換熱器鋼管與管板的5種連接結構形式,鋼管與管板的連接，在管殼式換熱器的設計中，是一個比較重要的結構部分。它不僅加工工作量大，而且必須使每一個連接處在設備的運行中，保證介質無泄漏及承受介質壓力能力。
對于管子與管板的連接結構形式，主要有以下三種，（1）脹接，（2）焊接，（3）脹焊結合。這幾種形式除本身結構所固有的特點外，在加工中，對生產條件，操作技術都有一定的關系。 用于管殼之間介質滲漏不會引起不良后果的情況下，脹接結構簡單，管子修補容易。由于脹接管端處在脹接時產生塑性變形，存在著殘余應力，隨著溫度的上升，殘余應力逐漸消失，這樣使管端處降低密封和結合力的作用。所以此脹接結構，受到壓力和溫度的一定限制。一般適用壓力P0≤4MPa，管端處殘余應力消失的極限溫度，隨材料不同而異，對碳鋼、低合金鋼當操作壓力不高時，其操作溫度可用到300℃。為了提高脹管質量，管板材料的硬度要求高于管子端的硬度，這樣才能保證脹接強度和緊密性。 對于結合面的粗糙度，管孔與管子間的孔隙大小，對脹管質量也有一定的影響，如結合面粗糙，可以產生較大的摩擦力，脹接后不易拉脫，若太光滑則易拉脫，但不易產生泄漏，一般粗糙度要求為Ra12.5。為了保證結合面不產生泄漏現象，在結合面上不允許存在縱向的槽痕。 管孔有光孔和帶環形槽孔兩種，管孔的形式和脹接強度有關，在脹口所受拉脫力較小時，可采用光孔，在拉脫力較大時可采用帶環形槽的結構。 光孔結構用于物料性質較好的換熱器，脹管深度為管板厚度減3mm，當管板厚度大于50mm，脹接深度e一般取50 mm，管端伸出長度2～3 mm。 當脹接時，將管端脹成圓錐形，由于翻邊的作用，可使管子與管板結合得更為牢固，抗拉脫力的能力更高。當管束承受壓應力時，則不采用翻邊的結構形式。 管孔開槽的目的，與管口翻邊相似，主要是提高抗拉脫力及增強密封性。其結構形式是在管孔中開一環形小槽，槽深一般為0.4~0.5 mm,當脹管時，管子材料被擠入槽內，所以介質不易外泄。在管孔中開槽數根據管板厚度而定，當管板小于30 mm時，開一個槽，管板厚度≥30 mm時，開二個槽。 脹接深度按全脹型與不脹型決定，對于管板采用不全脹型時，當管板厚度大于50 mm，其脹接深度仍采用50 mm。 管板為復合鋼板，開槽位置分兩種情況，覆層較薄時，開槽位置均在基層上，如覆層較厚時，則一個槽可開在復層上，但不允許將槽開在覆層與基層之間。 管子與管板的焊接，目前應用較為廣泛，由于管孔不需開槽，而且管孔的粗糙度要求不高，管子端部不需退火和磨光，因此制造加工簡便。焊接結構強度高，抗拉脫力強，當焊接部分滲漏時，可以補焊，如須調換管子，可采用專用刀具拆卸焊接破漏管，反而比拆卸脹管方便。 管子與管板的焊接，其焊縫的剪切斷面應不低于管子斷面的1.25倍。 不銹鋼管與管板，一般采用焊接結構，不管其壓力大小，溫度高低。為了在停車后，避免管板上有流體停滯，并補償管子入口處壓力損失的特殊情況，減少管口阻力，可將管子縮在管板孔內部一定位置，但這種結構焊接技術要求較高，一般需用自動氬弧焊機，質量才能得到保證，在焊接過程中管口易堵死，尤其對于小直徑的管子，在焊接時應引起注意。有時為了減小焊接應力，可以在管板孔口處向下加工出凹形槽面，該結構一般都用于不銹鋼和管板的焊接。在管孔周圍開溝槽，加工麻煩，工作量大，在目前施工中已將溝槽革除。 對于壓力高、滲透性強，或在一側有腐蝕性的介質，為保證不致泄漏后污染另一側物料，這就要求管子與管板的連接處絕對不漏，或為了避免在裝運及操作過程中的振動對焊縫的影響，或避免縫隙腐蝕的可能性等。 脹焊結合的結構，從加工工藝過程來看，有先脹后焊，先焊后脹，焊后脹接及貼脹等幾種形式。 先脹后焊，在施焊前先脹管，可以提高焊縫抗疲勞的性能，因脹管后使管避緊貼于管板孔壁上，可以防止在焊接時產生裂紋。但是在脹管時由于使用潤滑油而進入接頭的縫隙中，這些殘留的油污存在及間隙中空氣受熱膨脹而氣化，在焊接接頭過程中高溫的作用下生成氣體，從焊面逸出，致使焊縫產生氣孔，嚴重影響焊縫質量，所以在焊接前必須將這些殘留的油污清洗掉。 先焊后脹：采用先焊后脹可消除上述現象，但采用先焊后脹可能在脹接時使焊縫開裂。為防止這一現象的產生，除在脹接時仔細進行操作控制得當外，在管端，即在第一條槽離管板表面的距離要考慮得大一些，約16 mm左右，在離管板表面10～12 mm的范圍內不進行脹接，以避免脹管時損壞焊縫。先焊后脹的優點在于不需清理脹管后殘留的油污，但對焊后脹管時的脹管位置要求較高，必須保證在10～12 mm的范圍內不進行脹接，否則容易損壞焊縫。 先脹后焊或先焊后脹，對于焊接部分：有密封焊與強度焊兩種焊接形式的區別，對脹接部分，有強度脹接及貼脹的區別。如脹接與密封焊結合的結構，是以脹接承受作用力，而密封焊則保證密封性。密封焊的高度一般為1～2 mm，這樣不會影響脹接強度，但在焊接時一定要清理接頭處的油污。強度焊與脹接（貼脹）結合的結構，是以焊接承受作用力，而貼脹的目的只是消除管子與管板之間的間隙，以防止縫隙受有腐蝕性介質的侵蝕。 焊后脹接及貼脹：焊后脹接及貼脹一般使用于壓力較高的換熱設備上，該焊接部分為加強密封焊，焊接腰高采用2.8 mm，脹接部分承受作用力，當脹接失效時，加強密封焊可起承受作用力的作用，貼脹部分為消除縫隙腐蝕。 焊脹結合的結構在什么條件下，采用先焊后脹或先脹后焊，目前還無統一規定，但一般都趨向于先焊后脹為宜。目前，因各制造廠的加工藝，設備條件的不同，都習慣于本廠的制作方法。 內孔焊是管孔在殼程側形成的是對接結構，換熱管與其對接焊接，需要專門的焊接設備。內孔焊是管板經過加工與換熱管形成對接焊縫形式，要有特殊的設備，將焊槍從管板側的管孔深入到焊縫處進行焊接（從原來的交接接頭變成了對接接頭），優化了換熱管與管板連接處的應力狀態，大大減小了邊緣應力。對于有應力腐蝕、或間隙腐蝕介質的換熱器非常實用。 但是內孔焊對焊接技術水平要求高，難度大，出現焊接缺陷后無法返修，會導致整臺換熱器的報廢。為保證焊接合格，需要嚴格按照施工工藝參數進行焊接、檢測等。 管子與管板連接采用爆炸脹接的方法，在國外已開始采用，這是近年來發展起來的一項新工藝，由于采用爆炸脹接加密封焊或強度焊接方法，不但連接強度高，而且脹接效率有很大的提高。爆炸脹接時不用潤滑油，管端無油污存在，對脹后焊接有很大的好處。 爆炸脹接是利用炸藥，在極短的時間內，管內在高壓氣體沖擊波的作用下，發生變形，使管避牢固的緊貼在管板孔上。爆炸脹接適用于薄壁管、厚壁小直徑管及大厚度管板的脹接。爆炸脹接的優點是抗拉脫力大，管子軸向延伸率和變形小，當管子的管端泄漏后，在不能用機械脹管修復時，采用爆炸脹接進行修理效果很好。
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