Кожухотрубні-і-теплообмінники у великих центральних системах кондиціонування повітря, з-водяним охолодженням і водяними-тепловими насосами використовують герметичний-з’єднання між теплообмінними трубками та трубною решеткою. Лише механічне розширення є достатнім для звичайних умов експлуатації, але суднобудування та ядерне застосування додають суворих вимог до ущільнення, вібрації та втоми, а також потребують запобігання щілинній корозії, тому замість цього використовується комбіноване розширення та зварювання. У цій статті описано ключові контрольні точки для зварювання розширенням мідних труб T2 до композитних трубних листів із мідної-сталі T2 на основі автоматичного імпульсного аргоновольфрамового-дугового зварювання з наступним розширенням.
Концепція підключення: Зварювання плюс розширення
З’єднання виконано на композитній трубній дошці, що складається з шару міді T2, з’єднаного зі сталевою підкладкою. Трубка приварюється до мідної поверхні, а потім розширюється в отвір трубки, тому зварний шов забезпечує первинне ущільнення, а розширена довжина забезпечує механічну міцність, яка протистоїть перепаду тиску та термічному навантаженню.
У компенсаторі мідна трубка пластично деформується, тоді як отвір трубки еластично відновлюється, залишаючи залишкову напругу на межі між стінкою трубки та отвором. Ефективна довжина розширення визначає силу-витягування, яка протистоїть різниці температури та тиску, а прилягання між контактними поверхнями визначає герметичність. Таким чином, як якість зварювання, так і якість розширення визначають термін служби пристрою.
Контроль чистоти перед зварюванням
Чистота перед зварюванням має вирішальне значення. Досвід виробництва показує, що іржа, масло, волога чи інші забруднення на трубній решетці легко утворюють підповерхневі пори. Такі пори зазвичай мають широкий отвір і значну глибину, що утруднює ремонт, а часто й неможливий без переробки з’єднання.
Знежирте та очистіть трубну дошку перед зварюванням, щоб повністю видалити з поверхні масло та сторонні домішки.
Після очищення продуйте область суглоба сухим стисненим повітрям.
Протріть поверхні білою тканиною без ворсу; з’єднання вважається прийнятним, якщо тканина не змінила кольору.
Працюйте з очищеними частинами в чистих рукавичках і повторно -очистіть будь-які з’єднання, які залишилися відкритими на ніч.
Зварювальний зазор і контроль-підгонки
Мідь T2 має дуже високу теплопровідність, у кілька разів більшу, ніж у вуглецевої сталі, тому тепло швидко відходить від дуги. Якщо зазор між трубою та отвором занадто великий, розплавлена ванна схильна до розтріскування кристалізації, неповного плавлення та зниження проникнення, а надлишок тепла також окислює зону розширення перед зварним швом і погіршує якість розширення. Таким чином, для з’єднання труб--труб-листів використовується структура ущільнення, у якій зварювання поєднується з механічним розширенням, а контроль зазору розглядається як критичний параметр.
Щоб зменшити або усунути зазор між трубою та трубною решеткою перед зварюванням, використовуйте розширювальний проход для калібрування або прилипання.
Відрегулюйте довжину розширювача труби так, щоб приблизно 3 мм трубної дошки залишалися нерозширеними на поверхні зварювання, що утримує зварний шов без зовнішнього здавлення.
Також залиште приблизно 3 мм нерозширеними на задній поверхні, щоб запобігти надмірному-розширенню та пошкодженню в місці, де отвір трубки стикається зі стінкою трубки.
Контролюйте швидкість-потоншення стінки приблизно до 2 відсотків, що є нормальною допустимою межею для розширення мідних труб.
Використовуйте летку, не-жирну мастило, що розширюється, щоб мастило не забруднило отвір труби або зону зварювання.
Налаштування середовища, обладнання та захисного газу
Тяга, параметри потоку газу, підготовка електродів і налаштування обладнання впливають на зварювання. Надмірний рух повітря позбавляє захисний газ, дестабілізує дугу та пропускає повітря в резервуар, що робить поверхню зварного шва чорною або позбавляє її металевого блиску; тоді вольфрамовий електрод може бути використаний і зварювання не може продовжуватися нормально. Надмірний потік газу також шкідливий, оскільки струмінь відштовхує екрануючу атмосферу, перешкоджає ламінарному потоку та руйнує захисну оболонку. У таблиці нижче наведено емпіричні параметри виробництва для автоматичного аргоновольфрамового-дугового зварювання мідними трубками T2.
| Параметр | Виробнича установка |
|---|---|
| Швидкість повітря в зоні зварювання | Нижче 1 м/с |
| Вентилятори спрямовані на зону зварювання | Не дозволено; припиніть зварювання, якщо відчувається тяга або з'являється пористість |
| Тиск балона із захисним газом | Негайно замініть балон, коли тиск падає нижче 1,0 МПа |
| Положення витратоміра захисного газу | Вертикальний, тому поплавок читає справжній потік |
| Положення вольфрамового електрода | Дуга з центром на стику між трубною решеткою та теплообмінною трубкою |
| Вольфрамовий наконечник плоский діаметр | від 0,2 мм до 0,8 мм, вибирається відповідно до зварювального струму |
| Напрямок шліфування вольфраму | Поздовжній по осі електрода; ніколи не спіралі |
| Інтервал перевірки електродів | Принаймні один раз на кожні 5 отворів трубки, а також заміна в разі згоряння або забруднення |
| Кут шліфувального конуса | Змінювався зварювальним струмом для стабілізації дуги |
Послідовність розширення: спочатку зварювання, потім розширення
Послідовність двох операцій суттєво змінює результат. Коли трубу спочатку розширюють, а потім зварюють, поле температури зварювання діє на вже розширену зону і розслабляє її, що послаблює з’єднання. Щоб обмежити таку взаємодію, стандарт теплообмінника GB/T 151-2014 залишає певну зону поруч із трубною решеткою не звареною та нерозширеною, зазвичай 15 мм. Однак, оскільки зварний шов закриває цей простір, пил і газ, що потрапили всередину, швидко розширюються під час нагрівання й не мають шляху для виходу. Коли тиск досягає порогового значення, захоплений газ з вибухом викидається в резервуар розплаву та залишає наскрізний отвір у зварному шві, а залишки залишаються у вигляді підповерхневої пори. Метал часто викидається одночасно, і вольфрамовий електрод може бути зруйнований.
Спочатку зварювання, а потім розширення робить це явище дуже малоймовірним. Опублікована польова статистика показує, що послідовність розширення-потім-зварювання створює пористість такого типу приблизно в 40–60 разів частіше, ніж послідовність зварювання-потім-зварювання. Розподіл напруг також сприяє другому шляху: труби, розширені перед зварюванням, мають більш складний напружений стан після зварювання, тоді як з’єднання, зварені спочатку і розширені потім, демонструють відносно стабільну картину зварювальних напруг. Таким чином, як контроль дефектів, так і напружений стан з’єднання підтримують зварювання-спочатку, розширення-після послідовності для розширювальних зварних конструкцій.
Перевірка, випробування та основа специфікації
Матеріал для мідних труб і трубних решет T2 визначається хімічним складом і температурою відповідно до системи позначення кованої міді, а холодильні -труби зазвичай постачаються відповідно до спеціальної специфікації мідних труб для кондиціонування повітря-. Конструкція теплообмінника відповідає стандарту GB/T 151-2014 для кожухотрубних-і-обмінників, який регулює деталі з’єднання труб-з-трубною решеткою, незварену зону та вимоги до випробування тиском.
Візуальна перевірка кожного зварювального шва на наявність рівномірної хвилі, правильного кольору та відсутності підрізів.
Проникаюча перевірка зварних швів труб-до-труб-листа для підтвердження відсутності поверхневих тріщин.
Тест на герметичність гелієм або тиск повітря зібраного пучка труб для перевірки герметичності перед остаточним складанням.
Гідростатичне випробування готового теплообмінника при заданому випробувальному тиску, причому сторони оболонки та труби перевіряються окремо.
Витягніть-або виштовхніть-перевірки на купонах кваліфікації процесу, щоб підтвердити силу розширення.
Часті запитання
Питання: Чому зварювання розширенням використовується замість лише механічного розширення?
Механічне розширення не може гарантувати герметичність з’єднання в умовах сильної вібрації, втоми або термічного циклу, і воно залишає щілину між трубкою та отвором, де може початися щілинна корозія. Додавання торцевого ущільнювача зварного шва усуває щілину та створює-герметичне з’єднання, придатне для суднобудування та ядерної експлуатації.
З: Чому розширення має слідувати за зварюванням?
Зварювання після розширення розслаблює розширену зону і створює складний напружений стан. Зварювання спочатку повністю закриває з’єднання, а потім розширення створює залишкову напругу на поверхні поверхні, яка несе навантаження-витягування, і ризик утримання-газової пористості у зварному шві значно нижчий.
З: Наскільки великою повинна бути нерозширена земля на лицьовій частині трубної решетки?
Приблизно 3 мм на поверхні шва та приблизно 3 мм на задній поверхні. Зварювальний-участок утримує розширювач подалі від зварювального шва, а задня частина запобігає надмірному-розширенню та пошкодженню контакту між краєм отвору та стінкою труби.
З: Що викликає підповерхневі пори в зварювальних швах мідних трубних листів T2?
Зазвичай причиною є забруднення, особливо масло, іржа або волога на трубній решетці, у поєднанні з щілиною, яка дозволяє газу затримуватися, а потім видувати в басейн. Ефективними контрзаходами є очищення, контроль зазорів і постійна подача захисного газу.
З: Чому потік захисного газу є таким критичним для міді?
Мідь швидко відводить тепло, тому дуга гаряча, а басейн чутливий до будь-якого проникнення повітря. Занадто мало газу сприяє окисленню та чорному шву; занадто багато газу створює турбулентність, яка порушує ламінарну оболонку з тим самим результатом.
З: Як часто слід перевіряти вольфрамовий електрод?
Перевіряйте його принаймні один раз через кожні 5 отворів трубки та негайно замініть його, якщо наконечник обгорів або містить залишки основного металу. Наконечник шліфується поздовжньо до площини від 0,2 мм до 0,8 мм залежно від зварювального струму.
