淺談鋯換熱管與管板焊接接頭質量控制

孫軍民（西安優耐特容器制造有限公司,西安 710016）

淺談鋯換熱管與管板焊接接頭質量控制

孫軍民
（西安優耐特容器制造有限公司,西安 710016）

本文主要對鋯制壓力容器在使用過程中所出現的問題（包括焊角厚度不足、待焊位置清理清潔不徹底、接頭缺陷等）進行描述，針對所描述的問題進行分析，并提出了在實際生產過程中的質量控制方法。

換熱器; 管-管板; 焊接; 質量控制

近年來，隨著石油化工行業的不斷升級，鋯作為優良耐腐材料在熱交換器制造領域得到廣泛應用，其中換熱管與管板的焊接質量往往成為影響熱交換器使用性能和壽命的重要控制點，它的好壞直接影響到生產系統的正常運行。從而使管頭的焊接成為用戶和制造單位的關注點。因此，管頭的焊接質量控制顯得尤為重要。

根據多年現場質量控制經驗，本文主要對管頭焊接常見問題（包括待焊位置清理清潔不徹底、焊角厚度不足、接頭缺陷等）進行了分析，提出了能夠切實解決和控制實際產品質量問題的措施。

1 常見的問題

1.1 焊角高度不符合圖紙及相關標準規定

對于鋯熱交換器而言，設計和制造參考GB151-1999管殼式換熱器，對于焊角高度以及最小坡口尺寸都有明確要求。但是在實際制造中由于加工方法等影響，造成管板坡口偏小或偏大。再加上焊工焊接手法和操作的不穩定性，往往達不到所要求的焊高尺寸。這樣，焊角高度小于標準要求，其承載能力降低。

1.2 焊縫的內部缺陷

（1）保護氣體氬氣、母材、焊絲中的氫、氧、水含量較高且管板與換熱管清理不干凈時，鋯焊接時易產生氣孔和裂紋。

（2）焊接方法不當時，收弧處產生縮孔或弧坑裂紋。當熱交換器使用過程中，受到沖刷腐蝕時，內部缺陷顯露出來，造成泄漏。

（3）焊接接頭無強度和韌性。鋯的熔點高約1845℃，導熱性能差，焊縫容易過熱，晶粒粗大；另外，由于鋯比較活潑，易與氮、氫、氧發生反應產生脆性，從而使鋯焊縫的塑性和韌性下降。所以，當使用環境中存在大的溫度差、壓力差以及焊接應力時，換熱管-管板接頭極易泄漏，從而導致換熱器失效。

2 預防措施

通過以上分析，管板孔的加工、焊前清理、焊接中保護、焊接方法、焊后檢測是保證焊接接頭質量的重要保證。

（1）管頭的焊接屬于部分焊頭性結構，管板孔有一定的深度坡口，這樣在焊接時可保證焊角高度。所以采用加工精度較高的機床，以保證相關尺寸公差。

（2）管束組裝之前，對管頭及管板孔進行清理清潔處理，及時組裝并做相應保護，避免待焊位置污染；

（3）焊接之前焊絲表面采用無水乙醇擦洗干凈，焊接過程中注意焊絲頭氣體保護。

（4）用較大瓷嘴，適當的焊接氣流，焊接時提前送氣和滯后停氣，保證焊接過程中焊縫接頭部位始終處于惰性氣體保護中。

（5）鋯的焊接通常有手工氬弧焊，而管板與換熱管的焊接是全位置焊接，手工焊接手法要求高，對焊縫成形質量影響大，另外由于換熱管管壁較薄，管板較厚，這就需要大電流，但對接頭性能影響大，晶粒會迅速長大，惡化力學性能和耐腐蝕性，因此，建議采用脈沖管板自動焊。起弧和收弧位置見圖1。從11點位置起弧，順時針旋轉焊接一周后在12點位置開始衰減，在3點位置收弧，焊嘴自動返回到11點起弧位置，準備第二次焊接。

為了防止各換熱管-管板焊接接頭相互之間的焊接熱影響，因此焊接時應采用Z形跳焊法（如圖2所示）或分區焊接。

圖1 焊接過程中起弧和收弧位置

圖2 Z形跳焊法

（6）為了避免焊接過程中接頭背面氧化，消除鋯換熱管與管板之間的間隙，連接形式采用先脹后焊的順序。由于鋯的塑性偏低，鋯的脹管率不宜過高，應盡量采用液壓脹或橡膠脹等柔性脹接，使鋯管受力均勻，防止換熱器使用過程中，管接頭發生應力腐蝕開裂。

（7）鋯材料焊接接頭產生微裂紋傾向大，為了控制接頭質量，第一遍焊接自熔后按照JB/T4730.5-2005進行100%滲透檢測（PT），合格后，清潔干凈，再進行管板加絲蓋面自動焊。

焊接完成后，分別進行接頭外觀檢驗、滲透檢驗、氦檢漏和最終的壓力試驗，見表1。

表1 換熱管-管板接頭檢驗

3 結束語

隨著鋯換熱器應用范圍的擴大，接頭連接質量將越來越受到重視，只有控制住接頭質量，才能保證系統的安全運行，從而滿足苛刻的使用環境。

[1]GB151-1999 （管 殼 式 換 熱 器）[M].中 國 標 準 出 版 社 出版,2000（12）.

[2]NB/T 47011-2010 （鋯制壓力容器）[M].新華出版社,2010（12）.

[3]詹典斌.金屬加工[J].（鋯換熱管與管板接頭脈沖焊接工藝）2010（08）:43.