不锈钢螺纹换热管加工,新工艺：管壳式热交换器小管径管板接头免填充内孔焊技术

隔壁式管壳式换热器有两个腔体，两个腔体的强制密封主要靠换热管与管板的焊接接头（管接头）和垫片来保证。法兰之间。 在设计和制造过程中，管接头的质量直接影响到换热器的安全、质量和使用寿命。 因此，在本文中不锈钢螺纹换热管加工，我们将介绍一种用于管壳式换热器小直径管板接头的无填充内孔焊接技术。 .

（示意图，不对应文中任何具体产品）

1 内孔焊管板结构

内孔焊缝属于对焊结构，不使用填充焊丝。 结构本身的熔融金属作为熔敷金属，即焊缝的形成需要定位台、凸环和换热管金属熔合。 焊缝必须完全成型，无缺陷，定位台需要准确定位；

整体接头需要机加工，精度要求高。

定位台和去应力槽不宜过深，否则会严重削弱管板的强度。 定位台面深度为1.5mm，应力消除槽深度为4.5mm。

凸环的厚度是有要求的。

由于焊机输入热量有限，太厚无法完全融入焊缝，底部与换热管未熔合，换热器运行时会产生振动，存在差异在焊缝与母材之间的强度上，局部裂纹和管接头失效的根本原因是隐患； 太薄则不易机械加工成型，搬运时容易破损。 严重时整个管板报废，凸环厚度为0.5mm。

应力消除槽的宽度不宜过宽。 受刀具尺寸限制，便于加工。 宽度为4mm； 底部必须是圆形的。 如果是直角，焊接完成后会与换热管形成局部悬臂梁。 根部应力集中，易产生裂纹。 甚至破裂，导致设备管程和壳程两个腔室泄漏。

在管板孔结构试验阶段，凸环的厚度统一影响焊接质量。 分别选用厚度为0.5mm、0.8mm、1.0mm和1.5mm的凸环进行焊接性能测试。 经过筛选，厚度为0.5mm和0.8mm的凸环不仅在焊接过程中起到垫板的作用，而且完全融入焊缝中，形成完整的对接结构焊缝。

2 焊接参数

焊接接头的焊接程序：

焊接前预先对焊缝内外同时通气，形成气体保护气氛。 然后发出高频电流进行预熔和拉弧。 必须在起弧点停留一段时间不锈钢螺纹换热管加工，利用电弧预热焊接区域，建立熔池，然后发出脉冲电流，机头旋转进行连续焊接。

焊接后一周，电流在指定位置衰减，一定时间后，电弧熄灭。 但保护氩气需要持续通入，直至机头停止转动。 以上参数可在焊机电源电脑上设定，实现自动化运行。 根据管板内孔焊管孔结构，通过反复试验确定焊接工艺参数。

焊后对焊接接头进行PT试验、水压试验、显微金相分析、力学性能试验、晶间腐蚀试验等检测验证项目。 焊接前制作拉伸试样、金相检验试样和弯曲试样。 试验结果表明，焊接接头具有足够的机械强度和耐硝酸晶间腐蚀能力（C法），能够满足使用要求。

表1所列参数是针对焊接结构类型和具体结构尺寸制定的，具有确定性。 如果结构发生变化，可以通过微调测试来确定参数。

3 内孔焊背保护工装

管接头焊接时，焊机焊枪从管侧管孔插入，在壳体侧成型。 管孔内侧焊缝由焊枪内置结构喷出氩气保护，外侧无保护。 必须为焊缝安装外部保护装置，以防止焊接过程中的氧化和腐蚀，并保持抗氯离子和沸酸腐蚀能力。

下夹具和上夹具是工装的主体，通过阶梯开口装配，防止径向移动。 下夹具通过螺纹与滑轨连接。 滑轨上设有滑块，滑块与定位螺栓和L型压杆螺纹连接。 滑块与L型压杆采用螺纹连接。 上夹具与L型压杆螺纹连接。 上夹具设有通气孔，连接高纯氩气软管。 下夹具和上夹具装配在焊件上，与焊件外壁形成气流通道，端部开一定数量的半圆形开口，形成流动的保护气流。

滑轨、滑块、定位螺栓、L型压杆与上夹具形成联动机构，实现装拆、滑动、定位、锁紧等功能，与下夹具形成有机腔体，实现高温下的焊缝。 背部保护。 下夹具和上夹具由紫铜制成。 不锈钢焊缝凭借其良好的传热功能，需要实现快速冷却，工装才能满足导热要求。 工装使用时，从换热管外侧即大空间侧插入管内，下夹具，拧紧定位螺栓，插入应力消除槽沿换热管轴向完成装配。 这时，可通入高纯氩气，提前营造保护气氛。

4 焊接过程的详细控制

焊接前必须对换热管内孔焊接端进行机械加工，保证端面平整无毛刺。 加工管板时，顺序尤为重要。 先钻通孔，再加工去应力槽，最后加工定位平台。 凸环是自然形成的，可以避免凸环加工过程中的机械损伤。 用清洗剂清洗管板和换热管尾端，去除油污和灰尘，保持清洁，不带入新的污染。 用无纺布擦拭。 焊接顺序是从管板底部到顶部逐排焊接。 过程中要观察管板的焊接变形情况，及时补强和纠正，防止局部变形影响后续焊接工作。 焊接作业，使用专用内孔焊接设备和电源； 普通氩弧焊机； 护背工装等

焊接时，先调整焊枪钨极的径向高度，焊枪芯轴沿管孔中心延伸，钨极外端高度最好离焊枪下端16.8mm。焊枪芯轴、钨极轴向必须露出定位平台0.5mm。 管板通孔直径为Φ23±0.1mm，换热管内径为Φ23mm，换热管与定位台之间形成1.5mm凸起结构，作为熔敷金属，凸起位于换热管的侧面，需要更多的焊接热量输入。

如果轴向偏离定位台，就会造成熔敷不充分。 焊机操作人员必须使用游标卡尺进行准确定位。 后端操作人员将换热管推入管板定位平台并旋转确保贴合。 焊工操作者用内窥镜观察换热管与定位平台之间的间隙。 间隙越小越好。 然后，安装背面保护工装并注入高纯度氩气。 将焊枪插入管孔，定位后，点击电源开关进行自动焊接。 焊枪停止转动后，滞后6S后取下背部保护工装，焊接完成。

焊接完成后，用内窥镜目视观察焊缝表面，然后逐一进行水压试验，检测管接头的焊接质量。 如果焊接时出现烧穿换热管的现象，还是有补救措施的。 焊接时，在设备旁边准备好氩弧焊机，在烧穿部位进行氩弧焊补焊。 这个过程必须马上进行，否则后面的换热管焊接就完成了，就没有操作的空间了。

完成后，换热管除进行水压试验外，还必须进行氨气泄漏检测，以保证焊接质量。 惰性保护气体必须为纯度为99.999%的高纯氩气。 需要控制氩气的流速。 流速过大，会在焊缝周围形成负压，吸入空气，焊缝容易氧化； 如果流量太小，氩气浓度太低，焊缝仍会被氧化。 换热管内侧用12L/min，外侧用10L/min。 焊接完成后，焊缝表面会呈现银白色或金黄色。

5 结论

内孔焊管板结构和焊接工艺已成功应用于低压反应水冷却器的制造。 设备制造完成后，进行壳程氨气泄漏检测，管壳程水压试验，焊接接头无渗漏现象。

焊前对焊接工艺进行评价，通过显微金相分析、力学性能检验、晶间腐蚀试验（C法）等项目检验验证，焊缝性能满足图纸要求的力学性能和耐腐蚀性能。 表明内孔焊接结构和焊接工艺研制成功，可用于同类型设备的制造。