吴召波

摘 要：在低压加热器的制造过程中，20MnMo材质的管板和TP304换热管的密封焊接的焊缝质量成为薄弱环节。本文采用几种胀接、焊接组合进行工艺优化设计，确定出来最优胀接——焊接工艺。

关键词：低压加热器；管子；管板；胀接；焊接

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

我公司生产的一种低压加热器管板材料为20MnMo材质（锻件），换热管为TP304。管子与管板的连接结构形式为胀焊结合。它们的化学成分和机械性能见表1、表2。20MnMo可焊性较差，很多资料阐明20MnMo材质的管板通常在钻铰孔前预先堆焊一层奥氏体材质的熔敷金属再与不锈钢管子密封焊接，以避免环形焊缝中产生马氏体组织和由此产生的焊接裂纹，这是最理想的焊接结构，但是多年来焊接生产的实践経验验证，由于结构和各种因素造成在管板上不能预堆一层奥氏体不绣钢的熔敷金属，给20MnMo管板与奥氏体不锈钢管带来了困难。由于结构上原因焊后又不能热处理，严格来讲这种焊接方法对保证焊缝质量是个薄弱环节。为此使用TIG焊要求采用先进的环形脉冲焊接方法，进行工艺试验（包括TIG自动环型氩弧焊和TIG手工环型氩弧焊）。以定出最优的焊接工艺。

1 试验材料

管板采用20MnMo材料。换热管采用TP304不锈钢管。管板和管子的化学成分如表1。

2 机组的技术特性与试验件结构与尺寸

机組的技术特性。公司的U形管换热器工况如下：管程设计压力1.6MPa，工作温度低于100℃，介质为热水，换热面积120m2。根据需要，弹性管束采用了1Crl8Ni9Ti（Φ19mm×2.0mm），管板采用20MnMo钢板，有效厚度为200㎜。由设计结构知，不锈钢管与管板的连接，尽管在换热管与管孔之间有间隙，但壳程物料没有间隙腐蚀，而且在操作过程中换热器也没有较大的振动，因此，采用的是强度胀接+焊接的连接形式。

3 胀接、焊接工艺试验

3.1 TIG自动环型氩弧焊参数

焊接电流：高电平98A，低电平65A。氩气流量12L/min。焊接速度20mm/min。

3.2 试验设备

国产408型TIG自动环型氩弧焊。

3.3 TIG手工环型氩弧焊参数

焊接电流：高电平60A。氩气流量12L/min。焊接速度45mm/min。

4 胀接、焊接单管拉脱力试验

4.1 试验设备

WDW-50E型微机控制电子式万能试验机。

4.2 拉脱试验件尺寸

采用50mm×50mm×60mm材质为20MnMo的试块；试管采用φ16×0.9 L=150mm的TP304不锈钢管 。

4.3 拉脱试验数据

表中明显看出接头强度较高，能满足设计要求，采用胀接后密封焊结构更为合理，能保证此种低加的正常运行。

5 密封试验

进行3.2MPa的水压试验，保压24小时。经试验采用设计的最优胀接-焊接工艺生产的试件无泄漏现象。

6 结论

（1）生产实践证明，选用上述焊接顺序及焊接参数，能有效地进行此种低价的管板和管子的胀接、焊接。

（2）不锈钢管子20MnMo管板焊接焊前清理是非常重要的，采用手工TIG焊时，焊接参数的设置、焊接操作人员必需経培训并持有操作上岗证。数字电子控制TIG焊焊机头的位置调整、焊接参数需経工艺试验合乎规范后方可施焊。解决好这些问题，就可以获得外观成形和内在质量都满足要求的焊缝。

（3）使用的胀接-焊接并用结构的换热器，结合我公司的实际生产况态，严格执行工艺规程，通过一系列的质量控制措施，可以制造出高质量、寿命长、用户满意的换热器。

参考文献：

[1]张光庆等.管壳式热交换器制造中管子与管板接头的胀接方法探讨[J].电站辅机，1996，2（06）：40-44.

[2]郭学军.换热器中管子与管板的联接方式述评[J].安徽化工，2003（04）：39-41.

[3]陈大雄等.管子与管板的自动焊接[J].化工炼油机械，1984，13（02）：29-34.

[4]陈永宁.管子与管板先胀后焊与先焊后胀的工艺性能比较[J].压力容器，1986，3（01）：37-41.