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换热管与管板几种焊接结构比较

时间:2019-05-06

无论是在强度焊,还是在密封焊中,换热管与管板的焊缝都起到了隔离管、壳程介质的作用。此焊缝承受的载荷包括温度、压差、流体的冲蚀等引起的机械、热力载荷,及介质的腐蚀性。

目前,换热管与管板的焊接结构可分为正面、背面形成焊缝两类。选择哪种结构,需要看具体的使用条件,即是否存在间隙腐蚀(换热管与管板管孔的间隙),以及换热管和管板的材料的加工机械性能,焊接冶金性能,并结合加工装备和技术能力综合考虑。

 一 管板正面形成焊缝

与背面焊相比,正面焊加工和焊接引对简便,但无论是胀还是不胀,正面焊焊后都有焊缝根部的应力集中问题,并且换热管与管板管孔间隙无法完全消除,存在间隙腐蚀的条件。

 

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GB/T1516.6.2.2 图6-19

 


GB/T151附录H 图H.1

 

如上面两个截图所示,“正面形成焊缝”又可以分为:

1. 正面角焊缝式

见GB/T151 6.6.2.2中的图6-19,这是最常用的形式。

换热管管端伸出管板,可形成各种焊脚高度尺寸的焊缝。这个焊脚尺寸需要强度校核的,这种型式便于计算不过时调整。

这种结构手工焊和自动焊均可。多道焊时,在完成打底焊后可进行目测检查和PT,以控制根部焊缝质量。

另外,这种结构在制造时可预先将管端伸出管板足够长,待焊接完成后,可对整个管板的管口端部进行机械加工,使所有管口端面在同一水平面上。对于生产工艺上要求管内壁形成均匀液膜立式安装的换热器、冷凝器,可采用这种结构。

不过,这种角焊缝的缺点在于,由于管端突出,比起入口圆滑的换热管与管板平齐、换热管端下沉的结构,它会产生较大的入口断面收缩率(参考文献如此,个人不太理解),在管口可能存在介质冲蚀。

2. 平齐式

见GB/T151 附录H图H.1 a)

平齐式结构,加工成本是最低的,手工焊和自动焊均可。

这种形式通常用于换热管较薄的设备,在薄壁不锈钢和钛管冷凝器,Inconel合金(镍基合金的一种)管蒸汽发生器、蒸发器和其他低压换热器应用的较多。

3. 管板正面开槽式

见GB/T151 附录H图H.1 b)

管板正面开槽通常是焊前开槽,而焊后开槽加工难度大,只有在可能发生焊接热疲劳导致结构失效的情况才会考虑。

焊前开槽可改善焊接时的散热,有效降低焊接拘束应力??山饩龅既刃粤己玫牟牧?,如铝或铜等,换热管和管板接头容易产生未熔合、未熔透、夹渣等缺陷的问题。

对于复合管板,应注意开槽时覆层中存在的熔渣或气孔等问题。

4. 管端下沉式

见GB/T151 附录H图H.1 c)、d)、e),

这种结构,管口端部低于管板正面,适用于薄壁换热管。与平齐式相比,焊接质量较容易控制,管孔加工和焊缝返修都容易进行。而这种结构的优点在于,管口处可形成圆滑入口,最低限度减少冲蚀。

二 管板背面形成焊缝(内孔焊)

与正面焊相比,背面焊的管端和管孔加工较为复杂,且对组装要求相当高,焊接困难,结构上的可焊性差。而背面焊的优点在于,彻底消除了产生间隙腐蚀的可能性,是防止间隙腐蚀最为有效的结构。

 


GB/T151图6-22

上图中a)结构为对接式深内孔焊,焊后可进行涡流探伤和射线探伤,焊缝质量可控。另外,这种结构与正面焊相比,换热管相对较短、管孔相对较小,且换热管与管孔间不存在间隙。并且因为有个小凸台,增加了

焊接接头的柔性,焊缝能承受更大的交变温度变化,并且接头在焊后无应力集中。

但这种结构焊接较为困难,并只能“盲焊”,焊完一根,探伤一根,试压查漏一根,而且凸台的加工也较为困难。所以,制造周期长,加工成本高,这种结构只用于对泄漏要求极其严格的特殊场合。

上图中b)为开槽结构,其特点参考正面开槽式。

而c)、d)的加工、组装、焊接都较为困难,很少采用,具体的评述可参考文献。


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