显著提高接头的密封能力。

3.4 运行温度对胀接接头连接性能的影响 。经查阅相关资料表明(以10#换热管,16Mn 锻件管板为例):

接头的连接强度q随温度升高先增加后减小,400℃时的连接强度比室温时的连接强度降低约15%。接头的泄漏压力PL有相同的变

化规律,400℃时的泄漏压力比室温时降低约20%。 其原因是:管子(10#钢)比管板材料(16Mn锻件) 的热膨胀系数高,在室温时二者差2.97× 10-6/℃;随着温度升高,差别逐渐减小,到400℃ 时降为0.22×10-6/℃。但与此同时材料的屈服强度降低,因此接头连接强度和密封能力有上述规律。若经过第1个升温、降温循环回复到室温后,接头连接强度和密封能力比胀接结束后都有所降低;接头经过第2个、第3个循环后连接性能基本不变。 运行温度对接头连接性能的影响见图3、图 4。

4 结束语

在GB151—1999《管壳式换热器》中规定,管壳式换热器强度胀接连接只适用于设计压力小于或等于4MPa,设计温度小于或等于300℃的场合。但经计算表明只要注意管子与管板材料的匹配和选择合适的胀接压力,接头的连接性能仍然能够得到保证,相关资料介绍也有胀接用于高于 300℃运行环境的情况。

液压胀接压力能够显著提高接头的连接性能,同机械胀接相比,液压胀接的成型规律有所不同,其不易形成过胀,因此在实际应用时可适当增加液压胀接压力。

在GB151—1999《管壳式换热器》中规定,管壳式换热器强度胀接连接只适用于设计压力小于或等于4MPa,设计温度小于或等于300℃的场合。但经计算表明只要注意管子与管板材料的匹配和选择合适的胀接压力,接头的连接性能仍然能够得到保证,相关资料介绍也有胀接用于高于 300℃运行环境的情况。

液压胀接压力能够显著提高接头的连接性能,同机械胀接相比,液压胀接的成型规律有所不同,其不易形成过胀,因此在实际应用时可适当增加液压胀接压力。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/z51w.html