检验与修复换热器泄漏的修复攀钢金江机械厂付志鸿1前言我厂为某厂维修的一台固定管板式铜管换热器，根据对方提供的资料，该换热器的壳程压力为1.1MPa ，管程压力为1.5MPa，换热管材质为TP（磷脱氧铜），规格为19×2mm ，管板的材质为16MnR，厚度为50mm ，其余部份均采用碳钢制作，如图1所示。该换热管的管板与换热管之间采用胀接的联接方式。经检测发现管束多处泄漏。　　1管板2折流板3换热管4定距管5拉杆2泄漏原因分析该换热器管束产生泄漏的原因主要有：（1）管板区域介质循环不良，易结垢，从而使受热面传热性能下降，管板及换热管得不到良好的冷却处于高温状态，从而产生裂纹、发生泄漏引起失效。　　（2）由于换热器频繁启停而产生的各种应力叠加，易使换热管胀紧部份发生蠕变，从而使胀接的残余应力松弛，同时在使用过程中温度升高管子的热膨胀量增大，引起接头的松动甚至脱落，从而导致泄漏。　　3焊接性分析16MnR属于低碳钢范畴，在钢的基础上加入了少量的合金元素使铁素体和珠光体得到强化，焊接性能较好，但它近缝区过热时易出现晶粒粗大，以及冷却速度加快时会出现淬硬，故焊接时只能在较窄的范围内选择规范，其次由于增加了合金元素的含量，抗热裂性能低于低碳钢，为了防止焊缝的热裂和保证焊缝与母材的强度，一方面要限制熔池中的S和P的含量，调节焊缝的形状系数，同时向熔池中渗入Si和Mn ，在不利条件下焊接加厚板，低温或刚性较大时，需预热100～150℃。　　3.2钢和紫铜焊接时易出现的问题（1）管板与换热管的焊接有一定的困难，由于铜和碳钢的熔点、导热系数、线膨胀系数等方面相差较大。在常温下，铜的导热系数为钢的7～11倍，焊接时使热量迅速从加热区传导出去，使母材与填充金属难以熔合铜的线膨胀系数比钢大15 左右，而收缩率比钢小1倍多，加之铜的导热能力强，所以焊接热影响区宽，易产生较大的焊接应力，铜的表面张力系数为钢的70 左右，焊接时会导致铜淌，根部成形不好。　　（2）铜和钢焊接时，主要问题是热裂纹、铁的稀释侵入裂纹及渗透裂纹，而气孔倾向小。热裂纹主要是由于焊缝中的低熔点共晶体、组织状态及焊接应力造成铁的稀释侵入裂纹是由于钢的稀释而使铁侵入焊缝偏析于晶界，和铁同时熔入焊缝的碳浓缩于铁中，形成含碳量较高的铁的脆性化合物C，这使Fe的析出相硬而易偏析，降低了焊缝的韧性及抗裂能力近缝区产生渗透裂纹的主要原因是在钢的表面焊接铜及铜合金时，铜处于液态时，液态铜对钢的渗透和拉应力区共同作用形成。　　4焊接方法的选择对于管板裂纹修复采用手工电弧焊进行修复，而管板和换热管的焊接采用手工钨极氩弧焊进行焊接，主要是由于其热量集中，保护效果好，溶池体积易于控制，使用钨极氩弧焊的焊缝及近缝区均不易过热，可有效地防止热裂纹和渗透裂纹。手工氩弧焊时以纯氩作为保护气焊材选用性能满足要求直径为1.6 ，牌号为202的低磷铜焊丝（SCu　5修复方案根据泄漏的原因和出现的部位而采用不同的修复方案。换热管泄漏的修复要待管板裂纹修复后方能进行。主要是由于在此之间不知道具体那些换热管被破坏，只能在管板裂纹消除后经过试压才能确定。故在制定修复方案时应考虑几种泄漏修复的先后顺序。　　5.1管板裂纹的修复工艺（1）焊前1）对管板进行着色检验，检查裂纹的位置。　　用砂轮机将缺陷部位打磨成一定的宽度的坡口以便施焊，然后用钢丝刷及气焊方法将待焊部位的表面及附近清理干净至出现金属光泽。　　2）由于管板上的水份，油污等污物较多，难以彻底清除干净，故选用对油污敏感较小的J422焊条进行手工焊接，焊条在（80～200）℃烘干1～2小时， 100℃保温，随用随取。　　（2）焊接1）采用2.5的J422的焊条，焊接电流控制在60～90A ，电压为20～24V.对管板裂纹处施焊后的焊缝应高出管板3～4mm.焊接完以后磨平。　　2）焊接时焊条与管板成60～70°角度，同时应注意不要伤害密封面。焊完后将焊渣及管内凸出的飞溅打磨干净。　　5.2换热管泄漏的修复待管板裂纹造成的泄漏修复好以后，经着色检验合格后通过试压确定那些换热管泄漏，并一一作上标记。由于不知道泄漏是由换热管松动，还是由于换热管裂纹造成的，应先将所有泄漏的换热管按要求进行胀接、试压，并将泄漏的换热管再一一作上标记，用钻床将这些作有标记的换热管去掉与管板紧贴的部份并注意尽量不要伤害密封面。将泄漏的换热管取出更换上合格的换热管后进行焊接。　　5.2.1换热管的焊接（1）焊前准备1）用砂轮机、钢丝刷及气焊方法将待焊部位的表面及附近清理干净至出现金属光泽，然后用丙酮液清洗2）检查焊丝是否有异物，并用酸洗的方法对其进行处理3）焊前将焊的管?板及周围进行预热，预热温度为300℃左右。　　（2）焊接工艺要点1）焊接时，为了便于观察熔池及填加焊丝，焊枪与焊件之间的夹角应在80～85°，焊丝与焊件的夹角为10～20°2）由于紫铜的导热系数大，焊接时大量的热量从母材中消失，使加热范围扩大，故焊接电流应比同规格的碳钢管与16MnR管板大些，以形成良好的焊接熔池，在焊接过程中应随着输入热量的积累，及时根据熔池的尺寸大小的变化随时调整焊接电流或焊接速度。焊接电流过大时，由于电弧吹力较大，易将液态金属吹到熔池外，从而不能形成焊缝，焊接电流过小时，熔化速度太慢，焊接过程不太稳定同时电弧应偏向管板的侧面，以保证铜管和管板的良好熔合、减少管板中Fe元素进入熔池金属中的比例、以防止热裂纹氩气流量不能太大或太小，太大时会造成层状保护破坏，电弧不稳定，太小时电弧得不到应有的保护在保证管?板熔合良好的情况下，焊接速度应快些，以防止过CPVT换热器泄漏的修复Vol17.No6 2000热，具体焊接规范参数如表1 ：焊丝直径焊接电流电弧长度气体流量喷嘴直径电源极性6～10直流正接3）将每个管头的焊缝分为两个半圆进行全位置焊接。　　4）为了减少焊接应力，控制焊接变形，将每个管板分为4个扇形区域，按照中心向边缘的顺序焊接各个管焊缝，相邻两个扇形区域应隔离施焊，如图2所示。　　5）焊接时要注意不要损伤密封面6）焊完后将焊渣及凸出管子内壁的焊瘤彻底清除干净。　　5.2.2换热管的胀接在不允许泄漏的场合，如果接头失效，往往会造成严重的后果，故采用胀接加密封焊是一种可靠的途径。采用先焊后胀的方法质量比较可靠，主要原因是：板与换热管之间的联接如果采用先胀后焊的方法，由于胀接处密封，焊缝与胀接之间空腔内的气体受热发生膨胀，从焊缝处逸出，从而在收弧处形成气孔。有些气孔在着色检验的时候很难发现。如图3所示。当换热器使用一段时间以后，气孔壁破裂，导致迅速泄漏。同时，先胀后焊，焊接是在刚性较大条件进行的，换热管的管端受到管板管孔壁的约束，不能自行膨胀和收缩而产生焊接残余应力，从而产生各种焊接缺陷导致泄漏。　　6焊后检验及结果（1）外观检查平整光滑，过渡圆滑，未损坏密封面，无焊瘤（2）着色检验合格（3）管程及壳程水压试验无泄漏（4）经检验表明、完全合格，说明按上述方法进行修复是完全可行的。　　1.中国机械工程学会焊接学会，焊接手册，机械工业出版2.周振丰张文铖。焊接冶金及金属的焊接性，机械工业3.季杰马学智。铜及铜合金的焊接，焊接技术， 1999研究，并同时采用了数值计算方法对这一问题作进一步深入的探讨，以建立适合于工程上使用的判定方法，这也正是今年波纹管平面稳定性研究的重要内容。　　2.卢志明钱逸。在内压和位移作用下的U形波纹管平面稳定性试验研究。第六届全国膨胀节学术交流会论文4.黎廷新李添祥等。多波膨胀节的内压失稳。石油化工6.陈晔李永生等。用ANSYS软件对U形波纹管的有限元工程机械专业博士研究生，从事结构强度研究