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换热管与管板连接:先胀后焊和先焊后胀

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在热交换器等设备的制造过程中,“先胀后焊” 和 “先焊后胀” 是两种不同的加工顺序,它们存在以下区别:

一、加工顺序及原理

  1. 先胀后焊
  2. 首先进行胀接。胀接是利用胀管器使管子产生塑性变形,同时管板孔壁产生弹性变形,将管子与管板紧密连接在一起。胀接后管子与管板之间有较好的贴合度。然后再进行焊接,通过焊接进一步加强管子和管板之间的连接强度,同时可以密封胀接后可能存在的微小缝隙。
  3. 先焊后胀
  4. 先将管子和管板进行焊接,形成牢固的连接。焊接主要是通过熔合金属来实现连接,能提供较高的强度。之后再进行胀接,胀接的目的是为了消除焊接过程中可能产生的应力集中,同时进一步增强管子和管板之间的密封性,使管子和管板的连接更加紧密。

二、连接质量方面

  1. 密封性
  2. 先胀后焊:胀接过程可以预先填补管子和管板之间的间隙,减少焊接时产生气孔等缺陷的可能性,对提高密封性有一定帮助。不过,如果胀接后表面有油污等杂质没有清理干净,可能会影响焊接质量,进而影响密封性。
    先焊后胀:焊接后的胀接能够对焊接部位进行一定程度的校形,使管子和管板的贴合更加紧密,有效消除焊接热影响区可能产生的微小裂纹等缺陷,增强密封性。但如果焊接质量差,出现严重的焊接缺陷,胀接可能无法完全弥补这些缺陷对密封性的影响。
  3. 连接强度
  4. 先胀后焊:胀接可以使管子和管板之间有一定的预紧力,在焊接时能更好地保证管子和管板的相对位置,使焊接应力分布更加均匀,有助于提高连接强度。而且胀接后的贴合面为焊接提供了良好的基础,使焊接熔池能够更好地填充,增强焊缝质量,从而提高整体连接强度。
    先焊后胀:焊接本身提供了较高的连接强度,将管子和管板牢固地连接在一起。胀接在焊接后进行,主要是对焊接连接进行补充强化,进一步提高连接强度。但是,如果胀接操作不当,可能会对焊接部位产生损伤,例如过度胀接可能会导致焊缝开裂,降低连接强度。

三、应力分布情况

  1. 先胀后焊
  2. 胀接过程会产生一定的残余应力,焊接时,由于热输入,会在已胀接的部位产生新的热应力。这两种应力相互叠加,如果控制不好,可能会导致较大的残余应力集中,对设备的长期使用性能产生不利影响,如引起疲劳裂纹等。
  3. 先焊后胀
  4. 焊接产生的热应力主要集中在焊缝及其热影响区。胀接过程可以在一定程度上对焊接应力进行释放和重新分布,使管子和管板连接部位的应力分布更加均匀,有利于减少应力集中,提高设备的抗疲劳性能。

四、适用范围

  1. 先胀后焊
  2. 适用于对密封性要求极高,且管子和管板材料的焊接性能较好的情况。例如一些小型的高精度热交换器,在胀接能够保证良好贴合的基础上,通过焊接进一步确保密封性和连接强度。
  3. 先焊后胀
  4. 适用于承受较大压力和振动载荷的设备。通过先焊接保证基本的连接强度,再利用胀接来优化应力分布和提高密封性,如大型的化工装置中的热交换设备,能够在复杂的工况下保证可靠的运行。


来源:压力容器工程师

振动疲劳焊接裂纹材料控制
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首次发布时间:2024-11-29
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君雔
本科 | 高级工程师 压力容器工程师
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GB/T151-2014热交换器制造、检验与验收——换热管与管板的连接

胀接连接胀接不应超出管板背面(壳程侧),换热管的胀接与非胀接部位应圆滑过渡,不应有急剧的棱角。对强度胀接接头,胀前应进行胀接工艺试验,确定合适的胀度。采用先胀后焊工艺时,不得采用影响焊接质量的润滑剂。对有冷作硬化倾向和有耐应力腐蚀要求的换热管,宜采取柔性胀接方法。焊接连接焊接接头的焊脚尺寸应符合设计文件的规定。焊缝表面的焊渣及凸出于换热管内壁的焊瘤均应清除。有缺陷的焊缝,应清除缺陷后焊补。对强度焊接及内孔焊的焊缝,焊接前应按NB/T47014进行焊接工艺评定。胀焊并用内孔焊强度胀接:适用范围:设计压力小于或等于4.0MPa;设计温度小于或等于300℃;操作中无振动,无过大的温度波动及无明显的应力腐蚀倾向。材料硬度要求:换热管材料的硬度应低于管板的硬度。若不满足,除换热管材料为不锈钢或有应力腐蚀场合外,可采用管端局部退火的方式来降低换热管材料的硬度。管孔要求:当换热管与管板胀接连接时,管孔表面粗糙度值不大于μm(标准中有具体数值要求),且管孔表面不得有影响胀接紧密性的缺陷,如贯通的纵向或螺旋状刻痕等。胀接长度:强度胀接的最小胀接长度应取管板的名义厚度减去3mm或50mm二者的最小值。胀接工艺:胀接可采用机械胀或液压胀,正式胀接前应进行试胀。试胀的试样不少于5个,胀后进行耐压试验,检查胀口的严密性。试胀时需检查胀口部分是否有裂纹、胀接过渡部分是否有突变、喇叭口根部与管壁的结合是否良好等。胀接过程中应控制胀管率,以保证胀紧度。强度焊接:适用范围:可用于GB/T151规定的设计压力,但不适用于有较大振动、有缝隙腐蚀倾向的场合。焊接要求:换热管与管板的强度焊焊接接头,施焊前应按有关规定作焊接工艺评定。焊接应由持有相应项目资格的焊工严格按产品焊接工艺规程执行。焊缝质量:焊缝应平整圆滑、收弧处无凹陷、表面无气孔、夹渣和裂纹。换热管端部应光滑、无塌陷,管孔内表面不得留有凸出的焊肉、焊渣等杂物。胀焊并用:适用范围:振动或循环载荷时;存在缝隙腐蚀倾向时;采用复合管板时。连接顺序及要求:胀焊并用又分为先焊后胀与先胀后焊。先焊后胀可保证焊接质量,后胀能避免因焊接高温影响使已胀接部位发生松弛;先胀后焊需注意焊前的清洗工作,避免因管端及坡口处的杂物影响焊接质量。采用先胀后焊的制造工艺时,规定不胀部分也应胀至坡口根部。当技术文件未作规定时,换热管与管板的连接一般应采用强度焊+贴胀形式,强度焊接应采用开坡口的焊缝结构形式。来源:压力容器工程师

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