管子與管板的連接結(jié)構(gòu)形式

管子與管板的連接，在管殼式換熱器的設(shè)計(jì)中，是一個(gè)比較重要的結(jié)構(gòu)部分。它不僅加工工作量大，而且必須使每一個(gè)連接處在設(shè)備的運(yùn)行中，保證介質(zhì)無泄漏及承受介質(zhì)壓力能力。

對(duì)于管子與管板的連接結(jié)構(gòu)形式，主要有以下三種，（1）脹接，（2）焊接，（3）脹焊結(jié)合。這幾種形式除本身結(jié)構(gòu)所固有的特點(diǎn)外，在加工中，對(duì)生產(chǎn)條件，操作技術(shù)都有一定的關(guān)系。

用于管殼之間介質(zhì)滲漏不會(huì)引起不良后果的情況下，脹接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管子修補(bǔ)容易。由于脹接管端處在脹接時(shí)產(chǎn)生塑性變形，存在著殘余應(yīng)力，隨著溫度的上升，殘余應(yīng)力逐漸消失，這樣使管端處降低密封和結(jié)合力的作用。所以此脹接結(jié)構(gòu)，受到壓力和溫度的一定限制。一般適用壓力P0≤4MPa，管端處殘余應(yīng)力消失的極限溫度，隨材料不同而異，對(duì)碳鋼、低合金鋼當(dāng)操作壓力不高時(shí)，其操作溫度可用到300℃。為了提高脹管質(zhì)量，管板材料的硬度要求高于管子端的硬度，這樣才能保證脹接強(qiáng)度和緊密性。

對(duì)于結(jié)合面的粗糙度，管孔與管子間的孔隙大小，對(duì)脹管質(zhì)量也有一定的影響，如結(jié)合面粗糙，可以產(chǎn)生較大的摩擦力，脹接后不易拉脫，若太光滑則易拉脫，但不易產(chǎn)生泄漏，一般粗糙度要求為Ra12.5。為了保證結(jié)合面不產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象，在結(jié)合面上不允許存在縱向的槽痕。

管孔有光孔和帶環(huán)形槽孔兩種，管孔的形式和脹接強(qiáng)度有關(guān)，在脹口所受拉脫力較小時(shí)，可采用光孔，在拉脫力較大時(shí)可采用帶環(huán)形槽的結(jié)構(gòu)。

光孔結(jié)構(gòu)用于物料性質(zhì)較好的換熱器，脹管深度為管板厚度減3mm，當(dāng)管板厚度大于50mm，脹接深度e一般取50 mm，管端伸出長度2～3 mm。

當(dāng)脹接時(shí)，將管端脹成圓錐形，由于翻邊的作用，可使管子與管板結(jié)合得更為牢固，抗拉脫力的能力更高。當(dāng)管束承受壓應(yīng)力時(shí)，則不采用翻邊的結(jié)構(gòu)形式。

管孔開槽的目的，與管口翻邊相似，主要是提高抗拉脫力及增強(qiáng)密封性。其結(jié)構(gòu)形式是在管孔中開一環(huán)形小槽，槽深一般為0.4~0.5 mm,當(dāng)脹管時(shí)，管子材料被擠入槽內(nèi)，所以介質(zhì)不易外泄。在管孔中開槽數(shù)根據(jù)管板厚度而定，當(dāng)管板小于30 mm時(shí)，開一個(gè)槽，管板厚度≥30 mm時(shí)，開二個(gè)槽。

脹接深度按全脹型與不脹型決定，對(duì)于管板采用不全脹型時(shí)，當(dāng)管板厚度大于50 mm，其脹接深度仍采用50 mm。

管板為復(fù)合鋼板，開槽位置分兩種情況，覆層較薄時(shí)，開槽位置均在基層上，如覆層較厚時(shí)，則一個(gè)槽可開在復(fù)層上，但不允許將槽開在覆層與基層之間。

管子與管板的焊接，目前應(yīng)用較為廣泛，由于管孔不需開槽，而且管孔的粗糙度要求不高，管子端部不需退火和磨光，因此制造加工簡(jiǎn)便。焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)，當(dāng)焊接部分滲漏時(shí)，可以補(bǔ)焊，如須調(diào)換管子，可采用專用刀具拆卸焊接破漏管，反而比拆卸脹管方便。

管子與管板的焊接，其焊縫的剪切斷面應(yīng)不低于管子斷面的1.25倍。

不銹鋼管與管板，一般采用焊接結(jié)構(gòu)，不管其壓力大小，溫度高低。為了在停車后，避免管板上有流體停滯，并補(bǔ)償管子入口處壓力損失的特殊情況，減少管口阻力，可將管子縮在管板孔內(nèi)部一定位置，但這種結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)要求較高，一般需用自動(dòng)氬弧焊機(jī)，質(zhì)量才能得到保證，在焊接過程中管口易堵死，尤其對(duì)于小直徑的管子，在焊接時(shí)應(yīng)引起注意。有時(shí)為了減小焊接應(yīng)力，可以在管板孔口處向下加工出凹形槽面，該結(jié)構(gòu)一般都用于不銹鋼和管板的焊接。在管孔周圍開溝槽，加工麻煩，工作量大，在目前施工中已將溝槽革除。

對(duì)于壓力高、滲透性強(qiáng)，或在一側(cè)有腐蝕性的介質(zhì)，為保證不致泄漏后污染另一側(cè)物料，這就要求管子與管板的連接處絕對(duì)不漏，或?yàn)榱吮苊庠谘b運(yùn)及操作過程中的振動(dòng)對(duì)焊縫的影響，或避免縫隙腐蝕的可能性等。

脹焊結(jié)合的結(jié)構(gòu)，從加工工藝過程來看，有先脹后焊，先焊后脹，焊后脹接及貼脹等幾種形式。

先脹后焊，在施焊前先脹管，可以提高焊縫抗疲勞的性能，因脹管后使管避緊貼于管板孔壁上，可以防止在焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋。但是在脹管時(shí)由于使用潤滑油而進(jìn)入接頭的縫隙中，這些殘留的油污存在及間隙中空氣受熱膨脹而氣化，在焊接接頭過程中高溫的作用下生成氣體，從焊面逸出，致使焊縫產(chǎn)生氣孔，嚴(yán)重影響焊縫質(zhì)量，所以在焊接前必須將這些殘留的油污清洗掉。

先焊后脹：采用先焊后脹可消除上述現(xiàn)象，但采用先焊后脹可能在脹接時(shí)使焊縫開裂。為防止這一現(xiàn)象的產(chǎn)生，除在脹接時(shí)仔細(xì)進(jìn)行操作控制得當(dāng)外，在管端，即在第一條槽離管板表面的距離要考慮得大一些，約16 mm左右，在離管板表面10～12 mm的范圍內(nèi)不進(jìn)行脹接，以避免脹管時(shí)損壞焊縫。先焊后脹的優(yōu)點(diǎn)在于不需清理脹管后殘留的油污，但對(duì)焊后脹管時(shí)的脹管位置要求較高，必須保證在10～12 mm的范圍內(nèi)不進(jìn)行脹接，否則容易損壞焊縫。

先脹后焊或先焊后脹，對(duì)于焊接部分：有密封焊與強(qiáng)度焊兩種焊接形式的區(qū)別，對(duì)脹接部分，有強(qiáng)度脹接及貼脹的區(qū)別。如脹接與密封焊結(jié)合的結(jié)構(gòu)，是以脹接承受作用力，而密封焊則保證密封性。密封焊的高度一般為1～2 mm，這樣不會(huì)影響脹接強(qiáng)度，但在焊接時(shí)一定要清理接頭處的油污。強(qiáng)度焊與脹接（貼脹）結(jié)合的結(jié)構(gòu)，是以焊接承受作用力，而貼脹的目的只是消除管子與管板之間的間隙，以防止縫隙受有腐蝕性介質(zhì)的侵蝕。

焊后脹接及貼脹：焊后脹接及貼脹一般使用于壓力較高的換熱設(shè)備上，該焊接部分為加強(qiáng)密封焊，焊接腰高采用2.8 mm，脹接部分承受作用力，當(dāng)脹接失效時(shí)，加強(qiáng)密封焊可起承受作用力的作用，貼脹部分為消除縫隙腐蝕。

焊脹結(jié)合的結(jié)構(gòu)在什么條件下，采用先焊后脹或先脹后焊，目前還無統(tǒng)一規(guī)定，但一般都趨向于先焊后脹為宜。目前，因各制造廠的加工藝，設(shè)備條件的不同，都習(xí)慣于本廠的制作方法。

內(nèi)孔焊是管孔在殼程側(cè)形成的是對(duì)接結(jié)構(gòu)，換熱管與其對(duì)接焊接，需要專門的焊接設(shè)備。內(nèi)孔焊是管板經(jīng)過加工與換熱管形成對(duì)接焊縫形式，要有特殊的設(shè)備，將焊槍從管板側(cè)的管孔深入到焊縫處進(jìn)行焊接（從原來的交接接頭變成了對(duì)接接頭），優(yōu)化了換熱管與管板連接處的應(yīng)力狀態(tài)，大大減小了邊緣應(yīng)力。對(duì)于有應(yīng)力腐蝕、或間隙腐蝕介質(zhì)的換熱器非常實(shí)用。

但是內(nèi)孔焊對(duì)焊接技術(shù)水平要求高，難度大，出現(xiàn)焊接缺陷后無法返修，會(huì)導(dǎo)致整臺(tái)換熱器的報(bào)廢。為保證焊接合格，需要嚴(yán)格按照施工工藝參數(shù)進(jìn)行焊接、檢測(cè)等。

管子與管板連接采用爆炸脹接的方法，在國外已開始采用，這是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新工藝，由于采用爆炸脹接加密封焊或強(qiáng)度焊接方法，不但連接強(qiáng)度高，而且脹接效率有很大的提高。爆炸脹接時(shí)不用潤滑油，管端無油污存在，對(duì)脹后焊接有很大的好處。

爆炸脹接是利用炸藥，在極短的時(shí)間內(nèi)，管內(nèi)在高壓氣體沖擊波的作用下，發(fā)生變形，使管避牢固的緊貼在管板孔上。爆炸脹接適用于薄壁管、厚壁小直徑管及大厚度管板的脹接。爆炸脹接的優(yōu)點(diǎn)是抗拉脫力大，管子軸向延伸率和變形小，當(dāng)管子的管端泄漏后，在不能用機(jī)械脹管修復(fù)時(shí)，采用爆炸脹接進(jìn)行修理效果很好。

本文源自設(shè)計(jì)院網(wǎng)