管殼式換熱器中間管板脹接工藝技術(shù)

藍(lán)景華

摘 要：文章旨在結(jié)合管殼式換熱器中間管板脹接的相關(guān)工藝技術(shù)進(jìn)行探討。在結(jié)合中間脹接技術(shù)的原理及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，從工藝評(píng)定試驗(yàn)方案、樣品焊接裝配以及其工藝試驗(yàn)等方面進(jìn)行詳細(xì)闡述，希望能夠提供人們一些意見(jiàn)參考。

關(guān)鍵詞：中間管板脹接；中央空調(diào)；管殼式換熱器

1 中間脹接技術(shù)的原理及特點(diǎn)

1.1 基本原理

氣動(dòng)脹管機(jī)驅(qū)動(dòng)深孔脹管器擠壓中間管板處銅管，在脹管器的滾珠不斷擠壓下，銅管受擠壓壁厚減薄，內(nèi)徑增大，外壁與管板孔內(nèi)壁及密封槽達(dá)到牢固再緊密的接觸，脹接后管板處于彈性狀態(tài)，銅管發(fā)生塑性變形殘留壓應(yīng)力，達(dá)到脹接密封效果。

1.2 中間脹接技術(shù)的特點(diǎn)

包括：（1）能夠應(yīng)用于深度脹接的換熱器，解決傳統(tǒng)脹接帶來(lái)的復(fù)雜設(shè)計(jì)問(wèn)題。（2）脹接穩(wěn)定性好，可靠性高，相互系統(tǒng)竄氣量少。（3）在中央空調(diào)多系統(tǒng)螺桿機(jī)組上，可大幅降低生產(chǎn)成本。

2 工藝評(píng)定試驗(yàn)方案

2.1 準(zhǔn)備試驗(yàn)樣件

制造由殼體、管板、換熱管等零件組成的換熱器樣件（如圖1），樣件用于模擬產(chǎn)品在正常生產(chǎn)狀態(tài)下的中間脹接，其結(jié)構(gòu)形狀與產(chǎn)品完全一致，作為確定脹接參數(shù)、氣密檢驗(yàn)和解剖檢驗(yàn)，及拉脫力檢驗(yàn)的工藝評(píng)定使用。

圖1 雙系統(tǒng)換熱器試驗(yàn)樣件

2.2 制定檢驗(yàn)操作標(biāo)準(zhǔn)

試驗(yàn)前要做好資料準(zhǔn)備、工藝方案、編制實(shí)驗(yàn)記錄表格，如脹接記錄，試壓報(bào)告等。同時(shí)對(duì)脹接人員和質(zhì)檢人員進(jìn)行培訓(xùn)，確保脹接人員熟悉脹接工藝操作過(guò)程，質(zhì)檢人員必須會(huì)使用測(cè)量工具，熟悉填寫各項(xiàng)記錄。

3 樣品焊接裝配

根據(jù)設(shè)計(jì)及圖紙要求，加工和焊接裝配與產(chǎn)品相似管殼式換熱器，對(duì)于組對(duì)換熱器樣件提出兩種方案，一是組對(duì)中管板與兩節(jié)筒體后，先穿銅管再組對(duì)左右管板；二是組對(duì)中管板、兩節(jié)筒體和左右管板好后，再穿銅管，但必須保證3塊管板孔同軸。考慮現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件不同，可以綜合選擇哪種方案更適合生產(chǎn)。

此外，還要求樣件中間管板厚度不得少于產(chǎn)品的厚度，管孔加工技術(shù)要求參數(shù)與產(chǎn)品一致， 且管板在組對(duì)焊接前，管板油污，雜質(zhì)要清洗干凈，尤其是中間管板要提前清洗，中間管板與兩節(jié)殼體組對(duì)焊時(shí)，須有工裝保護(hù)中間管板不受焊接飛濺污染。

4 工藝試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)工藝流程

具體流程如下：（1）脹前測(cè)量銅管內(nèi)外徑和壁厚并記錄，要求銅管外表不得有重皮、裂紋等缺陷，脹接管端有麻點(diǎn)等缺陷時(shí)，缺陷深度不得超過(guò)管子公稱壁厚的10%。（2）測(cè)量拉伸樣件和試驗(yàn)管板的管孔內(nèi)徑，并進(jìn)行管孔編號(hào)和參數(shù)記錄，清洗管板孔管子，管板孔不得有縱向刻痕、大量螺旋紋等。（3）選取銅管中間段再拉伸樣件脹接，測(cè)量得到氣動(dòng)脹接的扭矩和減薄率，并把所得脹接接頭做拉脫力實(shí)驗(yàn)。（4）根據(jù)樣件減薄率對(duì)應(yīng)的扭矩、脹接緊固力和殘留應(yīng)圖，在減薄率5～8范圍選取合適的初始參數(shù)。（5）利用初始參數(shù)對(duì)管殼式換熱器樣件進(jìn)行脹接，檢驗(yàn)脹后銅管的外觀、測(cè)量脹后尺寸并做好記錄。（6）對(duì)管殼式換熱器試驗(yàn)件進(jìn)行氣壓肥皂檢驗(yàn)和氦氣檢驗(yàn)，若無(wú)脹漏、外觀成形好，作為代表實(shí)驗(yàn)理想值。（7）根據(jù)實(shí)驗(yàn)理想值，力矩與減薄率圖，分析確定最終的脹接參數(shù)。

4.2 試件脹接

試件脹接模擬產(chǎn)品真實(shí)狀態(tài)，要求試件的材料，加工方法，技術(shù)參數(shù)必須與產(chǎn)品完全相符，其中拉伸樣件開(kāi)孔數(shù)量盡量不少于10個(gè)孔，管殼式樣件需要2個(gè)，包括由中間管板、左右管板和殼體組成，以及由中間管板與右管板組成的管殼式換熱器。

4.3 拉伸樣件脹接

結(jié)合脹接經(jīng)驗(yàn)，拉伸樣件分別選取氣動(dòng)脹管機(jī)扭矩70、80、90、100、110、120kg.cm進(jìn)行脹接，并測(cè)量每一個(gè)管孔脹后尺寸，計(jì)算出減薄率：

其中，de是銅管外徑，di是銅管內(nèi)徑，dim是銅管脹后內(nèi)徑，df是管板孔內(nèi)徑。扭矩與減薄率關(guān)系如下：

表 1 拉伸樣件脹接參數(shù)

4.4管殼式樣件脹接

根據(jù)圖2、圖3，可以知脹接緊固力達(dá)到一定程度后會(huì)下降，而且產(chǎn)生的殘留壓應(yīng)力達(dá)到最大，因此考慮脹接采用銅管能補(bǔ)脹，且強(qiáng)度脹接減薄率為4%～8%，力矩為95kg·cm。

圖2 緊固力與減薄率關(guān)系 圖3殘留力與減薄率關(guān)系

脹接操作方法（圖4）：脹管頭從右管板一邊伸入銅管，抵達(dá)中間管板與銅管交界處脹接，測(cè)量2～3根銅管減薄率，試脹后，對(duì)各脹口進(jìn)行比較全面檢查，檢查脹接部位是否有缺陷，脹接過(guò)度是否圓滑。

圖4 脹接操作示意圖

4.5 檢驗(yàn)

脹接后進(jìn)行氣密檢驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)、解剖檢驗(yàn)和氦氣檢驗(yàn)，檢驗(yàn)密封質(zhì)量和宏觀分析，驗(yàn)證最佳脹接參數(shù)合理性。

（1）拉脫力檢驗(yàn)

結(jié)果如表2。拉脫力檢驗(yàn)是為了檢驗(yàn)最佳的參數(shù)是否滿足最小拉脫力要求，根據(jù)不同拉脫參數(shù)對(duì)應(yīng)扭矩繪成圖5。

表2 拉伸試件的拉脫力實(shí)驗(yàn)值

（2）解剖檢驗(yàn)

解剖試脹的樣件（圖6）切開(kāi)后，檢驗(yàn)脹口外觀質(zhì)量、密封槽、銅與鋼接觸等。

（3）氣密檢

脹后肥皂水氣密檢驗(yàn)：往殼程打入試驗(yàn)壓力，往中間管板處脹口灑肥皂水，10min后無(wú)氣泡冒出為合格；串氣檢測(cè)方法：一系統(tǒng)加壓到氣體試驗(yàn)壓力，檢測(cè)另一系統(tǒng)壓力是否下降，并且手涂泡沫在注氟嘴上，如在規(guī)定20min內(nèi)注氟嘴沒(méi)有冒氣泡和降壓，或壓強(qiáng)<0.2MPa，表示系統(tǒng)間不串氣，反之則表示兩系統(tǒng)間串氣。

發(fā)現(xiàn)銅管脹漏后，先分析是否存在過(guò)脹（欠脹）現(xiàn)象，并逐級(jí)增加力矩進(jìn)行補(bǔ)脹，脹接減薄率應(yīng)<8%規(guī)定值，避免過(guò)脹和殘留力下降。

（4）氦氣檢驗(yàn)

氦氣檢驗(yàn)：往一個(gè)系統(tǒng)沖入1.3MPa空氣與0.2MPa氦氣的混合氣體，打置所需的壓力，靜置2h，從另一系統(tǒng)用氦氣檢測(cè)儀檢測(cè)氦氣的泄漏率，合格驗(yàn)收率？芨2.2×10-5mbar1/s，約3g/y。

4.6參數(shù)分析

結(jié)合圖2、3、5，緊固力、殘留力和拉伸力都會(huì)隨扭矩（減薄率）的增大而上升，當(dāng)達(dá)到波峰最大值后，則隨扭矩（減薄率）的增加而下降，因此，最佳的扭矩需滿足幾個(gè)條件：

（1）最小拉脫力必須大于標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)試壓壓力計(jì)算出拉脫力≥13.4KN。

（2）最佳參數(shù)脹接銅管經(jīng)過(guò)氣密檢驗(yàn)要求無(wú)發(fā)現(xiàn)有脹漏現(xiàn)象，脹口外觀好，脹接應(yīng)在減薄率4%～8%范圍內(nèi)選取合適脹接參數(shù)。

（3）工藝評(píng)定可以確認(rèn)所需脹接參數(shù)T，當(dāng)產(chǎn)品發(fā)生變化時(shí)，可在端面管板驗(yàn)證脹接力矩參數(shù)T0，考慮力矩隨脹接長(zhǎng)度而損失，因此，中間脹接扭矩取0.5～1%的補(bǔ)償，即T=T0 +0.5～1%T0。

5 結(jié)束語(yǔ)

我公司采用6道密封槽進(jìn)行管板設(shè)計(jì)，用于加強(qiáng)中間脹接密封性；并將中間脹接工藝技術(shù)廣泛應(yīng)用于多聯(lián)機(jī)組和螺桿機(jī)組當(dāng)中，目前大多數(shù)中央空調(diào)大機(jī)產(chǎn)品均有所推廣使用。

參考文獻(xiàn)

[1]全國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB151-201管殼式換熱器[C].北京：國(guó)家技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督局，2012：70-71.

[2]汪雅芬.薄壁管脹接工藝及其應(yīng)用[J].壓力容器，2003，（07）：15-16.