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管子與管板的連接結構形式

作者: 2019年11月28日 來源:全球化工設備網 瀏覽量:
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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。

管子與管板的連接,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。


01脹接




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。


02焊接




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。


03脹焊結合




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。


04內孔焊




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。


05爆炸脹接






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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