傳統(tǒng)的端面焊接技術(shù)在不銹鋼換熱管與管板的焊接接頭處耐應(yīng)力腐蝕和縫隙腐蝕能力較差。 內(nèi)孔焊接技術(shù)改變了這種狀況，提高了抗腐蝕能力。 本文以某公司為例，對(duì)內(nèi)孔焊的技術(shù)裝備、工藝、焊接工藝及注意事項(xiàng)進(jìn)行說(shuō)明。

換熱器廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，在醫(yī)藥、化工、石油等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。 換熱器的種類(lèi)和結(jié)構(gòu)多種多樣，在上述工業(yè)領(lǐng)域中，管殼式換熱器較為常見(jiàn)。 在換熱器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中，不銹鋼換熱管與管板焊接接頭的焊接質(zhì)量直接決定換熱器的整體質(zhì)量和使用壽命。 在目前不銹鋼換熱管與管板的連接技術(shù)中，膨脹節(jié)和焊接是常用的連接方式。 在一般的焊接方式下，不銹鋼換熱管與管板之間會(huì)存在縫隙，容易出現(xiàn)腐蝕和過(guò)熱問(wèn)題； 焊接點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的熱應(yīng)力，導(dǎo)致焊接接頭破裂。 膨脹節(jié)連接方式，如果膨脹節(jié)變形，會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，引起應(yīng)力腐蝕。 不銹鋼換熱管如果在比較高的溫度下使用，很容易導(dǎo)致材質(zhì)松動(dòng)，造成膨脹節(jié)處開(kāi)裂或斷裂，造成漏熱。 在上述連接技術(shù)背景下，解決不銹鋼換熱管與管板的連接問(wèn)題一直是研究人員重點(diǎn)解決的課題。 本文將以某公司為例，探討不銹鋼換熱管與內(nèi)孔管板的焊接工藝。

1、內(nèi)孔焊接工藝

某公司承接了低壓反應(yīng)水凝汽器的生產(chǎn)。 管側(cè)為氮氧化物，危害性中等。 工作條件下的溫度在40°C和160°C之間； 在30℃～42℃的溫度下。 這種低壓反應(yīng)水冷凝器的基本功能是將氮氧化物（以氣體形式）從 160°C 還原到 40°C。 本設(shè)備換熱管和管程殼為不銹鋼材質(zhì)，管板為材質(zhì)，殼程殼體為Q345R材質(zhì)。 根據(jù)相關(guān)研究可知，低壓反應(yīng)水冷凝器腐蝕的原因有以下幾點(diǎn)：

首先，如果不銹鋼換熱管與管板采用焊接和擴(kuò)管相結(jié)合的工藝，那么擴(kuò)管后的管壁會(huì)相應(yīng)變薄，從而形成殘余應(yīng)力。 此時(shí)進(jìn)氣口溫度可達(dá)160℃，而冷卻水溫度將低于30℃。 此時(shí)，如此巨大的溫差很可能導(dǎo)致混熱管相應(yīng)部位出現(xiàn)裂紋。

其次，氣體輸送到冷卻器后，會(huì)產(chǎn)生硝酸鹽。 含有硝酸鹽的氣體由于低壓反應(yīng)水冷凝器溫度高，會(huì)對(duì)不銹鋼換熱管與管板連接處造成嚴(yán)重腐蝕。 .

第三，由于氣體流速高，在高溫高熱的情況下，會(huì)直接沖擊不銹鋼換熱管，形成較大的腐蝕應(yīng)力。

四、由于管板與管束之間存在縫隙，冷卻水中含有大量的氯氣，氯氣會(huì)大量聚集在管板與管束之間的縫隙中，從而逐漸形成不銹鋼換熱管表面腐蝕或麻點(diǎn)。

一、采用內(nèi)孔焊接技術(shù)的原因

為防止不銹鋼換熱管和管板腐蝕，一般根據(jù)腐蝕原因采取相應(yīng)的對(duì)策。 例如，在氮氧化物氣體進(jìn)口處設(shè)置防震擋板，或在不銹鋼換熱管與管板連接處采用強(qiáng)度焊接技術(shù)，或盡量減少冷卻水中的氯濃度，或更換不銹鋼換熱管的材料 鈦材料具有更好的耐腐蝕性。 由于上述方法存在一定的問(wèn)題，在使用中也難以普及。 因此，可以從焊接工藝的角度考慮。 首先，應(yīng)有效降低不銹鋼換熱管與管板焊接界面的殘余應(yīng)力。 其次，應(yīng)減小不銹鋼換熱管與管板焊接界面處的間隙。 三、減少或避免腐蝕性物質(zhì)在上述縫隙中的滯留。 我國(guó)經(jīng)過(guò)多年的焊接實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)孔焊接技術(shù)可以防止上述腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，有效提高不銹鋼換熱管的質(zhì)量，增加使用壽命。 為此，某公司對(duì)不銹鋼換熱管與低壓反應(yīng)水冷凝器管板的連接采用了內(nèi)孔焊接技術(shù)。

2、內(nèi)孔焊接結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)

管殼式換熱器將不銹鋼換熱管與管板焊接的接頭形式有4種，一種是懸垂角焊，一種是縮角焊，第三種是平端焊，還有四是無(wú)縫焊接連接器。 內(nèi)孔焊接工藝結(jié)構(gòu)屬于無(wú)縫接頭結(jié)構(gòu)。 其原理是將管板一側(cè)的管孔邊緣加工成一定的形狀，使管孔與管端相通。 這時(shí)，采用內(nèi)孔焊，將焊縫抓在接口處進(jìn)行焊接。

(1)內(nèi)孔焊接技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

第一，采用內(nèi)孔焊接工藝，可以使焊接接頭的穩(wěn)定性和可靠性更好，不銹鋼換熱管與管板的連接強(qiáng)度更高； 第二，采用內(nèi)孔焊接技術(shù)不銹鋼內(nèi)波和螺紋換熱管，可以使焊接間隙處的溫度與管殼介質(zhì)的溫度相近； 三是可以實(shí)現(xiàn)不銹鋼換熱管與控制的無(wú)縫連接，避免腐蝕。 四是內(nèi)孔焊接技術(shù)的焊接接頭采用對(duì)接技術(shù)，大大提高了承載能力。 第五，采用內(nèi)孔焊接技術(shù)，不會(huì)產(chǎn)生膨脹管的殘余應(yīng)力。 六、采用內(nèi)孔焊接技術(shù)，不會(huì)在焊接接頭根部產(chǎn)生更多的應(yīng)力集中，保證不銹鋼換熱管在運(yùn)行過(guò)程中不開(kāi)裂； 第七，相對(duì)容易進(jìn)行射線探傷，從而更好地保證焊接質(zhì)量。

(2)內(nèi)孔焊接技術(shù)的缺點(diǎn)

第一不銹鋼內(nèi)波和螺紋換熱管，管板的加工和裝配精度要求非常高，很難達(dá)到這個(gè)精度； 其次，要使用優(yōu)質(zhì)的焊接設(shè)備； 三、焊接工藝的工藝要求非常嚴(yán)格，需要熟練的技術(shù)，只有合格的專(zhuān)業(yè)人員才能操作； 第四，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，維修難度大，焊縫檢查也困難； 第五，生產(chǎn)周期過(guò)長(zhǎng)。 總之，上述缺點(diǎn)的存在，使得內(nèi)孔焊接技術(shù)仍然難以采用。

內(nèi)孔焊接結(jié)構(gòu)具有多樣化的特點(diǎn)。 不銹鋼換熱管及管程殼為材質(zhì)，管板為III級(jí)材質(zhì)，殼程殼為Q345R材質(zhì)，規(guī)格為Φ25×2mm，共1268件。 不銹鋼換熱管和管板都是用不銹鋼制作的，管板的厚度比較厚，不銹鋼換熱管的數(shù)量也比較多。 因此，采用內(nèi)孔焊接技術(shù)的工作量非常大。 由于不銹鋼材料受熱容易膨脹，焊接處容易因焊后溫度升高而變形，又由于厚板焊接接頭的殘余應(yīng)力比較大，導(dǎo)熱系數(shù)比較低，且熱量蓄積后不易散失，造成溫度過(guò)高。 集中。 因此焊接接頭處的腐蝕較低。 為解決上述焊縫殘余應(yīng)力問(wèn)題，可采用機(jī)械加工，在每個(gè)焊縫處加工圓形缺口，以釋放焊縫殘余應(yīng)力，加速熱量散失。

3、內(nèi)孔焊接工藝及設(shè)備

內(nèi)孔焊接工藝采用全位置數(shù)控脈沖自動(dòng)氬弧焊設(shè)備，采用內(nèi)孔焊頭。 焊接時(shí)，頭部深入管孔內(nèi)部。 由于采用自動(dòng)化技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行一定的編程設(shè)定，設(shè)定一定的焊接參數(shù)，如脈沖電流、頻率等。 采用這種內(nèi)孔焊接工藝和設(shè)備，使焊接處于高度自動(dòng)化狀態(tài)。 因此，該焊接工藝避免了人為的不穩(wěn)定操作因素，使焊接質(zhì)量較高。 某公司使用WZM1-400管板全位置數(shù)控脈沖自動(dòng)氬弧焊機(jī)。 該設(shè)備由內(nèi)孔焊頭、可編程控制箱、遙控器、焊接電源和冷卻系統(tǒng)組成。

(1) 內(nèi)孔焊頭

送絲器、吊架、中心桿、定位環(huán)、調(diào)整盤(pán)和進(jìn)氣管共同構(gòu)成內(nèi)孔焊頭。 內(nèi)孔焊頭的工作原理是：首先，焊接深度由調(diào)節(jié)盤(pán)控制； 做好焊接工藝參數(shù)，六是進(jìn)行全位置自動(dòng)焊接成型。

(2) 遙控器

遙控器主要控制焊接的啟停、氬氣輸送的啟停、焊頭的調(diào)節(jié)，確保焊接過(guò)程的方便性和準(zhǔn)確性。

(3) 可編程控制箱

可編程控制箱采用先進(jìn)的西門(mén)子CPU，彩色屏幕，可觸摸操作，全數(shù)字顯示，滿足內(nèi)孔焊接工藝的所有參數(shù)設(shè)置要求。

(4)焊接電源

焊接電源采用先進(jìn)的YC-400TX電源，質(zhì)量安全可靠。

(5) 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)的作用是冷卻焊接設(shè)備。 冷卻系統(tǒng)可直接對(duì)焊嘴進(jìn)行冷卻，延長(zhǎng)焊嘴的使用壽命。

由于某公司的不銹鋼換熱管、管板采用不銹鋼材質(zhì)，為保證不銹鋼換熱管、管板背面在內(nèi)孔焊時(shí)不被氧化，采用氬氣保護(hù)。是在焊接時(shí)專(zhuān)門(mén)設(shè)置的。 具體操作是：先不焊接管板和殼程筒體，焊接時(shí)要留有足夠的空間用氬氣保護(hù)。

4、內(nèi)孔焊焊接工藝試驗(yàn)

在內(nèi)孔焊接前，可以進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)，獲取必要的焊接參數(shù)，從而在產(chǎn)品生產(chǎn)中積累足夠的參數(shù)信息，減少產(chǎn)品焊接不合格的發(fā)生，通過(guò)大量的焊接試驗(yàn)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)，提高了焊接質(zhì)量。

(1)模擬試品的結(jié)構(gòu)及尺寸

模擬試驗(yàn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)與待生產(chǎn)產(chǎn)品相似或相同。

(2) 獲取焊接過(guò)程的實(shí)驗(yàn)參數(shù)

不同型號(hào)的不銹鋼換熱管有不同的焊接位置和相應(yīng)的焊接參數(shù)。 內(nèi)孔焊焊接工藝的一般程序是：首先，按下遙控器的啟動(dòng)按鈕，發(fā)射氬氣； 二是高頻起弧，起弧后在起弧點(diǎn)停留片刻。 第三，利用電弧預(yù)熱焊接區(qū)，建立標(biāo)準(zhǔn)熔池； 然后，按遙控器上相應(yīng)的按鈕，發(fā)出脈沖電流，同時(shí)讓機(jī)頭轉(zhuǎn)動(dòng)，在焊接處周?chē)附油瓿珊?，脈沖電流開(kāi)始減弱； 最后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，焊頭停止轉(zhuǎn)動(dòng)，送氣延遲。 經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，獲得了足夠的焊接參數(shù)。

5、內(nèi)孔焊接技術(shù)的具體應(yīng)用

以某公司生產(chǎn)低壓反應(yīng)水凝汽器工藝為例，說(shuō)明內(nèi)孔焊接工藝的焊接工藝及要求：

(1)清理管板口及外表面的污垢、鐵銹等雜質(zhì)，殘留的雜質(zhì)直接影響焊接質(zhì)量。

(2)設(shè)置得到的焊接工藝試驗(yàn)參數(shù)，并根據(jù)具體生產(chǎn)要求調(diào)整參數(shù)。

(3)檢查管路(水、氣)是否通暢。

(4)固定好管板，防止焊接時(shí)變形。

(5)用水平量尺測(cè)量管板是否垂直，并根據(jù)管板水平調(diào)整焊接接頭。

(6)不銹鋼換熱管、管板裝配時(shí)，嚴(yán)禁全部裝配完畢后再進(jìn)行焊接，應(yīng)逐一裝配焊接。

2.結(jié)論

首先，從內(nèi)孔焊接技術(shù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和形式可以發(fā)現(xiàn)，內(nèi)孔焊接技術(shù)可以有效降低不銹鋼換熱管與管板焊接形成的殘余應(yīng)力，有效避免不銹鋼換熱管及管板。 管板之間有縫隙，使腐蝕性物質(zhì)無(wú)處積聚，焊接接頭根部切口處不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，使產(chǎn)品在運(yùn)行中不易開(kāi)裂。

二、某公司使用WZM1-400管板全位置數(shù)控脈沖自動(dòng)氬弧焊機(jī)。 該設(shè)備由內(nèi)孔焊頭、可編程控制箱、遙控器、焊接電源和冷卻系統(tǒng)組成。 通過(guò)本設(shè)備的焊接工藝試驗(yàn)，可以獲得產(chǎn)品生產(chǎn)所必需的焊接參數(shù)，使產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的焊接接頭工藝符合相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

三、內(nèi)孔焊接技術(shù)在某公司低壓反應(yīng)水冷凝器生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用，為內(nèi)孔焊接技術(shù)積累了相當(dāng)?shù)募夹g(shù)參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)，為今后產(chǎn)品生產(chǎn)中內(nèi)孔焊接技術(shù)的應(yīng)用提供了指導(dǎo).