GBl5l—l999標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，強(qiáng)度脹接適用于設(shè)計壓力~<4MPa、設(shè)計溫度≤300℃、無劇烈振動、無過大溫度變化及無應(yīng)力腐蝕的場合；強(qiáng)度焊接適用于振動較小和無間隙腐蝕的場合；脹、焊并用適用于密封性能較高、承受振動或疲勞載荷、有間隙腐蝕、采用復(fù)合管板的場合。由此可見，單純脹接或強(qiáng)度焊接的連接方式使用條件是有限制的。脹、焊并用結(jié)構(gòu)由于能有效地阻尼管束振動對焊口的損傷，避免間隙腐蝕，并且有比單純脹接或強(qiáng)度焊具有更高的強(qiáng)度和密封性，因而得到廣泛采用。目前對常規(guī)的換熱管通常采用“貼脹+強(qiáng)度焊”的模式；而重要的或使用條件苛刻的換熱器則要求采用“強(qiáng)度脹+密封焊”的模式。脹、焊并用結(jié)構(gòu)按脹接與焊接在工序中的先后次序可分為先脹后焊和先焊后脹兩種。
1先脹后焊
管子與管板脹接后，在管端應(yīng)留有15ram長的未脹管腔，以避免脹接應(yīng)力與焊接應(yīng)力的迭加，減少焊接應(yīng)力對脹接的影響，15ram的未脹管段與管板孔之間存在一個間隙(見圖1)。在焊接時，由于高溫熔化金屬的影響，間隙內(nèi)氣體被加熱而急劇膨脹。據(jù)國外資料介紹，間隙腔內(nèi)壓力在焊接收口時可達(dá)到200～300MPa的超高壓狀態(tài)。間隙腔的高溫高壓氣體在外泄時對強(qiáng)度脹的密封性能造成致命的損傷，且焊縫收口處亦將留下肉眼難以覺察的針孔。目前通常采用的機(jī)械脹接，由于對焊接裂紋、氣孔等敏感性很強(qiáng)的潤滑油滲透進(jìn)入了這些間隙，焊接時產(chǎn)生缺陷的現(xiàn)象就更加嚴(yán)重。這些滲透進(jìn)入間隙的油污很難清除干凈，所以采用先脹后焊工藝，不宜采用機(jī)械脹的方式。由于貼脹是不耐壓的，但可以消除管子與管板管孔的間隙，所以能有效的阻尼管束振動到管口的焊接部位。但是采用常規(guī)手工或機(jī)械控制的機(jī)械脹接無法達(dá)到均勻的貼脹要求，而采用由電腦控制脹接壓力的液袋式脹管機(jī)脹接時可方便、均勻地實(shí)現(xiàn)貼脹要求。采用液袋式脹管機(jī)脹接時，為了使脹接結(jié)果達(dá)到理想效果，脹接前管子與管板孔的尺寸配合在設(shè)計制造上必須符合較為嚴(yán)格的要求。只有這樣對于常規(guī)設(shè)計的“貼脹+強(qiáng)度焊”可采用先脹后焊的方式，而對特殊設(shè)計的“強(qiáng)度脹+強(qiáng)度焊”則可采用先貼脹，再強(qiáng)度焊，******強(qiáng)度脹的方法。
2先焊后脹
在制造過程中，一臺換熱器中有相當(dāng)數(shù)量的換熱管，其外徑與管板管孔孔徑之間存在著較大的間隙，且每根換熱管其外徑與管板管孔間隙沿軸向是不均勻的(見圖2)。當(dāng)焊接完成后脹接時，管子中心線必須與管板管孔中心線相重合。當(dāng)間隙很小時，上端15mm的未脹管段將可以減輕脹接變形對焊接的影響。當(dāng)間隙較大時，由于管子的剛性較大，過大的脹接變形將越過15mm未脹區(qū)的緩沖而對焊接接頭產(chǎn)生損傷，甚至造成焊口脫焊。所以對于先焊后脹工藝，控制管子與管板孔的精度及其配合為首要的問題。當(dāng)管子與管板腔的間隙小到一定值后，脹接過程將不至于損傷到焊接接頭的質(zhì)量。有關(guān)資料顯示，管口的焊接接頭承受軸向力的能力是相當(dāng)大的，即使是密封焊，焊接接頭在做靜態(tài)拉脫試驗(yàn)時，管子拉斷了，焊口將不會拉脫。然而焊口承受切向剪力的能力相對較差，所以強(qiáng)度焊后，由于控制達(dá)不到要求，可能造成過脹失效或脹接對焊接接頭的損傷。
3合理的制造工藝
3.1管子與管孔的公差控制
(1)換熱管在采購換熱管時要求每臺換熱器所使用的換熱管在冷拔加工時應(yīng)采用同一坯料(爐批次)的原料，并在同一臺經(jīng)校驗(yàn)試驗(yàn)合格的拉管機(jī)上生產(chǎn)，這樣才能保證每根換熱管具有相同的材質(zhì)、規(guī)格與精度。換熱管外徑的均勻一致能保證管子與管板管孔的間隙，內(nèi)徑的均勻一致能保證與液袋式脹管機(jī)脹頭的匹配性，從而延長脹頭的使用壽命。一般管子與管板管孑L間隙要求控制在(O.3±O.05)mm范圍內(nèi)，而液袋式脹管機(jī)脹頭外徑與管子內(nèi)徑的公差也應(yīng)控制在(O.3±0.05)ram范圍內(nèi)。
(2)管板
為使換熱器管板管孔與管子外徑在同一公差范圍內(nèi)，首先必須根據(jù)到貨換熱管外徑的實(shí)際精度尺寸決定管板管孔的加工精度，如上所述，管板管孔與已到貨換熱管實(shí)際均勻外徑間隙仍應(yīng)控制在(O.3±0.05)EITI范圍內(nèi)。
3.2換熱管與管板的加工及驗(yàn)收
(1)換熱管
①按要求采購進(jìn)廠的換熱管人庫前應(yīng)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)逐項(xiàng)驗(yàn)收，精確測量內(nèi)、外徑及其公差范圍。
②換熱管穿管前按實(shí)際測量殼程長度一次性切好換熱管，避免穿管后用腳向砂輪機(jī)修磨。當(dāng)采用砂輪機(jī)修磨時，砂輪磨粒易濺人管子與管板管孔的間隙中，硅酸鹽磨粒在焊接時將會產(chǎn)生夾渣，給焊接接頭造成隱患。
③換熱管穿管前脹接范圍內(nèi)管區(qū)應(yīng)進(jìn)行除銹處理，管端除去內(nèi)外毛刺，這對采用液袋式脹頭時尤為重要。
(2)管板
①管板應(yīng)是合格的鍛件，內(nèi)部材質(zhì)應(yīng)均勻，脹接面上無影響脹接質(zhì)量的缺陷。對于裝置中關(guān)鍵的換熱器，盡量采用高級別鍛件，鍛件除按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收后，應(yīng)做超聲波復(fù)查。
②管板與折流板上管孔加工必須保證同軸度。采用同一塊模板鉆孔，確保每根換熱管所通過的管板與折流板上的管孔在同一中心線上，否則將使穿管發(fā)生很大的困難。
③管板的鉆削加工粗糙度、管板的管橋?qū)挾染碐B151—1999 I級要求驗(yàn)收。
④管孔精度以自制的通規(guī)和止規(guī)來檢驗(yàn)，并作記錄。如要求鉆孔(25.4±0.05)mm，即選25.45mm為止規(guī)，25.3mm為通規(guī)，可以逐孔檢查，對于超差孔應(yīng)作出標(biāo)記，以便采取特殊措施予以彌補(bǔ)。
⑤如為強(qiáng)度脹，脹槽深度應(yīng)確保(O.5±O.05)InlTl范圍。對于液袋式脹接的方式，根據(jù)目前科研試驗(yàn)的結(jié)果，建議槽寬為8mm，槽間距為8mm，通常采用雙槽結(jié)構(gòu)。
⑥脹接前應(yīng)嚴(yán)格清潔管孔，除去槽邊毛刺，不允許有影響脹接緊密性的雜質(zhì)存在。
3.3管子與管板的連接
(1)脹接
推薦采用液袋式液壓脹接方式，以保證脹接緊密程度均勻一致。因?yàn)橐捍矫浌軝C(jī)其脹接壓力是由人工設(shè)定，電腦控制操作的，精度較高如+25×2.5的碳鋼換熱管其貼脹壓力通常為1 10—120MPa，強(qiáng)度脹壓力為170—180MPa。當(dāng)采用特殊規(guī)格換熱管時可以先理論計算，然后通過模擬試驗(yàn)，確認(rèn)其貼脹及強(qiáng)度脹的適宜液壓范圍，以保證脹接連接的可靠性。
(2)焊接
一般采用填絲氬弧焊。焊縫高度H確保不小于管壁厚度的1.4倍。采用雙層氬弧焊，且第二層焊道起弧處至少要偏離第一層焊道起弧點(diǎn)15。，以消除第一層焊道中特別是起弧和收弧點(diǎn)處可能產(chǎn)生的缺陷。
(3)連接方式
圖紙?jiān)O(shè)計為“貼脹+強(qiáng)度焊”時，可采用如下兩種方式：
①貼脹(盛水試漏)；強(qiáng)度焊(水壓試驗(yàn))。
②強(qiáng)度焊(壓力試驗(yàn))；貼脹(水壓試驗(yàn))。當(dāng)管板孔超標(biāo)時，應(yīng)先貼脹，再焊接，以免脹接時影響焊縫質(zhì)量。圖紙?jiān)O(shè)計為“強(qiáng)度脹+密封焊”時，建議采用如下方式：
貼脹(盛水試漏)；密封焊(壓力試驗(yàn))；強(qiáng)度脹(水壓試驗(yàn))。
4結(jié)語
國產(chǎn)換熱器由于基本材料、加工精度及加工工藝方法均未達(dá)到優(yōu)化組合，導(dǎo)致?lián)Q熱器使用壽命的相對降低。目前已大量使用的脹焊并用結(jié)構(gòu)的換熱器，結(jié)合我國的國情，通過一系列的質(zhì)量控制措施，完全可以制造出高質(zhì)量、壽命長、用戶滿意的換熱器。
