一種低加管板與管子的脹接

吳召波

摘 要：在低壓加熱器的制造過程中，20MnMo材質(zhì)的管板和TP304換熱管的密封焊接的焊縫質(zhì)量成為薄弱環(huán)節(jié)。本文采用幾種脹接、焊接組合進(jìn)行工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定出來最優(yōu)脹接——焊接工藝。

關(guān)鍵詞：低壓加熱器；管子；管板；脹接；焊接

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.044

我公司生產(chǎn)的一種低壓加熱器管板材料為20MnMo材質(zhì)（鍛件），換熱管為TP304。管子與管板的連接結(jié)構(gòu)形式為脹焊結(jié)合。它們的化學(xué)成分和機(jī)械性能見表1、表2。20MnMo可焊性較差，很多資料闡明20MnMo材質(zhì)的管板通常在鉆鉸孔前預(yù)先堆焊一層奧氏體材質(zhì)的熔敷金屬再與不銹鋼管子密封焊接，以避免環(huán)形焊縫中產(chǎn)生馬氏體組織和由此產(chǎn)生的焊接裂紋，這是最理想的焊接結(jié)構(gòu)，但是多年來焊接生產(chǎn)的實(shí)踐経驗(yàn)驗(yàn)證，由于結(jié)構(gòu)和各種因素造成在管板上不能預(yù)堆一層奧氏體不繡鋼的熔敷金屬，給20MnMo管板與奧氏體不銹鋼管帶來了困難。由于結(jié)構(gòu)上原因焊后又不能熱處理，嚴(yán)格來講這種焊接方法對保證焊縫質(zhì)量是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。為此使用TIG焊要求采用先進(jìn)的環(huán)形脈沖焊接方法，進(jìn)行工藝試驗(yàn)（包括TIG自動環(huán)型氬弧焊和TIG手工環(huán)型氬弧焊）。以定出最優(yōu)的焊接工藝。

1 試驗(yàn)材料

管板采用20MnMo材料。換熱管采用TP304不銹鋼管。管板和管子的化學(xué)成分如表1。

2 機(jī)組的技術(shù)特性與試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)與尺寸

機(jī)組的技術(shù)特性。公司的U形管換熱器工況如下：管程設(shè)計(jì)壓力1.6MPa，工作溫度低于100℃，介質(zhì)為熱水，換熱面積120m2。根據(jù)需要，彈性管束采用了1Crl8Ni9Ti（Φ19mm×2.0mm），管板采用20MnMo鋼板，有效厚度為200㎜。由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)知，不銹鋼管與管板的連接，盡管在換熱管與管孔之間有間隙，但殼程物料沒有間隙腐蝕，而且在操作過程中換熱器也沒有較大的振動，因此，采用的是強(qiáng)度脹接+焊接的連接形式。

3 脹接、焊接工藝試驗(yàn)

3.1 TIG自動環(huán)型氬弧焊參數(shù)

焊接電流：高電平98A，低電平65A。氬氣流量12L/min。焊接速度20mm/min。

3.2 試驗(yàn)設(shè)備

國產(chǎn)408型TIG自動環(huán)型氬弧焊。

3.3 TIG手工環(huán)型氬弧焊參數(shù)

焊接電流：高電平60A。氬氣流量12L/min。焊接速度45mm/min。

4 脹接、焊接單管拉脫力試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)設(shè)備

WDW-50E型微機(jī)控制電子式萬能試驗(yàn)機(jī)。

4.2 拉脫試驗(yàn)件尺寸

采用50mm×50mm×60mm材質(zhì)為20MnMo的試塊；試管采用φ16×0.9 L=150mm的TP304不銹鋼管 。

4.3 拉脫試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表中明顯看出接頭強(qiáng)度較高，能滿足設(shè)計(jì)要求，采用脹接后密封焊結(jié)構(gòu)更為合理，能保證此種低加的正常運(yùn)行。

5 密封試驗(yàn)

進(jìn)行3.2MPa的水壓試驗(yàn)，保壓24小時(shí)。經(jīng)試驗(yàn)采用設(shè)計(jì)的最優(yōu)脹接-焊接工藝生產(chǎn)的試件無泄漏現(xiàn)象。

6 結(jié)論

（1）生產(chǎn)實(shí)踐證明，選用上述焊接順序及焊接參數(shù)，能有效地進(jìn)行此種低價(jià)的管板和管子的脹接、焊接。

（2）不銹鋼管子20MnMo管板焊接焊前清理是非常重要的，采用手工TIG焊時(shí)，焊接參數(shù)的設(shè)置、焊接操作人員必需経培訓(xùn)并持有操作上崗證。數(shù)字電子控制TIG焊焊機(jī)頭的位置調(diào)整、焊接參數(shù)需経工藝試驗(yàn)合乎規(guī)范后方可施焊。解決好這些問題，就可以獲得外觀成形和內(nèi)在質(zhì)量都滿足要求的焊縫。

（3）使用的脹接-焊接并用結(jié)構(gòu)的換熱器，結(jié)合我公司的實(shí)際生產(chǎn)況態(tài)，嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)程，通過一系列的質(zhì)量控制措施，可以制造出高質(zhì)量、壽命長、用戶滿意的換熱器。

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