换热器管子与管板胀焊制造工艺分析

[摘 要]换热器管子与管板的连接处，常常是最容易渗漏的部位。管子与管板连接接头设计得合理与否以及制造质量好坏，都会直接影响到热交换器的使用性能及寿命，有时甚至涉及整个装置的运行 因此，管子与管板连接头的连接是整个换热器制造过程的关键工序。在换热器的制造过程中.有胀接、焊接和胀焊结台三种连接方法，但经常采用管子与管板胀焊结合的连接方法，目的在于综合利用胀接和焊接各自的优点，谋求获得耐高温高压、承受动载荷和耐腐蚀的换热器。本文分析了换热器管子与管板胀焊接头的加工，是先焊后胀还是先胀后焊的好，至今仍有争论。详细分析比较了两种连接加工方法，各自的优缺点及应用情况，提出了胀接与焊接先后次序应遵循的主要原则。为实际生产选择合理的制造工艺，保证管子与管板连接接头的质量提供参考。

[关键词]换热器管子；管板；胀焊工艺

中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0059-01

随着现代工业的发展，在制冷设备及换热设备中，为了保证管子与管板的密封性能及连接强度，常采用胀接、钎焊及焊接等方法。钎焊具有高的强度和密封性，但因辅助的加热设备比较困难.因此大部分设备都采用胀接和焊接结构。但实际中设备的使用环境不同，导致对管子与管板的要求不同，这就给生产制造带来一定的困难。

一、胀焊结合重要性分析

要理解胀焊结合的重要性，先来看看胀接和焊接的优劣性。

1.胀接是在外力作用下使换热管两个管头和管板产生塑性变形，消除了换热管外壁与管板孔之间的间隙，从而达到密封紧固的目的。

2.焊接列管式换热器中普遍采用的一种连接方式，适用于抗拉脱力大、管板厚度小、换热温度高以及密封要求高的场合，适用范围非常广泛。但是，由于换热管与管板管孔之间的间隙要求相对较大，所以容易产生间隙腐蚀，在焊接接头的热应力可能造成应力腐蚀。再者，由于孔距的关系可能影响相邻接头的焊接品质。

3.胀焊结合。胀焊结合正是选用了这两者之间的优点，既能得到良好的密封性能可以有效防止间隙腐蚀又具有较大的抗拉脱力。目前对介质腐蚀性较大的列管式换热管通常采用“贴胀+强度焊”的形式，而在重要或使用条件苛刻的换热器则要求采用“强度胀+密封焊”的形式。胀焊结合接头，按照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。

二、先焊后胀工艺的应用

1.先焊后胀工艺的优点及应用。换热器制造厂历来多采用先焊后胀工艺，而较少采用先胀后焊工艺。究其原因是与使用机械胀接法作为最主要的胀管手段密切相关。因为在机械胀管过程中，存在着摩擦并产生大量的热必需用机油来和冷却，油液渗浸进入胀接接头的缝隙，要彻底清除干净十分困难。夹缝中油水等杂物的存在，焊接时易于形成气体，而这些气体来不及逸出便存在于焊缝中。另一方面胀管区又往往堵塞了排气通道，增加了焊缝中生成气孔的可能性。采用先焊后胀工艺则可以避免上述不利因素，特别是对于钛材和某些有色金属，要求焊接的基本条件十分严格，不允许油水和铁离子污染，选择先焊后胀工艺更易保证焊缝质量。

2.先焊后胀工艺的缺点。第一，机械胀接法存在着固有的缺点，各管之间长度不一，连接强度和紧密性不均；胀管接口的内表面产生硬化现象，给重复补胀带来困难；管与管板材料的胀接的相容性有一定的限制，如：钛管与碳钢的胀接、铝管与碳钢的胀接等均受到了限制；劳动生产率低，而且小管径或厚壁管的胀接较困难等。第二，管口环形焊道不均匀，由于管子与管板之间存在着0.2-0.5mm的装配间隙，而且总是偏心配置，加上管子与管板孔的加工偏差，造成每一个管口的环形焊道不均匀。对于薄壁管很容易焊穿。第三，管子伸长损伤焊缝，机械胀管使管壁减薄，管子伸长，对焊缝损伤。焊接时在管口处形成焊瘤，管口收缩和变形给以后的胀管作业带来困难。为了使管接头顺畅地进入管孔中，则有必要对管口焊接提出较高的要求。

三、先胀后焊工艺的应用

1.先胀后焊工艺的优点及应用。第一，强度胀加密封焊时，由于密封焊仅能起辅止漏作用，而先胀后焊则可以在焊接前进行胀接后的强度试验（水压试验），因而保证了胀接连接的可靠性。第二，先胀后焊使管子与管板的连接可以避免产生焊接裂纹。特别是在管子、管板材料差异较大的情况下，采用先胀后焊的方法亦可较好地保证其焊接质量。第三，小管径采用胀后焊接可以提高其连接接头的抗疲劳性能。焊接在胀管后进行，避免了胀接力对焊缝破坏的可能性，可以实现管板厚度内的全程胀管，有效地利用了管板的设计厚度。

2.先胀后焊工艺的缺点。先胀后焊时，由于胀接时的油难于用经济的方法进行清洗，焊接时易于形成气体，而这些气体来不及逸出便存在于焊缝中，特别是进行氩弧焊的密封焊时，收弧封口处往往出现气孔，影响焊缝质量，因此一般应避免采用有机剂，而用二硫化钼加水等无机剂。随着橡胶胀管新技术的应用，先胀后焊工艺的应用亦日趋广泛。橡胶胀管新技术是一种以液压为动力，以橡胶为胀管媒介体的胀管工具。利用此工具，先胀后焊可以顺利进行，不必使用任何剂，不存在油污染和铁离子污染，能保持接头的清洁和干燥，胀接后可立即进行管口的焊接作业。橡胶胀管压力在400MPa以下可随意调节，即可用于强度胀也可用胀接，尤其适用于定位胀。接头连接的松紧程度很容易通过调节胀管压力来控制。因此，焊接过程中生成的气体可以通过接头的空隙释放。另外，胀管后管子扩大与管板孔相贴合，管孔变得很圆整，管子与管板孔同心，原有装配间隙基本消除，给焊接创造了十分良好的条件，同时，管口扩大，让胀管容易插入管孔中，亦便于焊后的胀管。

四、胀接与焊接先后次序选择的原则

1.先胀后焊或先焊后胀，对于焊接部分：有密封焊与强度焊两种焊接形式的区别；对于胀接部分，有强度胀接与贴胀的区别。如胀接与密封焊结合的结构，是以胀接承受作用力，而密封焊则保证密封性。密封焊的高度一般为1-2mm，这样不会影响强度，但在焊接时一定要清理接头处的油污。强度焊与胀接（贴胀）结合的结构，是以焊接承受力，而贴胀的目的只是消除管子与管板之间的间隙，如图1所示，以防止缝隙受到有腐蚀性介质的侵蚀。

2.焊后胀接及贴胀：焊后胀接及贴胀一般适用于压力较高的换热器设备上，该焊接部分为加强密封焊，焊接腰高采用2.8mm，胀接部分承受作用力，当胀接失效时，加强密封焊可起到承受作用力的作用，贴胀部分为消除缝隙腐蚀。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。可以遵循下列条件选择。第一，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。第二，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。第三，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。

在换热器管子与管板的多种连接方式中，必将随着科学的发展和技术的进步还会有更多的改进和创新，正确的使用和不断的总结这些制造技术，才能不断提高设备的制造质量，使制造技术在经济建设中发挥更大的社会效益和经济效益。

参考文献

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