液袋式液压胀接技术在生产中的应用

-34-技术交流石油与化工设备2010年第13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050031）[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；清洁度作者简介：孟静（1969—），女，工程师，主要从事压力容器制造工艺工作。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，避免间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100mm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±0.05mm范围内，液袋式胀头外径与管子内径公差也控制在0.3±0.05mm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3.2μm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-35-第4期工工艺及切削用量，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304不锈钢的管板，钻头转速为1200r/min，进给量为0.1～0.2mm/转时管孔粗糙度可达到3.2μm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/(πdL)式中：F——接头沿轴向连接破坏的外力，N；d——换热管外径，mm；L——胀接长度，mm。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，选择昀为经济的胀接压力。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性能指标，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昀佳胀接压力，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3d（管孔直径）时，做试胀件一块，开孔12～16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列（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。收稿日期：2010-01-05；修回日期：2010-03-05◆参考文献[1]GB151-1999，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[J].石油化工设备，1996，(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，2001，(02):32-35.[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，2001，17(2).孟静等液压胀接技术在生产中的应用