液袋式液压胀接技术在生产中的应用.pdf

一 3 4 一 ■ 技术交流 石 油 与 化 工 设 备 2 0 1 0 年第1 3 卷 液袋式液压胀接技术在生产中的应用 孟 静，王国清，马文山 石家庄工大化工设备有限公司，河北 石家庄 0 5 0 0 3 1 [ 摘要】通过分析液压胀接技术的特点，提出了影响换热管与管板液压胀接接头强度的几个相关因素以及生产中进行质量 控制 的方法． [ 关键词】液压胀接；胀接压力；拉脱力；泄漏压力；清洁度 随着 石油化 工和 核 电成 套装 置 的发展 ，对 大型高温高压以及特殊要求换热器 的需求迅速增 加 ，同时也对换热器设备 的强度 、管子与管板连 接接头的密封性 、可靠性 以及运行寿命提 出了更 高的要求。 目前换热管与管板 的连接 方法主要有 胀接 、焊接 、胀焊 并用几种 。在胀焊工艺 中胀接 为换热管与管板连接 的一道很重要的工序 ，胀接 能保护管子与管板 的焊接免受管束 的应力，封 闭 管子与管板孔之 间的间隙，避免问隙腐蚀并能有 效吸收组件的机械载荷。 1 液袋式液压胀接技术的优势 换热管与管板 的传统胀接方法是机械胀接， 它有许多不确定的因素和缺点。首先，机械胀接 所用的润滑油极易渗透到管与管板孔 的间隙，而 且渗透到间隙的油污很难清洗干净，对于先胀后 焊 工艺 ，很 容易造成 更加严 重 的焊 接裂纹 和气 孔；其 次，机械胀接无法达到均匀胀接的要求 ， 胀接程度在全长上不一致且管 内壁经反复辗压 ， 沿管横截面上金属 内外纤维的变形程度不一致， 过大 的内壁应力会加大应力腐蚀 的倾向，对有间 隙腐蚀要求 的场合，留有许多的隐患。现在的许 多化工装 置在 高参 数下运 行 ，管板厚度越 来越 厚，超过1 0 0 mi l l 已不鲜见，传统的机械胀接技术 已无法对这些厚管板进行全厚度胀接。 液袋式液压胀接技术是近几年发展起来 的换 热器管子与管板 的连接方法 ，该方法利用液体压 力作用于换热 管内表面，使之产生较大的塑性变 形并与管板孔接触，利用卸除压力后的残余应力 使管子与管板达到紧密连接，它具有可计算和控 制方便的优 点，胀接压力可精确控制，尤其对 厚 管板全厚度胀接可一次完成，更显示出其独特 的 优势。 2 液袋式胀接技术的特点 胀接质 量 的好坏 主要 取决于 管端 上径 向残 余压缩应力的大小，其值 同管子与管板 的径 向间 隙、表面粗糙度等因素有关。在制造过程中，一 台换热器 中有相当数量 的换热管 ，其外径与管板 管孔之间存在着较大 的间隙，且 由于每根换热管 外径不匀度 以及管板管孔加工质量的因素使 间隙 沿轴向是不均匀的，当间隙很小时，管端的未胀 管段将可 以减轻胀接变形对焊接的影响 ，当间隙 很大 时，过大 的胀接变形会越过未胀区而对焊接 接头产生损伤 ，甚至造成焊 口脱落 ，所 以控制管 子与管板孔的精度及配合成为首要问题。 2 ． 1 管子与管板的公差要求 换热管外径 的均匀一致能保证管子与管板孔 的间隙，内径的均匀一致能保证与液袋式胀管机 胀头的匹配性，从而延长胀头的使用寿命，因此 在采购换热管时要求每台换热器所使用的换热管 在冷拔加工时采用同一炉批次的原料 ，并在 同一 台经校验试验合格的拉管机上生产 ，这样才能保 证每根换热管具有相同的材质 、规格和精度 。一 般管子与管板孔间隙控制在0 ． 3 -4 - 0 ． 0 5 mm范围内， 液袋式胀 头外径与管子 内径公差也控制在0 ． 3 0 ． 0 5 mm范 围内 。 2 ． 2管板孔加工质量的要求 管板与换热管连接接头接触面积的摩擦系数 和粗糙度对拉脱力和密封性能有直接的影响，在 许 多大型的核 电设备上管板孔表面粗糙度都要求 在3 ． 2 u m以上 ，因此应制定正确的加工工艺 ，以 确保管孔加工精度 。另外，液压胀接对管孔的清 洁度要求很高 ，因此要求对 管孔用蒸汽吹扫后进 行化学清洗 ，同时去除所有 可能影响胀接接头强 度的缺 陷，对清洗后 的管孔进行逐一测量 ，对尺 寸偏差较大或较 小的管孔进行编号。对于孔径之 比大于6 的管板加工，尤其要控制管板的装夹、加 作者简介孟静 1 9 6 9 一，女，工程师，主要从事压力容器 制造工艺工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第4 期 孟静等液压胀接技术在生产中的应用 一 3 一 工工艺及切削用量，切 削用量对钻孔质量起着很 重要 的作用 。切削用量与管板材料 、精度要求 、 刀具寿命和生产 效率 有关 ，经多次试验对材料为 3 0 4 不锈钢 的管板，钻头转速 为1 2 0 0 r ／ mi n ，进给 量为0 ． 1 ～0 ． 2 mm／ 转 时管孔粗糙度可达到3 ． 2 1- t m 以上 。 3液压胀接性 能的考核指标 液压胀接接头胀后连接性能 的考核指标为 连接强度和密封性能。 3 ． 1 连接强度 接头的连接强度通常用拉脱力q 来定量表征， 其含义为单位胀接接触面积上接头所能提 供的轴 向力 ，可表达 为 q F ／ n d L 式 中F 接头 沿轴 向连 接破坏 的外力 ， N ； d 换 热管 外径 ，r n l T l ； L 胀接长度，I i l l n 。 拉脱力试验通常在万 能实验机上进行 ，经过 多次拉脱力试验发现 管板孔 内壁粗糙度 、管板 孔与管子之 间的间隙、胀接压力等因素对接 头的 连接强度均有影 响，其 中胀接压力的大小对接头 的连接强度 影响显著 ，接头的拉脱力随胀接压力 的增大而增大，通常在满足设计要求的前提 下， 选择最为经济的胀接压力 。 3 ． 2胀 接接 头密 封性 能 胀接接头的密封性能是考核液压胀接接头的另 一 l 生能指标，可通过试样解剖和液压试验来检验。 4胀接技术要求 4 ． 1试 胀 正式胀接前应进行试胀 ，以检查胀管器 的质 量、管材 的胀接性 能和确定最佳胀接压 力，胀接 用的管子材质 、规格应与产品胀接管子相 同，试 胀用板的材质 、厚度及管孔间距 、管孔尺寸 、加 工质量等均应与产品相同。 试胀件尺寸规格及数量。 当产品管孔中心距s 小于3 d 管孔直径 时， 做试胀 件 一块 ，开孔 1 2 ～ 1 6 个 ，产 品管 为顺排 时 ，试 件 孔 一 般 按 方 阵 布 置 ， 且 不 少 于 3 行 4 列 或4 行3 列 ；产 品管孔 为错排 时 ，试胀 件 的 列 行 是行 列 的 1 ． 5 ～2 倍 ，且不 少于4 行 列 6 y lJ 行 。 4 ． 1 ． 2胀后检验 试胀管子与管孔一一对应 ，编号入座 。用油 漆在试胀块上做 出孔位编号 ，用游标卡尺逐一测 量试胀管壁厚 、管孔直径 ，并做好 记录 。用不 同 的压力进行试胀 ，试胀后对各种压力下 的胀 口进 行 比较性检查 ，检查胀 口部分是否有裂纹 ，胀接 过 渡 部 分 是否 有 剧 烈 变 化 ，然 后进 行 水 压 试 验 及 拉脱力试验 ，选择试压不漏水、拉脱力满足要求 的胀 接压 力作 为生产 用胀 接压 力 。 4 ． 2 胀接顺序 实 际生 产 时 ，为避 免管 板变 形 ，换 热管 发 生弯 曲，产生局部应力 ，必须制 定合理 的胀接顺 序 。首先 ，在装配之前对换热 管外表面及管孔 内 表 面进 行 检 查 、清 理 ，不得 有 影 响胀 接 质 量 的外 在缺 陷。换热管应进行除油、除污 、除氧化膜处 理 ，处理长度 为胀接长度的2 倍 ；其次，按直径偏 差较大 的换热管配偏差较 大的管板孔 的原则进行 穿管 并调整管头长度 ，做到换热管伸 出管板部分 两端均匀 ，然后对管孔进行分 区胀接 ，先在中心 及水平 、垂直位置两端各胀好数根管子 ，然后将 设备 回到原始位置 ，从底 部向中心依次胀 完所有 的换热 管 。 5结束语 实验证 明，对于管板与换热管的胀接接 头， 只要严格控制加工工艺过程 ，保证合适的胀接压 力 ，采 取合 理 的胀接 顺序 及切 实有 效 的检 测手 段 ，完 全能 够为用 户 制造 出优 质 的产 品 。 ◆参考文献 【 1 】 G B1 5 1 - 1 9 9 9 ，管壳式换热器 [ S ]． [ 2 ]孔祥升． 换热器管子与管板连接接头连接方法的试验研 究Ⅲ． 石油化工 设备 ，1 9 9 6 ， 6 ． [ 3 ] 石庭瑞 ． 换热器 的液压胀接 技术及其应用要 点[ J ] ． 石油机 械，2 0 0 1 ， 0 2 3 2 3 5 ． [ 4 】陈凤娟 ，李铁 民，李晓红． 液压胀管技 术在小径管胀 接 中的应用[ J ] ． 电站系统工程 ，2 0 0 1 ，1 7 2 ． 嚷矧 印 _ 卿 日 飙 “o l { 洒 蕊餐 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m