一种管壳式热交换器换热管与管板对接接头制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种管壳式热交换器换热管与管板对接接头制备工艺，包括如下步骤，S1.设定合理换热管和管板尺寸公差；S2.选用适于换热管与管板对接接头全位置全焊透的焊接方法和焊枪结构尺寸；S3.设计有利于组对和全焊透的坡口结构和尺寸；S4.管束组装；S5.换热管与管板对中、组对及焊接；S6.换热管与管板对接接头质量检测。本发明专利技术操作简单，组对质量高，焊接过程中影响换热管与管板对接接头质量的因素可控，焊接接头质量稳定可靠，合格率可达到100％。

A Fabrication Process of Butt Joint between Heat Exchanger Tube and Tube Plate in Shell-and-Tube Heat Exchanger

The invention discloses a manufacturing process of butt joint between heat exchanger tube and tube sheet of shell-and-tube heat exchanger, which includes the following steps: S1. Setting reasonable dimension tolerance of heat exchanger tube and tube sheet; S2. Selecting welding method and torch dimension suitable for all-position full penetration of butt joint between heat exchanger tube and tube sheet; S3. Designing groove structure and dimension conducive to group butt and full penetration; S4. tube bundle assembly; S5. Replacement. Heat pipe and tubesheet alignment, group alignment and welding; S6. Quality inspection of butt joint between heat pipe and tubesheet. The invention has the advantages of simple operation, high quality, controllable factors affecting the quality of butt joint between heat exchanger tube and tube sheet in welding process, stable and reliable quality of welded joint, and 100% qualified rate.

【技术实现步骤摘要】
一种管壳式热交换器换热管与管板对接接头制备工艺
本专利技术属于管壳式热交换器
，具体涉及一种管壳式热交换器换热管与管板对接接头制备工艺。
技术介绍
热交换器作为化工生产过程中换热的重要装置，广泛应用于化工过程中反应及热循环系统中。管壳式热交换器是由具有多个孔的管板与相应数量的换热管，通过每一个换热管与管板之间胀接、焊接连接而成，换热管与管板接头结构有两种形式，一种是换热管穿过比换热管外径大的管板孔，通过胀接或换热管伸出的一端管与管板焊接实现连接，另外一种结构是换热管与管板的一个平面相应孔进行对接连接，具体结构如图1和图2所示，换热管穿过管板与管板通过胀接或焊接方式实现连接，换热管与管板焊接接头是一种部分焊透焊接接头，焊缝尺寸小，换热管与管板孔内壁存在间隙，加工成本低、制造周期短，根部保护效果差，结构应力集中大，容易造成间隙腐蚀、根部开裂、接头抗震和疲劳性能差的问题；但由于化工反应过程的很多情况下因为腐蚀原因要求避免在管子与管板之间设计出间隙，即管子与管板焊接接头被要求作为一种无间隙的全焊透接头，以消除换热管与管板的端部缝隙，提高抗间隙腐蚀和抗应力腐蚀能力；提高接头抗震动和疲劳强度，并能承受高温、高压；减小了管板孔径增加了管板刚度，形成一种换热管与管板之间采用全焊透的对接焊缝和对接接头。这种对接焊缝和对接接头，通用做法是在管板一面每一个管板孔处加工环形凸台，环形凸台与母材圆角过渡，环形凸台直径和厚度与换热管的壁厚和直径一致，通过环形凸台与换热管实现全焊透的对接焊缝和对接接头，这种换热管与管板对接焊缝对接接头结构，避免接头应力集中小，承载能力强，受力条件好，逐步成为苛刻环境应用的换热管与管板连接的主要结构形式之一。近年来，随着内孔焊接装置(焊枪从管板孔内伸入，从接头的内侧实施焊接的方法)的开发成功，换热管与管板对接接头的管壳式热交换器已经在化工行业有所应用。但由于管壳式换热器管板上的多个孔与相应数量的换热管通过对接焊接，换热管直径小，壁厚薄，长期以来，在制造过程中，由于换热管、管板的尺寸及公差控制不到位，组对质量误差及焊接施工过程中不能保证换热管与相应的管板孔不能同心，造成错边或换热管与相应管板孔处凸台组对间隙不均匀，焊枪长时间工作出现误差或操作不熟练、焊接参数不稳定，对中误差等，致使换热管-管板对接接头焊接过程中出现焊穿、焊缝减薄、未焊透或贯穿性缺陷等缺陷；且换热管在管板上密排分布，管桥小，从换热管-管板对接接头外侧返修焊接，由于周围换热管的阻挡无法从对接接头外表面实施全周的可视焊接，返修困难，且返修焊缝的焊接质量难于保证，如此现行管壳式热交换器换热管与管板对接接头的制备方案生产效率低，组对质量保证困难，焊接容易出现偏离焊接区域，焊缝质量问题比较多，换热管与管板对接接头质量存在较大隐患，甚至造成大量返修。为了保证管壳式热交换器的换热管与管板全焊透的对接焊缝对接接头高效、优质制作，需要针对换热管与管板全焊透对接焊缝对接接头的性能要求及结构特点，结合所用焊接工艺方法及母材特点，制造过程，研究合理的制备工艺，完成管壳式热交换器换热管与管板全焊透对接接头的制备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种管壳式热交换器换热管与管板对接接头制备工艺，是在分析管壳式热交换器换热管与管板连接结构和加工能力的基础上，针对换热管与管板材料、对接焊缝对接接头结构、焊接工艺特点及质量要求，专利技术了简单易行，操作简单，制备效率高、焊接质量可靠的管壳式热交换器换热管与管板对接焊缝对接接头制备工艺，解决了管壳式热交换器换热管与管板对接接头组对质量差，焊缝缺陷多，焊接接头质量不稳定问题。为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种管壳式热交换器换热管与管板对接接头制备工艺，包括如下步骤：S1.设定合理换热管和管板尺寸公差：设定换热管直径、壁厚及待焊端面平面度、换热管待焊端面与管子轴线垂直度的尺寸公差，设定管板厚度、管板孔直径、管板孔轴线与管板面垂直度、每个管板孔处与换热管相焊处直径和厚度偏差、管板孔处待焊表面平面度及此平面与管孔中心线的垂直度的尺寸公差；S2.选用适于换热管与管板对接接头全位置全焊透的焊接方法和焊枪结构尺寸：采用自动钨极氩弧焊配合特殊结构焊枪，焊枪一端设置有定位平面，定位平面中心设置有垂直于平面的芯杆，芯杆直径小于管板孔，且另一端固定钨极，芯杆具有至少管板厚度长度，且具有一个长度公差，采用自动钨极氩弧焊配套这种特殊结构焊枪，从实现换热管与管板对接接头内侧实现对换热管与管板对接接头全位置全焊透焊缝焊接；S3.设计有利于组对和全焊透的坡口结构和尺寸：根据换热管与管板对接接头结构尺寸，结合自动钨极氩弧焊特点，在管板焊接面每个孔处设计一个环形凸台与换热管对接，且控制环形凸台平面的平面度，使得在环形凸台与换热管焊接端组对时能精密贴合，环形凸台的外周设置一个内径比换热管外径大的环形突起，环形突起起定位、衬垫及增加焊缝金属的作用，换热管与相应管孔组对同心，使得与环形凸台组对时不造成错边，弥补换热管与环形凸台平面可能存在的微小间隙造成焊穿及焊缝金属厚度不足，保证组对质量和焊接过程及焊接质量稳定性；S4.管束组装：采用工装，将管板垂直竖立固定，保证垂直度，然后依次组装折流板、拉杆，组装后调整折流板孔与相应管板孔同心，穿入换热管，保持换热管能自然地与管板上相应的管板孔中心同心，分区选用换热管与管板上的环形凸台进行试组对，换热管能自然嵌入环形突起，并与环形凸台平面紧密贴合，然后依次逐排串入换热管，完成穿管后，将折流板、管板之间的连接板装上并焊接完成，使管束形成相对固定的整体，确保管束的折流板、管板的相对位置固定，保证换热管与相应管板孔同心，以实现每个换热管与管板良好的组对；S5.换热管与管板对中、组对及焊接：换热管与管板对中、组对后，将焊枪芯杆沿待焊的换热管与管板对接接头的管板孔从管板平面侧插入，穿过管板孔，使焊枪芯杆端头钨电极从管板焊接面的环形凸台平面露出，焊枪定位平面紧密贴住管板平面，调整焊枪伸缩，使钨电极尖部与环形凸台平面内沿对中，然后打开电源，使焊枪芯杆旋转一周，确定钨电极尖端在旋转过程中始终与环形凸台平面内沿在同一平面且间隙均匀，然后将相应换热管推进，并将换热管嵌入环形突起，使得待焊端面与环形凸台平面紧密贴合，再将背保护罩绕换热管与管板对接接头外周安放好，并送入保护气体，依次按照高频起弧-预熔-旋转焊接-410～420°衰减熄弧完成焊接；S6.换热管与管板对接接头质量检测：焊接完成后，先对内侧焊缝和外侧焊缝进行检测，接头焊缝应与母材圆滑过渡，然后采用专用工装，在换热管与管板对接接头内侧分别充入氦气和水，对焊缝进行氦检漏试验和水检漏试验，焊接接头无泄漏为合格。优选的，所述步骤S3中的环形突起的厚度和高度尺寸及偏差为0.8±0.2mm。优选的，所述步骤S4中穿入换热管时，实现换热管与相应的管板孔同心，且换热管待焊端面能自由嵌入相应管板孔处的环形凸台，并与平面紧密贴合，换热管与相应的管板焊接面环形凸台表面距离为200～500mm。优选的，所述步骤S5中使焊枪芯杆与管板孔同心，电弧始终对中换热管余相应管板孔对接坡口中心，钨电极的起始位置置于管板孔9～12点位置之间。优选的，所述步骤S5之前还包括模拟焊接，模拟焊接的具体方法为：实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管壳式热交换器换热管与管板对接接头制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1.设定合理换热管和管板尺寸公差：设定换热管直径、壁厚及待焊端面平面度、换热管待焊端面与管子轴线垂直度的尺寸公差，设定管板厚度、管板孔直径、管板孔轴线与管板面垂直度、每个管板孔处与换热管相焊处直径和厚度偏差、管板孔处待焊表面平面度及此平面与管孔中心线的垂直度的尺寸公差；S2.选用适于换热管与管板对接接头全位置全焊透的焊接方法和焊枪结构尺寸：采用自动钨极氩弧焊配合特殊结构焊枪，焊枪一端设置有焊枪定位平面，焊枪定位平面中心设置有垂直于平面的焊枪芯杆，焊枪芯杆直径小于管板孔，且另一端固定钨电极，焊枪芯杆具有至少管板厚度长度，且具有一个长度公差，采用自动钨极氩弧焊配套这种特殊结构焊枪，从换热管与管板对接接头内侧实现对换热管与管板对接接头全位置全焊透焊缝焊接；S3.设计有利于组对和全焊透的坡口结构和尺寸：根据换热管与管板对接接头结构尺寸，结合自动钨极氩弧焊特点，在管板焊接面每个孔处设计一个环形凸台与换热管对接，且控制环形凸台平面的平面度，使得在环形凸台与换热管焊接端组对时能精密贴合，环形凸台的外周设置一个内径比换热管外径大的环形突起，环形突起起定位、衬垫及增加焊缝金属的作用，换热管与相应管孔组对同心，使得与环形凸台组对时不造成错边，弥补换热管与环形凸台平面可能存在的微小间隙造成焊穿及焊缝金属厚度不足，保证组对质量和焊接过程及焊接质量稳定性；S4.管束组装：采用工装，将管板垂直竖立固定，保证垂直度，然后依次组装折流板、拉杆，组装后调整折流板孔与相应管板孔同心，穿入换热管，保持换热管能自然地与管板上相应的管板孔中心同心，分区选用换热管与管板上的环形凸台进行试组对，换热管待焊端能自然嵌入环形突起，待焊端面与环形凸台平面紧密贴合，然后依次逐排穿入换热管，完成穿管后，将折流板、管板之间的连接板装上并焊接完成，使管束形成相对固定的整体，确保管束的折流板、管板的相对位置固定，保证换热管与相应管板孔同心，以实现每个换热管与管板良好的组对；S5.换热管与管板对中、组对及焊接：换热管与管板对中、组对后，将焊枪芯杆沿待焊的换热管与管板对接接头的管板孔从管板平面侧插入，穿过管板孔，使焊枪芯杆端头钨电极从管板焊接面的环形凸台平面露出，焊枪定位平面紧密贴住管板平面，调整焊枪伸缩，使钨电极尖部与环形凸台平面内沿对中，然后打开电源，使焊枪芯杆旋转一周，确定钨电极尖端在旋转过程中始终与环形凸台平面内沿在同一平面且间隙均匀，然后将相应换热管推进，并将换热管嵌入环形突起，使得待焊端面与环形凸台平面紧密贴合，再将背保护罩绕换热管与管板对接接头外周安放好，并送入保护气体，依次按照高频起弧‑预熔‑旋转焊接‑410～420°衰减熄弧完成焊接；S6.换热管与管板对接接头质量检测：焊接完成后，先对内侧焊缝和外侧焊缝进行检测，接头焊缝应与母材圆滑过渡，然后采用专用工装，在换热管与管板对接接头内侧分别充入氦气或水，对焊缝进行氦检漏试验和水检漏试验，焊接接头无泄漏为合格。...

【技术特征摘要】
1.一种管壳式热交换器换热管与管板对接接头制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1.设定合理换热管和管板尺寸公差：设定换热管直径、壁厚及待焊端面平面度、换热管待焊端面与管子轴线垂直度的尺寸公差，设定管板厚度、管板孔直径、管板孔轴线与管板面垂直度、每个管板孔处与换热管相焊处直径和厚度偏差、管板孔处待焊表面平面度及此平面与管孔中心线的垂直度的尺寸公差；S2.选用适于换热管与管板对接接头全位置全焊透的焊接方法和焊枪结构尺寸：采用自动钨极氩弧焊配合特殊结构焊枪，焊枪一端设置有焊枪定位平面，焊枪定位平面中心设置有垂直于平面的焊枪芯杆，焊枪芯杆直径小于管板孔，且另一端固定钨电极，焊枪芯杆具有至少管板厚度长度，且具有一个长度公差，采用自动钨极氩弧焊配套这种特殊结构焊枪，从换热管与管板对接接头内侧实现对换热管与管板对接接头全位置全焊透焊缝焊接；S3.设计有利于组对和全焊透的坡口结构和尺寸：根据换热管与管板对接接头结构尺寸，结合自动钨极氩弧焊特点，在管板焊接面每个孔处设计一个环形凸台与换热管对接，且控制环形凸台平面的平面度，使得在环形凸台与换热管焊接端组对时能精密贴合，环形凸台的外周设置一个内径比换热管外径大的环形突起，环形突起起定位、衬垫及增加焊缝金属的作用，换热管与相应管孔组对同心，使得与环形凸台组对时不造成错边，弥补换热管与环形凸台平面可能存在的微小间隙造成焊穿及焊缝金属厚度不足，保证组对质量和焊接过程及焊接质量稳定性；S4.管束组装：采用工装，将管板垂直竖立固定，保证垂直度，然后依次组装折流板、拉杆，组装后调整折流板孔与相应管板孔同心，穿入换热管，保持换热管能自然地与管板上相应的管板孔中心同心，分区选用换热管与管板上的环形凸台进行试组对，换热管待焊端能自然嵌入环形突起，待焊端面与环形凸台平面紧密贴合，然后依次逐排穿入换热管，完成穿管后，将折流板、管板之间的连接板装上并焊接完成，使管束形成相对固定的整体，确保管束的折流板、管板的相对位置固定，保证换热管与相应管板孔同心，以实现每个换热管与管板良好的组对；S5.换热管与管板对中、组对及焊接：换热管与管板对中、组对后，将焊枪芯杆沿待焊的换热管与管板对接接头的管板孔从管板平面侧插入，穿过管板孔，使焊枪芯杆端头钨电极从管板焊接面的环形凸台平面露出，焊枪定位平面紧密贴住管板平面，调整焊枪伸缩，使钨电极尖部与环形凸台平面内沿对中，然后打开电源，使焊枪芯杆旋转一周，确定钨电极尖端在旋转过程中始终与环形凸台平面内沿在同一平面且间隙均匀，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜永勤，刘超，孙修圣，汪敏，张见祥，王书华，
申请(专利权)人：南京宝色股份公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32