对空调换热器管板连接焊胀施工的探讨

摘要：管子与管板连接头的连接是换热器制造的关键工序，有强度胀接、强度焊和胀焊结合三种连接方法，但经常采用管子与管板胀焊结合的连接方法。但具体是先焊后胀还是先胀后焊，由于各有优缺点一直没有定论。本文从先焊后胀的角度探讨空调换热器管子与管板连接头的连接施工。

关键词：空调换热器管板连接焊胀施工过程分析需注意问题

空调换热器管子与管板的连接可分为焊接、胀接以及焊胀结合三种形式。焊接比较普遍,也比较成熟,但由于目前大量使用高强度钢和复合材料,且工作条件苛刻,使得焊接连接出现了如应力腐蚀等各种问题，而胀接也存在一定的缺陷。目前使用较为广泛的是焊胀结合的接头结构,它具有强度高、密封性好、抗疲劳及耐腐蚀等优点。下面就对焊胀结合连接方法进行探讨。

1、焊胀结构的特点

(1)强度焊+胀接是靠焊缝来承受拉脱力的。为了使焊缝不受胀接的影响，减少焊缝的内应力，在靠近焊缝处留有10毫米不胀区。

(2)在厚度≥65毫米的同一管板上采用不同的胀接值。如靠近换热管与管板焊缝处可采用的胀接值为≥3%t，而靠近壳程侧为7～10%t。这样既消除了管子与管板的间隙，减少由于管子受力而振动，从而保护了焊口，又能较有效的阻止壳程介质渗入到间隙中产生腐蚀。另外靠近焊口一段胀接率小又对焊口有利。

(3)焊胀结构本身规定了胀接方向只能是从管程侧向里胀，这样对保护焊口有利。

当然，此结构中，强度焊已有足够的连接强度，而胀接也能承受部分拉脱力(当胀长25毫米，胀接率为7 ～10%时拉脱力为1.6～2吨)。

总之，这种焊接结构用于高温、高压或有腐蚀介质的场合是比较理想的。

2、管板连接焊胀的过程分析

在制造过程中,一台空冷器管束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。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、管板连接焊胀施工中需要注意的几个问题

3.1 焊接方法的选择

管子与管板的焊接较常用的方法有手工电弧焊、手工钨极氩弧焊和全位置自动脉冲氩弧焊等。焊接方法的选择应以焊接方法对管子管板焊接质量的影响为前提进行。目前来看，手工钨极氩弧焊以其应用普及，并且具有焊后焊道光洁美观、成形好，飞溅极少，焊后无须专人进行清理，而且这种方法的热输人量较小，焊后管口收缩量通常小于3%，最大缩孔量不会超过8%，对焊后胀管基本没有影响等诸多优势，成为管板焊胀施工的首选方法。

3.2 焊前清理及气体保护

换热器管子与管板采用氢弧焊时，焊前的清理工作至关重要。施焊过程中发现，一旦管子管板坡口内有锈蚀、油污、水分或其他脏物存在，就极易形成皮下气孔。大多数的皮下气孔，在施焊第二层时，仍然会暴露出来。此时由于焊缝金属已有了一定厚度，给修补带来一定难度。氢弧焊的保护气体流量，是焊接规范中的重要参数之一。保护气体流量过小、会使电弧失稳，易混人空气破坏保护效果，使焊缝表面发黑或没有金属光泽。有时还会促使钨极烧损，影响焊接正常进行。

保护气流量过大时，由于气体压力冲击的反弹作用，使保护气流紊乱，保护气不能形成层流，达不到良好的保护效果。适宜的保护气流量，应根据喷嘴直径，在6一SL/min之间选取。

3.3 胀焊顺序

换热器管子与管板的联接采用胀焊并用结构时，胀焊的顺序对焊接质量的影响较大。经验证明，先胀后焊时，由于距坡口15mm处已处于封闭状态，这段空间中的脏物和气体受热后急剧膨胀，又没有畅通的排出渠道，所以当气体压力高至一定限度，就会在熔池产生爆炸性的排气现象。这种现象有时会在焊接第二层时产生，使焊缝形成贯穿性气孔。有的因压力不足，残留在焊缝内部产生皮下气孔。爆炸时熔池金属飞溅，还常造成钨极烧损，影响施焊。相反，采用先焊后胀时，上述现象出现的机率极少。经试验，前者比后者出现气孔的机率要大40～60倍。

此外，经测定先胀后焊的管子，焊后应力分布较复杂，而在焊后胀时，焊缝应力较平稳。由此可见，无论从减少焊缝气孔，还是焊接接头应力状况来考虑，胀焊并用结构的管子与管板焊接，都应采用先焊后胀的顺序施焊，以保证换热器的总体质量和长期安全使用。

4、结语

胀焊结合的结构在什么条件下，采用先焊后胀或先胀后焊，目前还无统一只规定，但一般都趋向于先焊后胀为宜。在此基础上，可以具体情况为依据，遵循下列条件选择最为合理的方法：(1)使用机械胀管法作为胀管手段，先焊后胀工艺一般优于先胀后焊工艺；(2)使用橡胶胀管法作为胀管手段，先胀后焊工艺可以顺利进行效果好，优于先焊后胀工艺；(3)根据胀接与焊接先后次序选择的主要原则，合理地选择胀焊工艺，可以获得优良的胀焊结构的管子与管板连接接头。

参考文献

[1]段成红,钱才富.《先胀后焊过程中接头残余接触压力的变化》[J].压力容器,2006(7).

[2]杨凤明.《空冷器管束换热管与管板胀焊并用连接的制造工艺探讨》[J].应用能源技术, 2010(7).