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1、换热器管子与管板焊缝焊接工艺评定中的 红 1罗家裕 1 孙旭东 2沈（1. 德希尼布工程技术咨询 ( 上海 ) 有限公司上海 200031）91203)(2.TheTravelersCompanies,Inc.USACA换热器的管与板的焊接 , 是换热器制造过程中的一个重要环节 , 该接头焊缝的焊接工艺评定 , 是管板 接头质量的重要保证。各国的换热器标准都对管板的 焊接工艺评定有要求。GB 151-1999管壳式热交换 器也提出使用该标准的各方应探讨使用所引用标准 最新版本的可能性，即要求对其按最新版的焊接工艺 评定标准 (NB/T 47104) 进行焊接工艺评定。各国标 准对换热器管和管板
2、焊缝的工艺评定要求越来越细 , 对该焊缝的工艺评定试样的检验要求越来越多。NB/T 47104 的 D.7 对工艺评定中换热管与管板 接头焊缝的检验和结果评定作了要求 , 检验项目有 :渗透检验、金相( 宏观 ) 检验和角焊缝厚度测定。对于宏观金相检验 , 要求焊缝根部要焊透 , 不允许有裂纹、未溶合，每个宏观金相切片上的角焊缝 (8 个 ) 的 厚度 (Leak Path or Weld Throat) 都应大于或等于2/3b(b 为换热管公称壁厚 )1。GB 151-1999 附录 B 只要求在对换热管与管板的焊接工艺评定中进行着色 检验 , 剖面的 10 倍放大镜的宏观检验无裂纹、未溶
3、合等缺陷 , 剖面角接接头的 H 值 ( 焊接接头和管壁的 熔合面长度 ) 不得小于管壁厚度的 1.4 倍。随着我国 换热器标准的更新 , 这些要求越趋统一。ASME IX（2011）对管板焊接接头的检验有如下项 目 : 外观检验、渗透检验、宏观金相检验，对宏观金相 检验结果作了新的五点要求 :1) 最小角焊缝厚度尺寸符 合设计要求 ;2) 无裂纹 ;3) 敷溶金属和管板面以及管壁 面完全熔合 ;4) 敷溶金属熔入焊根 0.4mm 以内 ;5) 焊缝中的气孔不能影响规定的最小角焊缝厚度 2。 在 工 艺 评 定 的 管 接 头 数 量 上 , NB/T 47014 和ASME IX（2011）
4、均 要 求 施 焊 10 个 接 头 , 但 NB/T作者简介：沈红 (1957 ), 男，工学硕士 , 高级工程师，德希尼布中国检验经理 , 从事石油化工设备 检验 。（收稿日期 2014-07-23）CHINA SPECIAL EQUIPMENT SAFETY5摘要 : 本文根据换热器管子和管板焊缝中角焊厚度 , 溶深和焊透 , 管孔间隙 , 管子和管板角焊缝探伤等 , 全面介绍了目前在换热器管与板焊焊接工艺评定中的这些检验项目和要求 .关键词 : 换热器 焊接 换热管和管板的焊缝The Requirement of Inspection for Weld between Tube and
5、 Tube-sheet in PQRShen Hong1 Luo Jiayu Sunxudong2(1.DE Heaney Engineering Consulting (Shanghai) co., LTD Shanghai 200031) (2.The Travelers Companies, Inc. USACA 91203)Abstract: This article introduces the current inspection items and requirement of the weld between tube and tube-sheet in PQR, accord
6、ing to the weld throat, fusion depth and penetration, gap between tube and hole wall of tube- sheet, NDT of the fillet weld and other inspections.Keyword: HEX Welding Weld between tube and tube-sheet.中图分类号：X933.4 文献标识码：B文章编号：1673 257X(2014)11 05 05 DOI: 10.3969/j.issn.1673-257X.2014.11.002检验要求 法规标准
7、47014 要求对 10 个管接头中呈对角线的 2 个接头 , 切成切口相互垂直的 8 片宏观金相试片 , 检查这 8 片试样 的每个截面 ; 而 ASME IX（2011）则要求对这 10 个管 接头沿中心线切开成两半 , 检查每个管接头切开后 4 个焊缝截面。世界上许多工程公司对换热器管子与管板焊缝焊接 工艺评定的检查还有更多的要求 , 如增加了管接头的射 线探伤或削层检验 , 管接头的拉脱试验 , 管接头试样的 撕裂试验等，并对宏观金相要求熔敷深度检验 , 管壁烧 穿检验, 根部缺陷检验和管板和管子之间的间隙检验。2 熔深和焊透的检查对于换热管和管板焊缝熔深的要求 , NB/T47104
8、 的要求是焊透 , 而 ASME（2011）要求熔敷金 属熔入焊根 0.4mm 以内。这两个标准所要求的目的 都是要将焊根焊透 , 对于在管板上开坡口的管板焊 缝 , 焊根处焊透的检查更为重要。图 3 和图 4 为管与 板焊缝根部焊透的照片 , 而图 5 和图 6 为换热管与管 板焊缝根部未焊透的照片。1 最小角焊缝厚度 检查NB/T47104 要求焊缝厚度大于或等于 2/3b(b 为换热管公称壁厚 ), 而 ASME IX（2011）要求最小角 焊缝厚度符合设计厚度 , 通常图纸上并没最小角焊缝 厚度的设计厚度 , 一般工程的技术要求将最小角焊缝 厚度定为 2/3b, 则焊脚尺寸即换热管的公
9、称壁厚 b。最小角焊缝厚度测量起点应是焊根熔透点 , 即处 于管壁上的溶合点 ( 区 ), 可以此为起点 , 以换热管 公称壁厚 b (ASME) 或 2/3b 画圆 , 观察该截面的角 焊缝截面是否在该园内。若在 , 表示该角焊缝厚度符 合要求 ( 如图 1 左上角焊缝和图 2 所示 ):图 3 管板根部腐蚀后的照片 ( 焊透 )图 4 管板根部腐蚀后微观的照片 ( 焊透 )图 1 角焊缝厚度测量的起点图 5 管板根部腐蚀后的照片 ( 未焊透 )图 2 角焊缝厚度的测量6CHINA SPECIAL EQUIPMENT SAFETY除保证在管壁上有合适的熔透外 , 还要注意管壁烧透的缺陷 ,
10、有时这种烧穿因为冷却凝固后 , 将缺陷 处掩盖 , 看上去不明显 , 对于非铁基换热管上 , 这种 烧穿缺陷更容易被忽视。4 换热管和管孔焊接后的间隙换热管和管孔焊接后之间的间隙 , 也是换热器管板焊接接头的一个质量因素 , 通常要求该间隙在不影 响装配的情况下 , 越小越好。间隙越大 , 对腐蚀的影响 也越严重。对于不锈钢换热器 , 这种影响更加明显 3。 对于有胀接要求的管接头 , 如果该管子和管板孔在装配 前间隙大 , 经过胀接后 , 该处间隙还会变化。 TEME RCB-7.21 和 GB 151-1999 中 5.6.4 根据管子外径尺寸 对管子和管孔的间隙公差都有要求。对比同一种管
11、外径 和管孔内径的间隙 , 上述标准有些细微差别 , 如以换 热管外径为 25mm, GB 151-1999 要求的 I 级管束管孔 外径最大可为 25.40mm, 间隙可达 0.40mm/2, 而在 TEME 中 , 换热管的外径为 25.4mm 时 , 管孔外径最大为 25.7mm, 间隙为 0.30mm/2 4,5。换热管和空管 的间隙过大情况如图 9、图 10 所示。图 6 管板根部腐蚀后微观的照片 ( 未焊透 )3 换热管和管板焊缝在管壁上的熔透对于管板焊缝和管壁的熔透 , NB/T 47104 没有详细的要求 , ASME（2011）要求该焊缝要和管壁面 完全熔透 , 但也没有具体
12、数值要求。但在工程上 , 各 大工程公司普遍对管板角焊缝和管壁的熔透要求为最 小为 1/4 管壁厚。如图 7、 图 8 所示。图 7 和管壁的熔透最小为壁厚 1/4图 9 换热管和管孔的间隙过大 ( 胀接后 )图 10 换热管和管孔的间隙过大 的微观照片图 8 管和管壁的熔透CHINA SPECIAL EQUIPMENT SAFETY7法规标准 第 30 卷第 11 期法规标准 5 换热器管板角焊缝的射线探伤目前我国标准和 ASME 对管板焊缝的射线底片无评定标准 , 其他一些对管板焊缝的评定标准各不相同 , 除去裂纹 , 未焊透等线性缺陷不能接受外 , 基本将气 孔和夹渣类缺陷的长度定为要小
13、于 0.25t (t 为换热管 壁厚 )。为了更好地检验管板焊缝中气孔和其他焊接缺 陷 , 射 线 探伤 也 常用 于 管 板焊 缝 的 工艺 评 定 ( 如图 10、图 11 所示 ), 对于较厚的管板 , 为使射线易于 穿透 , 可将带有管板焊缝的管板削薄到最大焊透处加2.5mm, 但不能小于 6mm。对于管板焊缝 , 也可采用 金属削层 ( 冷加工 ) 的方法 , 即用平行于管板面逐层 削薄来检验内部气孔、未焊透、未熔合等缺陷。6 其他检验除以上常规的对换热器管板焊缝焊接工艺评定进行的检验外 , 许多工程公司还有其附加试验，如撕裂试 验和拉脱试验。撕裂试验主要是检验管板焊接接头的焊 透程
14、度以及焊根下部组织的均匀一致性 , 如图 13 所示。 拉脱试验，主要是检验管板焊接接头的剪切强度和所需 的最小拉脱力，如图 14、图 15 所示。当满足最小拉脱力 且拉裂断口发生在焊缝时 , 这不能成为不接受的理由 , 但要对断口处检查 , 看是否有工艺上的不足。一般不采 用推挤的方法进行换热器管板焊接接头试验 , 因为在推挤时 , 由于管子在较高的压应力下产生形变 ,孔中产生高的摩擦力 , 影响试验结果。在管图 13 管板焊接接头撕裂试验图 11 管板焊缝射线探伤示意图图 12 管板角焊缝射线底片图 13 管板焊接接头拉脱试验之一8CHINA SPECIAL EQUIPMENT SAFET
15、Y在该工艺评定中提出新的要求 , 对重要的设备 , 在正式焊接前增加管子和管板焊接的模拟试验 (Mock up Test)。通过这些检验的介绍 , 能使我们了解目前世 界上对换热器管子和管板工艺评定中的动向 , 为我国 的焊接工艺评定发展进步 , 提供了必要的信息。图 14 管板焊接接头拉脱试验之二7 结论换热器管子和管板焊缝的焊接工艺评定是该焊缝质量保证的一个重要环节 , 而对该工艺评定的检验要 求 , 是判断该工艺评定能否合格的基础。在各国标准 中 , 对这种检验要求越来越细化 , 世界许多工程公司（上接第4页）机扫描二维码和水印即可连接后台数据库，快速了解 特种设备的全部信息，包括上次检
16、验日期、检验单位、 检验项目、检验结果、下次检验日期等，从而杜绝超 期未检现象的发生，确保特种设备的安全运行。4 结束语目前证书二维码和水印系统已运用于南京市锅炉压力容器检验研究院的所有制造监检证书以及各类检 验报告中，使用以来效果明显，受到制造企业和使用 单位的一致好评，激光蚀刻二维码和水印技术也即将 运用在罐车监察管理中。二维码和水印技术的完美结 合，必将提高特种设备的防伪水平，使造假者望而却步， 同时二维码的大信息容量和高编码能力也为特种设备 全方位、全生命周期内的信息追踪提供了途径，为我 国的特种设备行业的信息化建设带来新的亮点与特色。CHINA SPECIAL EQUIPMENT S
17、AFETY9参考文献1 严建福 , 浅析条码技术在特种设备监管中的应 用 J. 电子世界 ,2004(11).2 刘全忠 , 基于数字水印技术的证件防伪系统设 计研究 D. 西安理工大学 ,2006(3).3 滕旭 , 基于二维码的证件管理研究与应用 D. 西安科技大学 ,2011(6).4 廖东方 , 二维码电子标签的安全技术研究 D. 北京邮电大学 ,2008(2).5 刘丽 , 周亚建 , 二维条码数字水印技术研究 J. 理论研究 ,2014(1).6 马 智 , 特 种 设 备 使 用 管 理 J. 学 术 研 究 ,2013(21).参考文献1 NB/T 47014-2011 承压设
18、备焊接工艺评定 S.2 ASME Boiler & Pressure Vessel Cod IX,3 陆世英 . 不锈钢概论 M. 北京：化学工业出版 社 ,2013,7:185.4 ASME Boiler & Pressure Vessel Cod IX5 EEM U A-143, R ecom m endation f or Tub e End Welding : Tube Heat Transfer Equipment 20016 Practical Technical Specification Shell & Tube HEX inTitanium, 2012.7 Memo GEC-MM, No. 2013 M06, Solvay S.A Industrial GEC/MM, 2013 (photo 2 7)法规标准 第 30 卷第 11 期