GBl5l—l999標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，強(qiáng)度脹接適用于設(shè)計(jì)壓力~<4MPa、設(shè)計(jì)溫度≤300℃、無劇烈振動(dòng)、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(dòng)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(dòng)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(dòng)對(duì)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(duì)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(duì)脹接的影響，15ram的未脹管段與管板孔之間存在一個(gè)間隙(見圖1)。在焊接時(shí)，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(shí)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(shí)對(duì)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(duì)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(shí)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(dòng)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(shí)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(shí)，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(jì)制造上必須符合較為嚴(yán)格的要求。只有這樣對(duì)于常規(guī)設(shè)計(jì)的“貼脹+強(qiáng)度焊”可采用先脹后焊的方式，而對(duì)特殊設(shè)計(jì)的“強(qiáng)度脹+強(qiáng)度焊”則可采用先貼脹，再強(qiáng)度焊，最后強(qiáng)度脹的方法。
2先焊后脹
在制造過程中，一臺(tái)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(shí)，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(shí)，上端15mm的未脹管段將可以減輕脹接變形對(duì)焊接的影響。當(dāng)間隙較大時(shí)，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(duì)焊接接頭產(chǎn)生損傷，甚至造成焊口脫焊。所以對(duì)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(shí)，管子拉斷了，焊口將不會(huì)拉脫。然而焊口承受切向剪力的能力相對(duì)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(duì)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(shí)要求每臺(tái)換熱器所使用的換熱管在冷拔加工時(shí)應(yīng)采用同一坯料(爐批次)的原料，并在同一臺(tái)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(shí)，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(shí)將會(huì)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(duì)采用液袋式脹頭時(shí)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(duì)于裝置中關(guān)鍵的換熱器，盡量采用高級(jí)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(jí)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(duì)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(duì)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(shí)可以先理論計(jì)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******層焊道起弧點(diǎn)15。，以消除******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(jì)為“貼脹+強(qiáng)度焊”時(shí)，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(shí)，應(yīng)先貼脹，再焊接，以免脹接時(shí)影響焊縫質(zhì)量。圖紙?jiān)O(shè)計(jì)為“強(qiáng)度脹+密封焊”時(shí)，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(duì)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。
