一種含爆炸複合層的對接焊管板及具有其的換熱器的製作方法

2023-10-10 13:07:09

本發明涉及熱交換設備技術領域，特別是涉及一種含爆炸複合層的對接焊管板及具有其的換熱器。

背景技術：

管殼式列管換熱器是應用最廣泛的熱交換器，一般由管束與殼體、管箱等組成。成排的高效換熱管通過支持板支持，兩端穿進管板的管孔中與管板相連接，保證接頭的密封性和強度，即可組成一臺管束，通過管束與管箱的隔板組合，可以把換熱管分成幾個流程，以便介質在換熱管內來回流動，延長換熱路程，增加換熱時間，充分與管外的殼程介質換熱。

如果換熱管內是冷介質，換熱管外是強制對流的煙氣，則組成一個加熱器，如果換熱管內是熱介質，換熱管外是強制對流的空氣，則組成冷卻器，但兩者均是換熱器的一種。這種換熱器製造工藝成熟，在換熱設備中是關鍵的能耗設備，廣泛應用於換熱介質是中溫中壓及其以下的操作工況。

管板主體是一塊圓餅狀鍛件，中間按一定的間距鑽有很多圓孔，圓孔直徑略大於換熱管外徑，換熱管插入這些管孔中，換熱管的端頭與管孔邊緣焊接密封，管板外圓周再與兩側的管程筒體、殼程筒體分別密封，即可把管程介質和殼程介質分離開，這樣管程介質和殼程介質可以通過壁厚很薄的換熱管進行熱量交換。

目前隨著石油資源的匱乏，對原油的煉製工藝上日益高溫高壓化以企充分利用資源，在高溫高壓工況下運行的管殼式列管換熱器其主體材料一般是高等級鉻鉬鋼，根據國家法規tsgr0004-2009《固定式壓力容器安全技術監察規程》、國家標準gb150-1998《鋼製壓力容器》、gb151-1999《管殼式換熱器》的有關規定，管板屬於主要受壓元件，其材料屬於高強度合金鋼，合金元素含量較高，脆硬傾向和冷裂傾向較大，焊接時要考慮馬氏體冷卻速度不能太快，以免產生冷裂紋；另外，在焊後冷卻過程中，熱影響區易出現冷塑性的脆性組織，使硬度明顯提高，塑性和韌性降低，低溫衝擊韌性也比較難保證，所以要嚴格控制焊後熱處理的溫度和時間。焊接過程中，應適當控制焊接線能量不能太大或過小，以免焊接接頭易出現脆硬傾向而降低韌性。另外，還要嚴格控制預熱溫度和層間溫度，防止冷裂紋的產生。

現有技術中，管箱與管板之間的密封結構一般是螺栓法蘭的形式，不能用於高溫高壓工況。高溫高壓換熱器管箱的理想結構為管箱和管板是由同一件大型鍛件加工出來的一體化整體結構，管箱和管板之間沒有薄弱的環焊縫，但是這種大鍛件成本很高、加工成管箱的技術裝備要求高，所以高溫高壓換熱器管箱的常用結構為管箱與管板的一半結構為焊接固接，管箱與管板的另一半結構為螺栓法蘭密封結構。管箱筒節與管板之間的焊接結構一般採用角接焊接密封或者搭接焊接密封，但是當管板同時需要複合一層耐腐蝕金屬層時，一般只能採用傳統的帶極堆焊工藝，帶極堆焊工藝技術存在如下問題：(1)反覆高溫堆焊使管板毛坯凹凸變形，增加了調平工序和加工成本，能源耗損大；(2)反覆高溫堆焊及調平對鉻鉬合金鋼鍛件的力學性能是嚴重的損傷，使硬度明顯提高，塑性和韌性降低，低溫衝擊韌性也比較難保證；(3)堆焊層質量難控制，只要堆焊層中存在細小的夾雜或氣孔未被發現處理，介質就會滲進去對基體金屬形成腐蝕，這些缺陷與堆焊操作水平、鋼帶的成分均衡性、鋼帶的幾何尺寸均勻性、被堆焊件的幾何形狀均勻性等均有關係；(4)第一層複合層的堆焊過程在一定程度上熔化了管板的基體金屬，對管板的強度有所削弱，之所以要堆焊兩層，其實兩層的材質不完全一樣，就是把第一層設計成基體金屬和第二層之間的過渡層，避免第二層對基體金屬的直接稀釋，最有效的耐腐蝕層是第二層。總之，帶極堆焊是一種熔化極電焊，成本高、輔助工序多、生產周期長、技術難掌握、堆焊質量較差的複合工藝。

技術實現要素：

本發明的目的之一在於避免現有技術中的不足之處而提供一種成本低、易操作、複合層焊接質量好的含爆炸複合層的對接焊管板。

本發明的目的之二在於避免現有技術中的不足之處而提供一種成本低、易操作、複合層焊接質量好的換熱器。

本發明的目的之一通過以下技術方案實現：

提供了一種含爆炸複合層的對接焊管板，包括管板基體，管板基體與其他部件對接焊的端面為焊接面，焊接面緊貼管板基體的內環面處設有軸向凸出的對接凸臺，焊接面爆炸焊接有複合金屬層。

其中，焊接面通過緩衝斜坡來連接對接凸臺。

其中，焊接面與緩衝斜坡的連接處為圓滑的弧形。

其中，緩衝斜坡的坡面為圓錐面或者微球面。

其中，緩衝斜坡的傾斜角度小於45度。

其中，對接凸臺遠離管板基體的內環面的一側設有環形的斜面，焊接面通過緩衝斜坡來連接斜面，緩衝斜坡和斜面在同一平面上。

其中，緩衝斜坡的傾斜角度不大於30度。

其中，管板基體的內環面設有用於加固對接凸臺的加強部。

其中，對接凸臺與管板基體為一體成型結構。

本發明的目的之二通過以下技術方案實現：

提供了一種換熱器，包括對接焊管板，該對接焊管板為所述對接焊管板。

本發明的有益效果：

本發明的對接焊管板，其結構包括管板基體，管板基體與其他部件對接焊的端面為焊接面，焊接面緊貼管板基體的內環面處設有軸向凸出的對接凸臺，焊接面爆炸焊接有複合金屬層。複合金屬層通過爆炸焊接工藝貼合在管板基體，不僅貼合的牢固好，易操作，而且成本較低。對接凸臺便於管板基體與其他部件進行對接焊接，但爆炸焊接是的爆炸波會破壞對接凸臺，為此在對接凸臺處設置緩衝斜坡或者加強部，能夠有效防止爆炸波對對接凸臺的損壞，而且緩衝斜坡還具有引導爆炸波進行向周邊傳播，讓爆炸複合工藝得以順利進行完畢，有效避免了對接凸臺對爆炸波的阻擋。

本發明的換熱器，其結構包括上述的對接焊管板，使得換熱器不僅焊接質量好，易操作，而且成本較低。

附圖說明

利用附圖對本發明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發明的任何限制，對於本領域的普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發明的實施例1中對接焊管板的結構示意圖。

圖2為圖1的放大結構示意圖。

圖3為本發明的實施例2中對接焊管板的結構示意圖。

在圖1至圖3中包括有：、

1-管板基體、11-焊接面、12-對接凸臺、13-緩衝斜坡、14-斜面、15-斜坡部；

2-筒體；

3-複合金屬層；

4-加強部。

具體實施方式

結合以下實施例對本發明作進一步詳細描述。

實施例1

本發明的一種含爆炸複合層的對接焊管板的具體實施方式之一，如圖1和圖2所示，其結構包括管板基體1，管板基體1與筒體2對接焊的端面為焊接面11，焊接面11緊貼管板基體1的內環面處設有沿其軸向凸出的環形的對接凸臺12，對接凸臺12與管板基體1為一體成型結構，這能夠增強對接凸臺12的結構強度，焊接面11爆炸焊接有複合金屬層3，複合金屬層3可以複合在管板基體1的一端面或兩端面的焊接面11，當然複合金屬層3上還可以爆炸焊接有另外的複合金屬層3。複合金屬層3通過爆炸焊接工藝貼合在管板基體1，不僅貼合的牢固好，易操作，而且成本較低。

對接凸臺12便於管板基體1與筒體2進行對接焊接，但在複合金屬層3進行爆炸焊接時，其爆炸波會破壞對接凸臺12，為此需要在焊接面11和對接凸臺12的連接處處設置緩衝斜坡13，而且焊接面11與緩衝斜坡13的連接處為圓滑的弧形，這樣緩衝斜坡13能夠順利引出爆炸波，從而能夠有效防止爆炸波對對接凸臺12的損壞，而且緩衝斜坡13引導爆炸波向周邊傳播，還可以讓爆炸複合工藝得以順利進行完畢，有效避免了對接凸臺12對爆炸波的阻擋。

進一步的，緩衝斜坡13的坡面為圓錐面或者微球面。緩衝斜坡13的傾斜角度為θ2，θ2小於45度。

本實施例中，如圖2和圖3所示，為進一步能夠減小緩衝斜坡13的傾斜角度，對接凸臺12遠離管板基體1的內環面的一側設有環形的斜面14，焊接面11通過緩衝斜坡13來連接斜面14，緩衝斜坡13和斜面14在同一平面上，這使得緩衝斜坡13的傾斜角度可以設置的更小，此時傾斜角度為θ1，θ1不大於30度。在對接凸臺12為30mm時，緩衝斜坡13的傾斜角度為30度，那麼經計算，焊接面11周邊未爆炸複合有複合金屬層3的寬度約有52mm，由於該未爆炸複合有複合金屬層3的面積不大，該在複合金屬層3爆炸複合完畢後，採用機械設備將圖2中陰影部分所示的斜坡部15全部車去或者銑去，然後採用熔化極對焊將空缺的斜坡部15補上即可。若焊接面11爆炸複合有複合金屬層3是為了防換熱管和管板基體1相焊接時出現異種鋼焊接不利的情況，只需要在管板基體1的布管區域爆炸複合有複合金屬層3即可，就不需要對焊接面11周邊未複合有複合金屬層3的區域進行補充焊接，也不需要將圖2中陰影部分所示的斜坡部15全部車去或者銑去，只需將緩衝斜坡13加工至其平面與複合金屬層3平面一致即可。

本實施例中的一種換熱器，換熱器包括對接焊接的管板和筒體2，管板和筒體2採用上述焊接結構和焊接過程來實施，這樣不僅能夠有效防止爆炸波對對接凸臺12的損壞，而且緩衝斜坡13能夠引導爆炸波向周邊傳播，可以讓爆炸複合工藝得以順利進行完畢，有效避免了對接凸臺12對爆炸波的阻擋。

實施例2

發明的一種含爆炸複合層的對接焊管板的具體實施方式之二，如圖3所示，本實施例與實施例1的主要技術方案相同，在本實施例中未作說明的技術特徵採用實施例1進行解釋，在此不做贅述，本實施例與實施例的不同在於，管板基體1的內環面設有用於加固對接凸臺12的加強部4，加強部4與管板基體1為一體結構。加強部4能夠增強對接凸臺12的結構強度，進而提高其抵抗爆炸波衝擊破壞的能力。

本實施例中的一種換熱器，換熱器包括對接焊接的管板和筒體2，管板和筒體2採用上述焊接結構和焊接過程來實施，這樣不僅能夠有效防止爆炸波對對接凸臺12的損壞，而且緩衝斜坡13能夠引導爆炸波向周邊傳播，可以讓爆炸複合工藝得以順利進行完畢，有效避免了對接凸臺12對爆炸波的阻擋。

最後應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對本發明保護範圍的限制，儘管參照較佳實施例對本發明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和範圍。