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      內孔焊接在進出料換熱器中的應用情況

      點擊:1535 日期:[ 2014-04-26 22:00:53 ]
                                   內孔焊接在進出料換熱器中的應用情況                              劉斌  國德文  邢芳  薛憲彬  楊鵬舉                             (大慶石油化工機械廠,黑龍江大慶163711)     摘要:內孔焊接是為改善端面焊接的缺點而采取的較先進的工藝方案,是一個全焊透的接頭,沒有 縫隙,沒有應力集中點,抗應力腐蝕和抗疲勞強度高,缺點是對管板加工,裝配以及焊接設備及技術要求 較高,返修困難,成本較高。用內孔焊結構代替傳統的管對管板角焊縫結構是提高換熱管與管板連接焊 縫抗應力腐蝕能力和間隙腐蝕能力的根本途徑。本文以苯乙烯裝置進出料換熱器中的內孔焊結構為例, 詳細介紹了內孔焊的實施,通過大量工藝試驗最終在正式產品焊接中獲得了令人滿意的結果。     關鍵詞:內孔焊結構;工藝難點;焊接工藝試驗     中圖分類號:TG 456.7 文獻標志碼:A     換熱器在石油化工領域應用十分廣泛,而換熱管與管板焊接質量的好壞直接影響了整臺換熱器的質量和使用壽命。就換熱管與管板的焊接連接形式而言,可分為端面焊接和內孔焊接兩種方式,端面焊接具有焊接方便,易外觀檢查和修補等優點。其缺點是換熱管與管板之間存在間隙,容易產生腐蝕,而且由于自身的局限性,使得焊接質量難以保證,特別 是無法進行直觀判定其優劣。     內孔焊接是為改善端面焊接的缺點而采取的較先進的工藝方案,他是1個全焊透的接頭,沒有縫隙,沒有應力集中點,抗應力腐蝕和抗疲勞強度高缺點是對管板加工,裝配以及焊接設備及技術要求較高,返修困難,成本較高。     1 問題的提出     在苯乙烯裝置中,三聯換熱器中的進出料換熱 器(TT-2202)是該工藝流程中的核心設備。該換熱 器為立式結構,總高度9 321 mm,總重29 540 kg,材質為304H,規格 為DN2000×16 mm;換 熱管材質為TP304H, 規格為31. 75 mm× 2.11 mm,數量1 932根。換熱管與上管板連接形式為內孔焊接。換熱管與管板連接形式見圖1。內孔焊檢測要求如下:     1) 100%RT檢測,符合Ⅱ級合格要求;     2)內窺鏡內表面宏觀檢測;     3) 0.5 MPa氣密檢測;     4) 0.98 MPa水壓試驗。                          2 內孔焊的實施     “內孔焊”的焊接是一項自動化程度較高的技術,焊接影響因素比較多。每個焊接接頭的焊接過程是自動進行的。焊接電弧是在很深的管板孔內燃燒,與常規焊接相比,操作者無法直接觀察焊接的全過程,焊接結果完全取決于預先調試確定的焊接工藝參數和焊工的操作技能水平。     這種結構制造工藝條件苛刻,焊縫返修極為困難。為了確保1932根換熱管焊接一 次成功,我們進行了大量的工藝試驗,對焊前組裝順序、清理方式、焊接工藝參數進行了反復調整,并在滿足設計圖樣的前提下對其接頭形式、接頭尺寸進行了更為嚴格的規定。通過前期工藝試驗最終對管板結構尺寸進行了微調,調整后管板結構形式見圖2。                              2.1 內孔焊焊接工藝評定     按照外方提出的工藝試驗要求,我們進行了工 藝評定。     1)試件要求     a·管板試件材質應與實際設備使用管板一致 (F304HⅣ,δ=100 mm)。     b·換熱管數量為12根(31.75 mm×2.11 mm),布管形式如圖3所示。                                 2)工藝評定要求     a·焊接采用內孔     焊專用焊機———鎢極 自動氣體保護焊,不 填絲。     b·焊接位置為2G     (即換熱管軸線應垂直 放置,焊縫軸線處于水平面內)。     c·焊接工藝評定的12根管子,6根(圖3中編 號為1#~6#)做環境溫度下的拉伸試驗,拉伸強度不得小于母材要求;其余6根做焊縫內外表面宏觀檢查,然后剖開焊縫做焊縫斷面的缺陷和焊縫厚度檢驗。     3)焊前準備     a·換熱管與管板組對端必須采用機械加工的 方法加工平齊;     b·所有換熱管與管板組對的管端(內外壁) 50mm范圍內用丙酮或酒精擦去油污,清理干凈;     c·管板孔、管板凸臺、管板襯墊內外側用丙酮 或酒精清洗干凈;     4)焊接參數確定     通過前期大量的焊接工藝試驗,最后確定合理 的焊接工藝參數(表1)。                              5)焊縫檢驗     a·射線檢測     按JB/T4730.2標準對焊接接頭進行射線檢 測,12根焊接接頭滿足Ⅰ級合格標準。     b·拉伸強度檢測     經過對試件的拉伸試驗,斷口處均發生母材處, 且抗拉強度都大于母材(換熱管抗拉強度為σb≥515 MPa),拉伸強度檢測結果見表2。                         c·焊縫表面及厚度檢測     經過對其余6根換熱管進行焊縫內外表面宏觀檢測及厚度檢測,結果表明內外部焊縫無任何影響質量的缺陷存在,表面檢測合格,焊縫測厚結果見表3。                      2.2 正式產品焊接     按照上述焊接工藝參數我們進行了實際產品的焊接,1932根換熱管焊接一次合格,合格率達到 100%,其中I級口合格率達到99.84%。     焊接完成后,理化檢測人員采用直角探頭內窺鏡(OLYM- PUS IF6C5X1- 30)對內部焊縫進行了宏觀檢測,結果表明內部焊縫無任何影響質量的缺陷存在, 表面檢測合格。                           焊接接頭的氣密試驗是在宏觀檢測合格后進行的,由于結構的特殊性,只能焊完一根就進行氣密試 驗,我們通過保壓和刷肥皂水進行焊縫的致密性檢 驗。按照設計要求氣密試驗壓力為0.5 MPa,我們 采用壓縮空氣作為氣密介質,并設計了專用工裝,經過氣密檢測無一滲漏,合格率達100%。     3 內孔焊接過程需注意幾點問題     1)由于內孔焊自身結構的局限性,焊接過程不允許出現任何異常,任何缺陷都將會造成無法返修;     2)由于內孔焊屬于自熔焊接不填絲,整個焊接過程沒有焊絲的攪動,任何油污及雜質的存在都將造成氣孔的產生,而且無法對氣孔缺陷進行返修,所 以對母材清理要求格外嚴格;     3)對操作人員應嚴格要求,整個焊接過程必須按制定的工藝執行,不允許有一絲懈怠;     4)焊接設備應有專人管理,建議每一次正式產品焊接前,先進行試件的焊接,確認無異常后方可進行正式產品焊接。     4 結語     1)按照圖樣要求對換熱器殼程進行了0.98 MPa水壓試驗,試驗結果無任何滲漏及異常。     2)內孔焊接是一項全新的換熱管與管板連接 技術,這種結構解決了常規換熱管與管板連接接頭 的間隙腐蝕、應力腐蝕等缺陷,從而延長了換熱器使 用壽命,給用戶帶來了很大的經濟效益。     [參考文獻]     [1]中國機械工程學會焊接學會,焊接手冊.第1卷.北京: 機械工業出版社,157-159.     [2]中國機械工程學會焊接學會,焊接手冊.第2卷.北京: 機械工業出版社,391-397.     [3]洪學立.管子管板內孔焊的實際應用[J].壓力容器.第 22卷.     [4]成大先.機械設計手冊[M].北京:化學工業出版社, 2002.10-164,10-2691. 
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