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行業(yè)新聞
您當(dāng)前位置：網(wǎng)站首頁 > 行業(yè)新聞- 內(nèi)螺紋鋁管脹管試驗論證的方法和理論嚴謹
- 2019/12/19 閱讀次數(shù)：[716]
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內(nèi)螺紋鋁管脹管時凸筋受到損傷，內(nèi)螺紋鋁管脹管試驗論證的方法和理論嚴謹直接影響內(nèi)螺紋鋁管的傳熱性能。為此，本文采用新的脹管方式對內(nèi)螺紋鋁管機械脹管工藝進行了研究。結(jié)果表明：影響內(nèi)螺紋鋁管凸筋損傷程度的因素有芯頭定徑帶直徑、摩擦條件、脹管方式等，芯頭定徑帶直徑越小，潤滑條件越好，采用多次脹管，凸筋損傷小。分析了幾種常見的管子管板脹接方法,提出了脹接過程中的要求和注意事項。無論是機械脹接還是液壓脹接,均在各類核電換熱器制造中得到了廣泛應(yīng)用。脹接后,可選取不同的脹接公式進行脹緊率的計算。在核電換熱器的管子管板脹接中,換熱管的壁厚減薄率可根據(jù)脹接方法及脹管要求進行選擇。液壓脹接具有應(yīng)力均勻、脹接長度大、過渡區(qū)殘余應(yīng)力小等優(yōu)點。 管子與管板的連接方式有數(shù)種,如焊接、脹接和脹、焊并用連接等。盡管它們各具優(yōu)點,但對運行條件苛刻的大型換熱器來講,若采用上述管、板連接方法,則會因連接處難以避免和處理的應(yīng)力腐蝕,疲勞斷裂,脆性斷裂等致命缺陷,無法保證其使用壽命和安全運行。管、板脹、焊、脹連接工藝就是為了獲得理想的低應(yīng)力接頭而進行研究的課題。此項成果已成功地應(yīng)用于我國第一套高空臺排氣冷卻裝置的大型薄板換熱器的現(xiàn)場加工上,1990 年11 月被建設(shè)部評為全國施工新技術(shù)優(yōu)秀項目含脹、焊、脹工藝技術(shù)在內(nèi)的大型壓力容器現(xiàn)場組裝技術(shù)獲四川省1990 年度科技進步一等獎;1991 年又被評為全國安裝行業(yè)科技進步一等獎。
一、原理及適用條件
本工藝的實施步驟是脹-焊-脹。它巧妙地運用脹接過程的超壓過載技術(shù),通過對管與管板的環(huán)形焊縫進行復(fù)脹,造成應(yīng)變遞增而應(yīng)力不增加,即讓該區(qū)域處于屈服狀態(tài),在焊縫的拉伸殘余應(yīng)力場中,留下一個壓縮殘余應(yīng)力體系。兩種殘余應(yīng)力相互疊加的結(jié)果,使其拉伸殘余應(yīng)力的峰值大減;二次應(yīng)變又引起應(yīng)力的重新分布,結(jié)果起到調(diào)整和均化應(yīng)力場的效果,最終將殘余應(yīng)力的峰值削弱到預(yù)定限度以下。
本工法適用于管子與管板的脹、焊并用連接型列管式換熱器的工廠或現(xiàn)場加工。管板厚度范圍為16~50mm,材質(zhì)為碳鋼者,應(yīng)符合GB150-89 第二章2.2 條的規(guī)定;若采用16Mn 時,應(yīng)分別符合GB3274-88 和GBI591-79 中的有關(guān)規(guī)定;換熱管束應(yīng)符合
1.對換熱管和管板的質(zhì)量檢查
(1)管子內(nèi)外表面不允許有重皮、裂紋、砂眼及凹痕。管端頭處不得有縱向溝紋,橫向溝紋深度不允許大于壁厚的1/10。管子端面應(yīng)與管子軸線垂直,其不垂直度不大于外徑的2%。
(2)換熱管的允許偏差應(yīng)符合表25-1 要求。
(3)管孔表面粗糙度Ra 值不大于12.5μm,表面不允許有縱向或螺旋狀刻痕。
管孔壁面不得有毛刺、鐵屑、油污。
(4)管孔的直徑允許偏差應(yīng)符合表25-2 規(guī)定。
抽查區(qū)域應(yīng)不小于管板中心角60°范圍內(nèi)管孔孔徑,允許抽查區(qū)域內(nèi)有4%管孔直徑偏差比表25-2 中數(shù)值大0.15mm。
2.對工藝評定的要求
實施本工法時,必須按照正確方法完成下列工藝評定:
(1)換熱管與管板接頭貼脹工藝評定。
(2)換熱管與管板接頭焊接工藝評定。
(3)換熱管與管板低應(yīng)力接頭復(fù)脹工藝評定。
3.對管子鋁管與管板結(jié)合部位的清理
(1)換熱管管身應(yīng)清理干凈,保證在穿管時不污損管孔壁畫。
換熱管管端外表面應(yīng)除銹至呈金屬光澤(但不得出現(xiàn)棱角),其長度不小于二倍管板厚度。
(2)管板孔壁應(yīng)清除干凈,不得有油漬、污物,并將管孔壁除銹至呈金屬光澤。必要時可用有機溶劑清洗管板孔壁。
4.對工具、機械的要求
(1)使用的電子扭矩搬手應(yīng)調(diào)走在規(guī)定的扭矩值上,并經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)測力計校核。
(2)脹管器應(yīng)選用前進式不帶翻邊脹珠的直邊脹管器。脹管器尺寸應(yīng)與管板厚度和管子內(nèi)徑相適應(yīng)。
(3)脹管器脹桿和脹珠的直度;脹桿和脹珠圓錐度配合;脹珠在巢孔中的間隙;測量脹珠的位移應(yīng)符合其產(chǎn)品說明書上的要求。
(二)工藝程序
1. 主要工藝程序(見圖25-1)
2.穿管和貼脹不論是采用邊穿邊貼脹,還是穿完全部管子后再貼脹,都要預(yù)先設(shè)計貼脹順序,以防止管子由于軸向積累伸長而引起管板變形。
貼脹順序設(shè)計的原則是:軸向?qū)ΨQ,分區(qū)定點,定距定心,區(qū)內(nèi)反階,間隔跳動。管子與管板放射式脹接程序見圖25-2,管子與管板跳躍式程序見圖25-3。
對于管板較大的換熱器。首先鋁管應(yīng)按上述原則,按板中心作二條互相垂直的軸線,并沿軸線把管板劃分為若干個小區(qū),這些小區(qū)一定要以中心軸對稱。在對稱的小區(qū)中先選
有代表性的點(即在管板上均布的點)先在那里完成脹接固定,實現(xiàn)二個管板間的走距和定心,在這些點進行脹按時,可以由內(nèi)向外,或由外向內(nèi),原點向四周放射,但一定要按原點對稱進行。
管板在定距定心后,即可開展大面積的脹接。作業(yè)時,分成若干組(按作業(yè)面大小而定),同時在相互對稱的小區(qū)內(nèi)作業(yè),小區(qū)內(nèi)則應(yīng)按反階式順序進行。
3.貼脹
(1)貼脹要求的環(huán)境條件:環(huán)境氣溫不應(yīng)低于5℃,不應(yīng)受雨、雪侵襲。
(2)將電子扭矩搬手調(diào)走在規(guī)定的扭矩值上,并予以鎖定。電子扭矩搬手應(yīng)在規(guī)定的校驗期內(nèi)使用。
(3)作業(yè)人員應(yīng)注意搬手的聲光報警,報警后應(yīng)立即停止作業(yè)。
4.焊接
(1)焊接要求的環(huán)境條件:
環(huán)境氣溫應(yīng)符合設(shè)計要求,如設(shè)計無規(guī)定時,其環(huán)境氣溫不低于5℃。手工焊時,其環(huán)境風(fēng)速應(yīng)小于10m/s,相對濕度小于90%,且無雨、雪侵襲。
如上述條件不能滿足時,應(yīng)采取措施,否則應(yīng)停止作業(yè)。
(2)焊工必須持有鍋爐壓力容器焊工考試合格證。其合格項目應(yīng)與實際位置相符,并應(yīng)按本工法的工藝評定試驗考試合格,方可上崗。
(3)焊接前應(yīng)確認貼脹已完成。焊區(qū)內(nèi)的一切浮銹、抽污、雜物已清除干凈。
(4)焊接順序應(yīng)與貼脹順序相同。但在鋁管每個小區(qū)內(nèi)直按照反階式順序間隔跳動進行。手工焊時,若管橋間距較小,應(yīng)考慮將相鄰二管口焊縫的起弧和收弧點錯開。不允許在坡口外引弧。
(5)焊渣及突出于管內(nèi)壁的焊瘤和飛濺物均應(yīng)清除干凈。
(6)焊縫返修應(yīng)按返修工藝評定進行。
4.復(fù)脹
(1)復(fù)脹的環(huán)境條件:復(fù)脹時環(huán)境溫度應(yīng)不低于5℃。且脹接處的管板溫度不低于該管板材料的FTE 溫度。
(2)復(fù)脹前焊縫應(yīng)經(jīng)VT,MT(或PT)探傷合格。
(3)復(fù)脹時使用的電子扭矩搬手必須在校驗期內(nèi)。
使用前應(yīng)先完成復(fù)脹工藝評定,再將電子搬手的扭矩值調(diào)定在工藝評定所選走的值上,并予鎖定。
(4)復(fù)脹的作業(yè)順序可參照焊接的順序進行。
(5)作業(yè)時當(dāng)電子扭矩搬手發(fā)出報答信號時,應(yīng)立即停止作業(yè)。
三、質(zhì)量控制、標(biāo)準(zhǔn)及主要措施
(一)主要質(zhì)量控制流程(見表25-3)
(二)主要的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
1.外觀檢查
(1)換熱管的脹接部位和非脹接部位手感檢查應(yīng)過渡圓滑,不得有棱角。
(2)脹接長度應(yīng)符合圖紙要求。
(3)用10 倍放大鏡檢查焊縫外觀,應(yīng)符合下列要求:
1)焊縫尺寸應(yīng)符合圖紙及規(guī)范要求。
2)表面不允許有裂紋、氣孔、弧坑、夾渣等缺陷,并不得保留有溶渣和飛濺物。
3)在圖紙對咬邊缺陷無特殊規(guī)定時,咬邊深度不大于0.5mm,咬邊總長度不大于焊縫總長的10%。
4)焊縫應(yīng)向母材鋁管圓滑過渡。如設(shè)計需要打磨焊縫時,不得損傷管板母材,且打磨處不得凹陷,局部凹陷不允許超過管板厚度的負偏差。
4)管板的最終不平度應(yīng)符合設(shè)計要求。
2.無損探傷
(1)完成焊接24h 后,用PT(MT)探傷進行檢查,無裂紋為合格。
PT 探傷應(yīng)符合GB150 一89(壓力容器》規(guī)范附錄H“鋼制壓力容器滲透探傷”。MT 探傷應(yīng)符合JB3965 一85《鋼制壓力容器磁粉探傷》。
(2)復(fù)脹完成后應(yīng)進行PT 或MT 探傷,探傷標(biāo)準(zhǔn),合格行要求同焊后探傷。
(3)如認為有必要,可以在水壓試驗完成后再進一次抽查性PT 或MT 探傷,標(biāo)準(zhǔn)同前。抽查部位由設(shè)計部門指定,元裂紋為合格。若發(fā)現(xiàn)裂紋,應(yīng)全部進行PT 或MT 探傷。
3.水壓試驗及煤抽滲漏試驗
(1)煤油滲漏試驗:
對于不能用水壓試驗檢驗其強度及嚴密性的換熱器,應(yīng)用煤油滲漏試驗進行檢查,無滲漏為合格。
(2)水壓試驗:
所有能夠進行水壓試驗的換熱器,都應(yīng)進行水壓試驗。
水壓試驗的壓力PT 設(shè)計要求確定,當(dāng)設(shè)計無規(guī)定時,按下式計算:
式中 [σ]——試驗溫度下材料許用應(yīng)力(MPa);
[σ]t——設(shè)計溫度下材料許用應(yīng)力(MPa);
P——設(shè)計壓力(MPa)。 4MPa 的低合金鋼材料的殼體或管板,在水壓試驗時,試驗水溫不低于15℃,如圖紙另有特殊規(guī)定,則按其規(guī)定執(zhí)行。
試驗時,應(yīng)緩慢升壓至試驗壓力,穩(wěn)壓30min,然
若[σ]/[σ]t 值大于1.8 時,按1.8 計。
試驗水溫一般不低于5℃,對于σs>后緩慢降壓至試驗壓力的80%,對全部焊縫進行檢查,無滲漏為合格。
(三)控制質(zhì)量的主要措施
(1)為了保證管板的不平度鋁管,應(yīng)設(shè)置若干個監(jiān)測點,用百分表對管板進行動態(tài)監(jiān)測,根據(jù)檢測數(shù)據(jù),調(diào)整作業(yè)順序。監(jiān)測點應(yīng)均勻分布于管板上,而且每次作業(yè)時的監(jiān)測點應(yīng)在同一部位。
(2)考試合格的焊工在作業(yè)之前應(yīng)進行適應(yīng)性訓(xùn)練,訓(xùn)練時的管板孔幾何尺寸(不含厚度尺寸)及管子直徑,壁厚應(yīng)與實物相同。
(3)為了保證管子與管板孔焊接質(zhì)量,貼脹時脹管器不應(yīng)用潤滑脂潤滑。
(4)焊條的保溫筒應(yīng)先進行預(yù)熱,然后再裝人焊條進行,不允。使用時,不得使其處于敞口狀況。
(5)管板背面一側(cè)孔口,宜倒棱圓滑,倒棱尺寸為0.5mm×0.5mm,以為提高抗疲勞能力。
(6)管體和簡體的水壓試驗應(yīng)分別許同時進行。試驗時應(yīng)注意排盡試壓腔內(nèi)的氣體。放水時,應(yīng)先打開放氣閥,并應(yīng)使放水速度不致過大。
四、機具設(shè)備
機具設(shè)備的型號和數(shù)量與設(shè)計、作業(yè)內(nèi)容、工程規(guī)模等因素有關(guān)。對于焊接設(shè)備、脹管機具、監(jiān)測儀表的數(shù)量,還取決于實施本工藝中的規(guī)模、工期與勞動組合。
1.貼脹工藝評定的機具設(shè)備
(1)材料拉力試驗機60~100t 1 臺
(2)單管試壓器9.80MPa 1 件
(3)軸承式脹管器ф19~ф50 1 件
(4)電子扭矩搬手DDB515 1 件
(5)電動試壓泵泵14.7MPa 1 件
2.焊接工藝評定的機具設(shè)備
(1)焊接設(shè)備:
其型號取決于設(shè)計規(guī)定,如規(guī)定為手工電弧焊時:
直流電焊機Ax3 一300 一1 1 臺
(2)試件加工設(shè)備:
銑床 1 臺
平面磨床 1 臺
(3)金相設(shè)備:金相顯微鏡xJ16 1 臺
(4)維氏硬度計 1 臺
(5)10 倍放大鏡 1 個
3.低應(yīng)力接頭工藝評定
(1)電阻應(yīng)變儀YJD 一1 1 臺(套)
(2)電阻應(yīng)變花TJ 一120-1.5 一ф1.5 15 片
(3)回轉(zhuǎn)式噴吵打孔裝置PSJ 一1 1 套
(4)殘余應(yīng)變花TJ 一120 一1.5 一ф1.5 15 片
(5)測力計CLJ 一1 1 臺
(6)扭矩傳感器 1 件
4.脹焊脹施工機具設(shè)備
(1)軸承式脹管器 1~20 件
(2)電子扭矩搬手DDB515 1~20 件
(3)焊接設(shè)備(型號由設(shè)計定) 1~6 臺
五、勞動組織
一臺換熱器直徑為ф57×3.5,管束為400 根的固定管板式換熱器,其脹、焊、脹工藝的勞動組織如下:
管工 2 人 6 天
焊工 4 人 13 天
焊接技術(shù)人員 1 人總工期15 天
質(zhì)量檢查員 1 人
無損探傷人員 1 人
六、安全措施
(1)加強安全教育,建立安全交底,檢查制度,人人明確本工種的安全操作規(guī)程。
(2)電焊機、殘余應(yīng)力打孔機的空壓機等用電設(shè)備必須有良好的接地或接零,電焊機的二次線路通過道路時應(yīng)外加保護套管。用電設(shè)備應(yīng)有防雨淋設(shè)施。
(3)單管水壓試驗時,壓力表盤直徑不小于φ100mm,精度為1.5 級,量程為試驗壓力的1.5 倍,壓力表應(yīng)經(jīng)計量部門校驗合格。試驗壓力必須小于試壓器的允許工作壓力。
(4)用銑刀銑削試件時,應(yīng)穿好工作服,戴防護眼鏡。
即消除殘余應(yīng)力后的最大允許裂紋尺寸比未消除殘余應(yīng)力的最大允許裂紋尺寸大1.5 倍,其允許使用壽命就長。
另外,從應(yīng)力腐蝕角度而言,作用于構(gòu)件的殘余應(yīng)力危害程度比外加荷載更為嚴重,故殘余拉應(yīng)力愈大,腐蝕速率愈快,因此,消除殘余拉應(yīng)力可以大大降低應(yīng)力腐蝕的危害,延長使用壽命,這是顯而易見的。
八、經(jīng)濟效益和社會效益
本工法采用了國內(nèi)最新的管子與管板脹、焊、脹連接工藝,解決了大型高溫?zé)峤粨Q器早期損傷泄漏的難題,為我國第一一套高空臺排氣冷卻裝置的配套投入使用,發(fā)揮了極為關(guān)鍵的作用和效果。給國家節(jié)約了大量的外匯,并為我國般天科技的發(fā)展贏得了寶貴時間。今后若能在石油、化工和鍋爐制造、安裝等領(lǐng)域推行本工法,定會帶來更大的經(jīng)濟效益和社會效益。
九、應(yīng)用實例
本工法曾在我國目前最大直徑的換熱器上得到成功應(yīng)用。
該換熱器為排氣冷卻裝置的第二冷卻器,直徑φ6140mm,長10850mm,總重386t,有4610 根換熱管和支撐管。它的主要功能是將1000℃的高溫燃氣冷卻到150℃。該換熱器的管子與管板采用本工法的連接工藝進行連接,獲得了滿意效果,其達到的技術(shù)指標(biāo)見表25-4。
