[摘 要]换热管与管板接头先后多次出现泄漏，且换热管本体出现腐蚀泄漏，直接影响生产运行。因此，管壳式换热器中管板与换热管的连接质量成为换热器制造质量保证体系中最关键的控制环节。
[关键词]管板换热器；焊接接头；焊接质量
中图分类号：TK172 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0042-01
在管壳式换热器中换热管和管板是换热器管程和壳程之间的唯一屏障，管板与换热管之间的连接结构和连接质量决定了换热器的质量和使用寿命，而在管板换热器的制造过程中，换热管与管板的连接是整个制造过程中的关键环节。
一、管板与换热管接头设计
1.1 管板与换热管连接方式
换热器由于处于受压、介质有腐蚀性、流动磨蚀，尤其是固定管板式换热器，还存在温差应力，管板与换热管连接处极易泄漏，导致换热器失效。目前，管板与换热管的连接方式主要有：焊接、胀接、胀接加焊接等方法。
1.1.1 焊接。管板与换热管采用焊接连接时，由于对管板加工要求较低，制造工艺简单，有较好的密封性，进行焊接、外观检查、维修都很方便，是目前管壳式换热器中管板与换热管连接中采用最广泛的一种连接方法。焊接最主要的问题是焊接缺陷，预防措施是打磨管端、防止接点污染，控制焊接过程，使之不发生烧穿或未焊透等现象。还可采用焊前预胀的办法，以减小管子与管孔的间隙。
1.1.2 胀接。胀接是利用胀管器械使管板与换热管产生弹塑性变形而紧密贴合，形成牢固连接，达到即密封又能抗拉脱的目的。胀口质量的好坏主要取决于管端上径向残余压缩应力，其值同管子与管板的材料及尺寸是否开槽、胀管率、管子与管板的径向间隙、表面粗糙度等因素有关。在换热器的制造过程中，胀接适用于无剧烈的振动，无过大的温度变化，无严重的应力腐蚀的场合。
1.1.3 胀接加焊接。当温度和压力较高，在热变形、热冲击、热腐蚀和流体压力的作用下，管板与换热管连接处极易被破坏，采用胀接或焊接均难以保证连接强度和密封性的要求。目前广泛采用的是胀焊并用的方法，可以有效地消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高接头的抗疲劳性能，提高换热器的使用寿命，比单纯胀接或强度焊具有更高的强度和密封性。有些企业的无水氟化氢，无水氯化氢等介质的换热器选用胀接加焊接，并采用先预胀接，定位换热管于管孔中心，使换热管周围间隙均匀，再焊接换热管与管板的焊缝，然后再贴胀到设计要求。
1.2 管板与换热管焊缝强度设计
如果管板与换热管的焊缝承受拉脱力，其强度取决于拉脱力的大小，拉脱力的计算，考虑管壳程压差对管板的直接作用力、管束与壳程筒体以及管板变形协调产生的作用力、管壳程温差引起的弹性反力，为了保证管板与换热管的连接焊缝强度，要求有一定焊脚高度。如果管板与换热管焊缝只起密封作用，拉脱力由胀接等方式来承受，则焊脚高度要求要低得多。
1.3 坡口结构尺寸及管头伸出长度
为了保证管板与换热管的连接焊缝强度，必须要求有一定的焊脚高度。焊脚高度由管板上坡口部分对接焊缝高度加上管板上面角焊缝部分焊角高度共同组成，可以通过增加坡口深度或增加管头外伸长度保证所需要的焊角高度。为了保证焊脚高度，每个管孔都倒一定深度的坡口，由于管板上密集的分布着管孔，管孔之间的管桥一般都较小，如果坡口尺寸太大，管桥开穿，焊缝相互重叠，相互产生热影响，无法保证焊缝质量。这就需要用管头伸出长度来保证角焊缝部分焊角高度，对应用于强腐蚀介质的换热器的管板与换热管的连接焊缝，可在标准规定的基础上适当增加管头伸出长度来保证焊脚高度。
1.4 焊接接头形式
换热管的焊接主要分为熔头焊接、角焊缝焊接两种形式。不同焊接形式在设计上都有要求，对于压力较高特别是工作压力在10MPa以上或管壳程介质严禁混合的换热器一般不采用熔头焊接的方式。
1.5 管板上焊接接头的布置
管板上紧密地排列着小圆形单（双）道焊缝、焊接热影响大、应力集中点多，为了保证管板与换热管的连接焊缝强度和焊脚高度，每个管孔都倒一定深度的坡口，管孔之间的管桥较小，避免管桥开穿，对应用于强腐蚀介质的换热器的管板与换热管的连接焊缝，在标准规定的基础上适当增加管间距，以减少焊接的相互影响。
二、管板与换热管焊接接头质量控制
2.1 管孔质量控制
管孔的加工应保证管孔尺寸精度和表面粗糙度要求，同时还必须保证管孔坡口尺寸到位。在碳钢管板钻孔时，冷却液选用乳化液，尽量降低管板孔生锈的可能性。
2.2 换热管质量控制
应选择工艺装备先进、质量可靠的材料生产厂，制定严格的订货条件。对每批换热管，换热器制造厂由专职检验员进行管子外径、壁厚抽查。如用于胀接的换热管要复验硬度。
2.3 焊接方式的选择
①焊条电弧焊。设备要求简单，施焊产品适应性强，对焊工操作技能要求高，焊缝质量与焊工体力、情绪关系密切。②钨极气体保护焊。氩气具有极好的保护作用，能有效地隔绝周围空气，使得焊接过程中熔池的冶金反应简单易控制，即使在很小的电流情况下仍可稳定燃烧，热源和填充焊丝容易调整，因此容易获得高质量的焊缝。在管板与换热管的焊接接头施焊过程中，选用氩弧焊或者小焊条电弧焊，减少热输入量，尽可能减小管接头焊接过程中的相互热影响。
2.4 焊条的选择
焊条选择应在考虑强度等级、化学成分、工艺性能、成本和效率的基础上，还要考虑抗气孔的能力，特别对于管板与换热管的接头，由于管孔与换热管之间间隙内的油污、铁锈难以清理干净，选用氧化性强，对铁锈、氧化皮、油污不敏感的酸性焊条打底，可以有效避免焊接过程中气孔的产生，再用强度较好的碱性焊条焊接，既避免了焊接缺陷的产生，又保证了焊缝强度。
2.5 焊接参数的选择
在焊条直径选用上，有时焊工为了省时间，采用φ4.0焊条，大电流，一道完成，焊缝缺陷很多，质量难以保证。一般情况下，焊接电流大，可以避免根部夹渣和熔合不良等缺陷，但容易产生烧穿、飞溅。为了减小焊接过程中的相互热影响，在打底焊条选择时，应尽量选用φ2.0―2.5mm直径较小的焊条。
2.6 焊前准备
①组装前，碳素钢换热管管端外表面、管孔内表面应除锈，否则组装后难以清理，打磨后应立即穿管组装。碳素钢换热管、管板金加工后静置一、二天就会生锈，组装后点焊前，先用火烤去水分油污，再用钢丝轮清理，见到金属光泽，再用干燥的压缩空气吹扫，经检验合格后开始焊接。②焊条吸潮会产生气孔、裂纹等缺陷，焊条应按标准烘干后放在专用烘箱或保温筒中保管，随用随取，施焊时要注意防潮。
2.7 焊接操作
在换热管与管板接头焊接过程中，对焊接操作技能的要求主要体现在运条角度（垂直焊缝切线方向的角度）、焊接电弧长度控制和焊接起始点与收弧点的选择等三方面。①运条角度。运条角度受换热管伸出长度的影响。一般情况下，应使焊条与坡口面法线夹角在15°―45°范围内。若使该夹角大于45°或小于15°，都容易造成根部夹渣及熔合不良的缺陷，同时影响角焊缝H值及外观尺寸。②电弧长度。由于管板接头排列紧密，焊缝之间相距很近，要求采用短弧焊接。③焊接起始点与收弧点的选择。焊接起始点与收弧点应选择在距离周围焊缝较远的管桥上或在管孔中间管板上，这样有利于减少焊接缺陷和提高焊缝外观质量。
三、结束语
管壳式换热器尤其固定管板式换热器中管板和换热管焊接接头受载复杂，焊接缺陷极易诱发扩展，加之有的化工介质易腐蚀，管壳式换热器本身在制造中工序多，要求高，一些方面若被忽视，容易产生缺陷，在次数少的超压检验中难以发现，应在制造中采用正确的方法，保证焊接质量。