专利名称：一种换热器的内孔焊接方法
技术领域：
本发明涉及一种焊接方法，该焊接方法适合于换热器的换热管与管板之间的氩弧焊焊接。
背景技术：
换热器的换热管与管板之间的普通焊接方法是在管板的外侧，采用氩弧焊的方法将穿过管板的换热管与管板焊接在一起，属于角焊缝形式。这种焊接方法，工艺介质流入换热管时，会直接冲刷焊缝。
低压反应水冷凝器是用于生产硝酸的重要设备，其作用是将氧化氮气中的冷凝液快速冷凝。换热器的管程介质为氧化氮气(中度危害)，壳程介质为冷凝水。由于低压反应水冷凝器工作环境恶劣，温度变化大，管程介质对焊缝的冲刷腐蚀严重，所以，不适合采用普通焊接方法焊接设备工艺气体入口端的换热管与管板。
内孔焊接方法是将专用焊枪插入换热管中，采用无焊丝自动氩弧焊接的方法，将换热管与管板焊接起来，属于对接焊缝形式。内孔焊接方法可以避免工艺介质直接冲刷焊缝，在承受交变应力和防止液体冲刷方面均优于传统的普通焊接方式。
日本在八十年代最早采用内孔焊接方法应用于低压反应水冷凝器上入口端换热管与管板之间的焊接，其焊接方法是先在管板上钻好直径与换热管内径相同的圆孔，再于管板的内孔焊端加工出一个直径相当于换热器外径的凹台，焊接时将换热管插入凹台内，氩弧焊枪插入管孔进行焊接。
这种内孔焊接方法虽然管板加工简单，焊接时换热管可插入凹台中，换热管与管板的对接方便，但是也存在不足之处，首先是焊接后的应力不能释放；其次，焊接时管板升温比换热管慢，影响焊接质量；同时，由于焊缝位于管板的内部，焊接后也不方便观测焊接的质量好坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种换热器的内孔焊接方法，以降低焊接应力，保证焊接质量，从而提高换热器的使用寿命。
本发明的换热器内孔焊接方法包括在换热器的管板上加工圆孔；在管板上的内孔焊端，围绕每个圆孔加工环形凹槽作为应力释放槽，使圆孔与环形凹槽之间构成一个环形凸台；换热管与管板上的环形凸台对接在一起；将氩弧焊枪插入换热管中，对接缝处进行氩弧焊内孔焊接。
其中，换热器管板上加工的圆孔直径与换热管的内径相同，环形凹槽的内径不小于换热管的外径。
更优选的是，环形凹槽的内径与换热管的外径相等，此时，环形凸台的厚度与换热管的管壁厚度相同。
本发明由于在每根换热管周围的管板上都加工环形凹槽作为应力释放槽，焊接时产生的应力很容易释放出来，从而降低了焊接应力，同时，在焊接时管板上的环形凸台升温速度与换热管的升温速度基本接近，可以有效保证焊接的质量，提高换热器的使用寿命，具有很好的焊接性能，而且焊接后的焊缝位于管板的表面，也便于观测焊接质量的好坏。
除用于生产硝酸的低压反应水冷凝器外，其它具有温度变化大、产生交变应力、对焊缝冲刷腐蚀严重等特点的工作状况较差的换热器，都可以使用本发明的内孔焊接方法制作，可以有效提高换热器的使用寿命。
图1是本发明内孔焊接方法的示意图。
具体实施例方式
低压反应水冷凝器是生产硝酸的重要设备，该设备为管壳式换热器，总长14.6m，管板直径φ2124mm，管板上均布有2020根换热管，设备换热面积1798m2，净重48055Kg。
制造低压反应水冷凝器时，首先加工好包括管板、换热管、折流板、拉杆等冷凝器的内部零件，再进行包括筒节的下料和卷制以及筒节之间的组对和焊接等工序，制作出换热器的简体，接着组装管束并穿换热管，再将管束穿入换热器筒体内，准备与管板对接进行内孔焊接。
低压反应水冷凝器工艺气体入口端管板2与换热管4的内孔焊接方法如图1，首先在管板2上钻出2020个孔径为φ21.40+0.05mm(与换热管4的内径相同)的圆孔，接着在管板2与换热管4连接的内孔焊端每个圆孔的周围都加工出一个φ29.4mm的环形凹槽6作为应力释放槽，环形凹槽6的槽宽3mm，槽深3mm，从而在圆孔与环形凹槽6之间形成一个环形凸台，环形凸台的宽度与换热管4的管壁厚度相同。焊接时，将换热管4对准管板2上的环形凸台，氩弧焊枪1插入管板2内，钨极3对准管板2与换热管4的连接处，采用无焊丝双面氩气保护自动氩弧焊进行焊接。焊接后的焊缝5立即进行单根局部0.54MPa水压实验，以保证每根换热管4的内孔焊接质量。
接着再采用普通焊接方法，将换热管4的另一端与换热器出口端管板焊接在一起，并进行换热管的贴胀，最后制作并焊接管箱。
低压反应水冷凝器制造好后，根据设计要求，按照GB150-1998标准分别对设备壳程进行0.58MPa水压试验，对管程进行0.54MPa水压试验，合格率达到100％；按照HG20584-98标准对壳程进行0.48MPa的1％氨渗漏试验，合格率100％。
新制作的低压反应水冷凝器于2005年1月13日安装后投入生产运行，至今没有发现任何异常问题。
权利要求
1.一种换热器的内孔焊接方法，包括在换热器的管板上加工圆孔；在管板上的内孔焊端，围绕每个圆孔加工环形凹槽，使圆孔与环形凹槽之间构成一个环形凸台；换热管与管板上的环形凸台对接在一起；将氩弧焊枪插入换热管中，对接缝处进行氩弧焊内孔焊接。
2.根据权利要求1所述的换热器内孔焊接方法，其特征是在换热器管板上加工圆孔的直径与换热管的内径相同。
3.根据权利要求1或2所述的换热器内孔焊接方法，其特征是环形凹槽的内径不小于换热管的外径。
4.根据权利要求3所述的换热管内孔焊接方法，其特征是环形凹槽的内径等于换热管的外径。
全文摘要
本发明涉及一种换热器的内孔焊接方法，是在换热器的管板上加工圆孔，管板内孔焊端圆孔周围加工环形凹槽作为应力释放槽，在圆孔与环形凹槽之间构成环形凸台，将换热管与环形凸台对接在一起，氩弧焊枪插入换热管中对接缝处进行氩弧焊内孔焊接。本发明在每根换热管周围的管板上都加工环形凹槽作为应力释放槽，焊接时产生的应力容易释放出来，降低了焊接应力，管板环形凸台升温速度与换热管升温速度基本接近，可以有效保证焊接的质量，提高换热器的使用寿命。
文档编号B23K101/14GK1792532SQ20051004827
公开日2006年6月28日 申请日期2005年12月31日 优先权日2005年12月31日
发明者郭继承, 陈亮, 王彦灵, 彭卫华, 姬天德 申请人:天脊煤化工集团有限公司