一种管子管板的连接加工工艺的制作方法

本发明涉及换热器领域，特别是涉及一种管子管板的连接加工工艺。

背景技术

c形单管程、立式热交换器是核电系统中的关键设备之一，管板结构是换热器常用的一种结构形式，管板结构的换热器常采用焊接或胀接或焊胀并用的工艺方法连接管子和管板。核电系统中，换热器工作温度和压力较高，在热变形、热冲击、热腐蚀和流体压力的作用下，管子与管板连接处极易被破坏，采用胀接或焊接均难以保证连接强度和密封性的要求。目前广泛采用的是焊胀并用的方法，考虑焊接应力远大于贴胀的胀接残余应力，一般的，采用先焊接后胀接的方法。先焊接后胀接，主要的问题为控制管子和管板上管孔的精度和配合，当焊接完成后胀接时，管子中心线必须与管板管孔中心线重合，否则过大的胀接变形将对焊接接头产生损伤，甚至造成焊口脱焊，在实际操作过程中，较难控制达到要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种管子管板的连接加工工艺，可保证管子管板的连接质量。

本发明所采取的技术方案是：

一种管子管板的连接加工工艺，包括以下步骤：

a、对管板进行堆焊，形成堆焊层；

b、管板上堆焊层的管孔处开坡口，坡口角度为45°，深度为2.5mm；

c、将管子穿入管板上的管孔，管子端部与堆焊层平齐；

d、对管子与管板的焊接区进行胀接；

e、对管子与管板进行焊接，采用氩弧焊填丝焊接；

f、对管子与管板的非焊接区进行胀接。

进一步作为本发明技术方案的改进，步骤e中，采用自动脉冲钨极氩弧焊，焊接电压在8～14v，脉冲基值电流在30～190a，峰值电流在85～220a。

进一步作为本发明技术方案的改进，步骤e中，焊接速度为50～80mm/min。

进一步作为本发明技术方案的改进，步骤e中，焊喉尺寸在2.01～2.61mm，焊喉平均尺寸为2.32mm。

进一步作为本发明技术方案的改进，焊接电压为12v，脉冲基值电流为160a，峰值电流为190a。

进一步作为本发明技术方案的改进，步骤d中的胀接采用机械胀管器，步骤f中的胀接采用液压胀管器。

进一步作为本发明技术方案的改进，步骤e中焊接完成后，对焊缝进行检测，对存在缺陷的焊缝进行返修，清理存在缺陷的焊缝，然后重新胀接和焊接，重新胀接采用改造胀管器，改造胀管器的胀壳与胀珠之间设有圆弧过渡面或45°倒角。

进一步作为本发明技术方案的改进，重新焊接时采用手工氩弧焊，焊接电流为35～85a。

进一步作为本发明技术方案的改进，步骤a中堆焊层为不锈钢，管子的材质为不锈钢，管板的材质为低合金钢。

进一步作为本发明技术方案的改进，管子的直径为20mm，壁厚为2.5mm，管板的厚度为170mm，堆焊层的厚度为6mm。

本发明的有益效果：此管子管板的连接加工工艺，堆焊层增加了管板的耐磨和耐腐蚀能力，焊接前第一次胀接消除管子与管板焊接区域处的间隙，防止焊接不均匀以及换热器工作过程中振动导致焊口产生疲劳破坏，提高焊接质量，采用开坡口填丝焊接，焊接熔深、焊缝承载截面以及焊缝强度大，降低泄漏风险，焊接后第二次胀接，消除管子与管板非焊接区的间隙，防止液体或杂质进入产生腐蚀导致焊缝失效，并且使管子与管板连接更加紧密，通过前后两次胀接以及开坡口填丝焊接，保证管子与管板的连接质量。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例管子和管板的结构示意图；

图2是传统机械胀管器的结构示意图；

图3是本发明实施例改造胀管器的倒角改造的结构示意图；

图4是本发明实施例改造胀管器的圆弧过渡面改造的结构示意图。

具体实施方式

参照图1～图4，本发明为一种管子管板的连接加工工艺，优选的，管子2的直径为20mm，壁厚为2.5mm，管板1的厚度为170mm，包括以下工艺步骤：

a、对管板1进行堆焊，形成堆焊层3，优选的，堆焊层3的厚度为6mm，堆焊材料为不锈钢，管子2的材质为不锈钢，管板1的材质为低合金钢。

b、管板1上堆焊层3的管孔处开坡口4，坡口4角度为45°，深度为2.5mm。

c、将管子2穿入管板1上的管孔，管子2端部与堆焊层3平齐，平齐度为-0.5mm～+0.1mm。

d、对管子2与管板1的焊接区进行胀接。

e、对管子2与管板1进行焊接，采用氩弧焊填丝焊接，焊丝使用直径为0.9mm的er308l焊丝，焊接位置为立向上焊，焊接层数为1～2层。

f、对管子2与管板1的非焊接区进行胀接。

此管子管板的连接加工工艺，堆焊层3增加了管板1的耐磨和耐腐蚀能力，焊接前第一次胀接消除管子2与管板1焊接区域处的间隙，防止焊接不均匀以及换热器工作过程中振动导致焊口产生疲劳破坏，提高焊接质量，采用开坡口4填丝焊接，焊接熔深、焊缝承载截面以及焊缝强度大，降低泄漏风险，焊接后第二次胀接，消除管子2与管板1非焊接区的间隙，防止液体或杂质进入产生腐蚀导致焊缝失效，并且使管子2与管板1连接更加紧密，通过前后两次胀接以及开坡口4填丝焊接，保证管子2与管板1的连接质量。

现有核电系统中c形单管程、立式热交换器的管子管板焊接技术为不开坡口的不填丝管子管板焊缝焊接技术，且管板堆焊材料为镍基，管子材质也为镍基，管子和管孔直径小，为ф17.48mm，管子壁厚小，为1.01mm。镍基材质在焊接时容易出现微观裂纹，从而存在泄漏的风险。不开坡口的管子管板焊缝熔深浅，焊缝承载截面相应的也小，从而焊缝强度较小。焊缝在遇到轻微的摩擦或磕碰时，很容易发生焊缝泄漏的风险。本工艺采用不锈钢材质的管子2和低合金钢材质的管板1，保证管子2和管板1的强度，采用较大直径和壁厚的管子2以及通过开坡口4填丝焊接管子2和管板1，增加焊缝强度，降低泄露风险。

采用开坡口4填丝焊接，焊接难度大大增加，坡口4的尺寸(角度为45°，边长为2.5mm)设置给焊接参数的选取带来了极大的难度。由于坡口4尺寸较小，钨极无法深入坡口4根部，限制了焊接热输入必须足够大才能熔透根部满足焊喉要求，但是焊接热输入过大会导致管子2熔塌、缩口。同时钨极无法深入坡口4根部也可能会导致电弧将管子2和管板1侧壁金属先熔化，溶化后的铁水在液体表面张力的作用下形成浮于根部上方的熔池，阻碍电弧使其无法达到根部，与焊缝根部形成密封腔室，导致根部熔合不良，因此必须选取恰到好处的焊接参数才能保证根部焊缝的质量。通过大量的工艺试验和工艺参数的调整，获得了最优的焊接工艺参数以及返修工艺参数。

作为本发明优选的实施方式，步骤e中，采用自动脉冲钨极氩弧焊，焊接电压在8～14v，脉冲基值电流在30～190a，峰值电流在85～220a。

作为本发明优选的实施方式，步骤e中，焊接速度为50～80mm/min。

作为本发明优选的实施方式，步骤e中，焊喉尺寸在2.01～2.61mm，焊喉平均尺寸为2.32mm。

本工艺中开坡口4填丝焊接采用上述参数，可获得成形良好的焊缝，焊缝根部不连续的不合格点位数为0，焊缝气孔消除。优选的，采用较大的焊接电压和焊接电流，焊接电压为12v，脉冲基值电流为160a，峰值电流为190a，焊接速度为60mm/min，可保证焊接热足够大，熔透根部满足焊喉要求且不会导致管子2熔塌、缩口。

作为本发明优选的实施方式，步骤d中胀接采用机械胀管器，步骤f中胀接采用液压胀管器。机械胀管器胀接的深度为焊接区，液压胀管器的的胀接深度为非焊接区，即管板1厚度减去机械胀管器胀接的深度，液压胀管器的胀接深度大于机械胀管器胀接的深度。

作为本发明优选的实施方式，步骤e中焊接完成后，对焊缝进行检测，对存在缺陷的焊缝进行返修，清理存在缺陷的焊缝，然后重新胀接和焊接，重新胀接采用改造胀管器，如图2所示为传统的机械胀管器，焊缝返修时，清理掉焊缝，由于坡口4的存在，坡口4处为胀接空挡区域，会导致胀珠6有效胀接长度减小，胀接强度下降，影响胀接效果，如图3和图4所示，改造胀管器的胀壳5与胀珠6之间设有圆弧过渡面或45°倒角，圆弧过渡面或倒角面与坡口4面接触，从而保证胀接长度即为胀珠6长度，提高胀接效果。

优选的，重新焊接时采用手工氩弧焊，焊接电流为35～85a，焊接层数为1～3层。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。