管壳式换热器中间管板胀接工艺技术

蓝景华

摘 要：文章旨在结合管壳式换热器中间管板胀接的相关工艺技术进行探讨。在结合中间胀接技术的原理及特点的基础上，从工艺评定试验方案、样品焊接装配以及其工艺试验等方面进行详细阐述，希望能够提供人们一些意见参考。

关键词：中间管板胀接；中央空调；管壳式换热器

1 中间胀接技术的原理及特点

1.1 基本原理

气动胀管机驱动深孔胀管器挤压中间管板处铜管，在胀管器的滚珠不断挤压下，铜管受挤压壁厚减薄，内径增大，外壁与管板孔内壁及密封槽达到牢固再紧密的接触，胀接后管板处于弹性状态，铜管发生塑性变形残留压应力，达到胀接密封效果。

1.2 中间胀接技术的特点

包括：（1）能够应用于深度胀接的换热器，解决传统胀接带来的复杂设计问题。（2）胀接稳定性好，可靠性高，相互系统窜气量少。（3）在中央空調多系统螺杆机组上，可大幅降低生产成本。

2 工艺评定试验方案

2.1 准备试验样件

制造由壳体、管板、换热管等零件组成的换热器样件（如图1），样件用于模拟产品在正常生产状态下的中间胀接，其结构形状与产品完全一致，作为确定胀接参数、气密检验和解剖检验，及拉脱力检验的工艺评定使用。

图1 双系统换热器试验样件

2.2 制定检验操作标准

试验前要做好资料准备、工艺方案、编制实验记录表格，如胀接记录，试压报告等。同时对胀接人员和质检人员进行培训，确保胀接人员熟悉胀接工艺操作过程，质检人员必须会使用测量工具，熟悉填写各项记录。

3 样品焊接装配

根据设计及图纸要求，加工和焊接装配与产品相似管壳式换热器，对于组对换热器样件提出两种方案，一是组对中管板与两节筒体后，先穿铜管再组对左右管板；二是组对中管板、两节筒体和左右管板好后，再穿铜管，但必须保证3块管板孔同轴。考虑现场生产条件不同，可以综合选择哪种方案更适合生产。

此外，还要求样件中间管板厚度不得少于产品的厚度，管孔加工技术要求参数与产品一致， 且管板在组对焊接前，管板油污，杂质要清洗干净，尤其是中间管板要提前清洗，中间管板与两节壳体组对焊时，须有工装保护中间管板不受焊接飞溅污染。

4 工艺试验

4.1 试验工艺流程

具体流程如下：（1）胀前测量铜管内外径和壁厚并记录，要求铜管外表不得有重皮、裂纹等缺陷，胀接管端有麻点等缺陷时，缺陷深度不得超过管子公称壁厚的10%。（2）测量拉伸样件和试验管板的管孔内径，并进行管孔编号和参数记录，清洗管板孔管子，管板孔不得有纵向刻痕、大量螺旋纹等。（3）选取铜管中间段再拉伸样件胀接，测量得到气动胀接的扭矩和减薄率，并把所得胀接接头做拉脱力实验。（4）根据样件减薄率对应的扭矩、胀接紧固力和残留应图，在减薄率5～8范围选取合适的初始参数。（5）利用初始参数对管壳式换热器样件进行胀接，检验胀后铜管的外观、测量胀后尺寸并做好记录。（6）对管壳式换热器试验件进行气压肥皂检验和氦气检验，若无胀漏、外观成形好，作为代表实验理想值。（7）根据实验理想值，力矩与减薄率图，分析确定最终的胀接参数。

4.2 试件胀接

试件胀接模拟产品真实状态，要求试件的材料，加工方法，技术参数必须与产品完全相符，其中拉伸样件开孔数量尽量不少于10个孔，管壳式样件需要2个，包括由中间管板、左右管板和壳体组成，以及由中间管板与右管板组成的管壳式换热器。

4.3 拉伸样件胀接

结合胀接经验，拉伸样件分别选取气动胀管机扭矩70、80、90、100、110、120kg.cm进行胀接，并测量每一个管孔胀后尺寸，计算出减薄率：

其中，de是铜管外径，di是铜管内径，dim是铜管胀后内径，df是管板孔内径。扭矩与减薄率关系如下：

表 1 拉伸样件胀接参数

4.4管壳式样件胀接

根据图2、图3，可以知胀接紧固力达到一定程度后会下降，而且产生的残留压应力达到最大，因此考虑胀接采用铜管能补胀，且强度胀接减薄率为4%～8%，力矩为95kg·cm。

图2 紧固力与减薄率关系 图3残留力与减薄率关系

胀接操作方法（图4）：胀管头从右管板一边伸入铜管，抵达中间管板与铜管交界处胀接，测量2～3根铜管减薄率，试胀后，对各胀口进行比较全面检查，检查胀接部位是否有缺陷，胀接过度是否圆滑。

图4 胀接操作示意图

4.5 检验

胀接后进行气密检验、拉伸试验、解剖检验和氦气检验，检验密封质量和宏观分析，验证最佳胀接参数合理性。

（1）拉脱力检验

结果如表2。拉脱力检验是为了检验最佳的参数是否满足最小拉脱力要求，根据不同拉脱参数对应扭矩绘成图5。

表2 拉伸试件的拉脱力实验值

（2）解剖检验

解剖试胀的样件（图6）切开后，检验胀口外观质量、密封槽、铜与钢接触等。

（3）气密检

胀后肥皂水气密检验：往壳程打入试验压力，往中间管板处胀口洒肥皂水，10min后无气泡冒出为合格；串气检测方法：一系统加压到气体试验压力，检测另一系统压力是否下降，并且手涂泡沫在注氟嘴上，如在规定20min内注氟嘴没有冒气泡和降压，或压强<0.2MPa，表示系统间不串气，反之则表示两系统间串气。

发现铜管胀漏后，先分析是否存在过胀（欠胀）现象，并逐级增加力矩进行补胀，胀接减薄率应<8%规定值，避免过胀和残留力下降。

（4）氦气检验

氦气检验：往一个系统冲入1.3MPa空气与0.2MPa氦气的混合气体，打置所需的压力，静置2h，从另一系统用氦气检测仪检测氦气的泄漏率，合格验收率？芨2.2×10-5mbar1/s，约3g/y。

4.6参数分析

结合图2、3、5，紧固力、残留力和拉伸力都会随扭矩（减薄率）的增大而上升，当达到波峰最大值后，则随扭矩（减薄率）的增加而下降，因此，最佳的扭矩需满足几个条件：

（1）最小拉脱力必须大于标准要求，根据试压压力计算出拉脱力≥13.4KN。

（2）最佳参数胀接铜管经过气密检验要求无发现有胀漏现象，胀口外观好，胀接应在减薄率4%～8%范围内选取合适胀接参数。

（3）工艺评定可以确认所需胀接参数T，当产品发生变化时，可在端面管板验证胀接力矩参数T0，考虑力矩随胀接长度而损失，因此，中间胀接扭矩取0.5～1%的补偿，即T=T0 +0.5～1%T0。

5 结束语

我公司采用6道密封槽进行管板设计，用于加强中间胀接密封性；并将中间胀接工艺技术广泛应用于多联机组和螺杆机组当中，目前大多数中央空调大机产品均有所推广使用。

参考文献

[1]全国锅炉压力容器标准化技术委员会.GB151-201管壳式换热器[C].北京：国家技术质量监督局，2012：70-71.

[2]汪雅芬.薄壁管胀接工艺及其应用[J].压力容器，2003，（07）：15-16.