补强圈Word文件下载.docx

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当补强圈厚度超过8mm时，一般采用全焊透结构，使其与器壁同时受力，否则不起补强作用。

为了焊接方便，补强圈可以置于器壁外表面或内表面，或内外表面对称放置，但为了焊接方便，一般是把补强圈放在外面的单面补强。

为了检验焊缝的紧密性，补强圈上有一个M10的小螺纹孔。

从这里通入压缩空气进行焊缝紧密性试验。

补强圈现已标准化。

标记示例

　　例：

公称直径100mm，厚度8mm，坡口型式为B型的补强圈，其标记为

　　补强圈DN100x8--BJB/T4736--95

补强圈是在压力容器开孔部位补强由于开孔造成的应力集中问题。

简单理解就是开孔部位材料减少了，开孔附近部位材料受力就大了。

一般补强圈面积等于开孔面积。

增加加强圈和加大容器壁厚是增加容器刚度和提高外压容器的临界压力的两种方法,尤其在外压容器筒体上适当的增设加强圈更为经济

设计加强圈时，最基本的要求就是加强圈的实际惯性矩大于最小惯性矩。

可采用角钢、工字钢、矩形钢等加工制作，可以焊接在容器的外面，也可以焊接在容器的里面。

当加强圈焊在筒体外面时，加强圈每侧间断焊缝的总长度，不小于容器外周长度的1/2；

当设置在容器内部时，应不少于容器内圆周长度的1/3。

实训项目七：

锅炉管子的胀接与焊接训练

教学信息　　加入时间：

2010-3-16下午08:

47:

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（一）实训目的

通过本次实践训练，使学生掌握：

１、管子的胀接方法及其注意事项

２、倒链的使用方法及其注意事项

（二）实训内容

１、管子的胀接

（1）用固定胀管器初胀

先用固定胀管器初胀，使管子扩大与管孔消除间隙后，再扩大约0.2—0.3mm，然后再用翻边胀管器复胀至终，使管子与管孔间更加紧密，并呈现喇叭口形状，整个胀管工作分两次完成，称为二次胀管法。

（2）胀管器的检查

胀管器以制造厂随锅炉供货的产品为最佳。

如在市场选购时，应根据锅筒厚度和管子公称直径进行选择。

（3）胀管率的控制

为避免胀管时出现超胀或胀接不足的现象，宜在胀管之前就预先按试胀确定的最佳胀管率和管孔展开图中已标注的管孔与管端的实测数据，用胀管率计算公式反复算出施胀后的管子内径（称终胀内径），作为胀口扩大程度的依据。

（4）胀管操作

在受热面管束的安装中，一般除基准管采用二次胀接外，其他管子的胀接宜采用一次胀管法，这样可提高胀管速度。

工业锅炉供货，随锅炉带的胀管器也只有翻边胀管器，不带固定管器。

２、管子的焊接

按《锅炉受压元件焊接技术条件》和《锅炉受压元件焊接接头机械性能检验方法》有关规定进行。

在管子的直线部分，焊缝到弯曲起点的距离不应小于50mm；

管子上焊缝的数量平均每200mm不超过一个焊口，且同一根管子上焊缝的间距不应小于300mm。

（三）实训步骤

一、管子的胀接

锅炉胀管工作有两种方法，一种是先用固定胀管器初胀，使管子扩大与管孔消除间隙后，再扩大约0.2—0.3mm，然后再用翻边胀管器复胀至终，使管子与管孔间更加紧密，并呈现喇叭口形状，整个胀管工作分两次完成，称为二次胀管法；

另一种是自始至终只用翻边胀管器一次完成，不分固定胀和翻边胀，称为一次胀管法。

两种胀管法均应达到计算的胀管率后，才能结束胀接。

（1）胀管器

管子胀接的工具是胀管器，常用的自进式胀管器有固定胀管器和翻边胀管器两种，如图8.27所示。

两种胀管器均由外壳、胀杆和胀珠组成。

图8.27自进式胀管器

1-胀杆；

2-直胀珠；

3-翻边胀珠；

4-外壳

图8.27（a）是固定胀管器的构造，在胀管器的外壳上，沿圆周方向相隔120°

有三个槽形孔，每个槽内有一个锥形胀珠，中间插入一根锥形胀杆。

因为胀珠的锥度为1／40-1／50，胀杆的锥度为1／20-1／25，所以在胀管过程中，胀珠与管子内壁的接触线，总是与管子轴线平行的，使管子呈圆柱形扩胀而不会产生锥度。

图8.27（b）是翻边胀管器的构造图，这种胀管器较固定胀管器不同的是，在三个胀珠中有一个是两节的，一节直立的是直胀珠的一部分，另一节是倾斜的，能将管口扳成12°

—15°

的斜角，而呈现喇叭状。

（2）胀管器的检查

并在使用前应进行下列检查：

①胀管器的规格，应与被胀管径相适应，并能满足最终扩大内径的需要；

②胀杆和胀珠不得弯曲，胀杆的弯曲度偏差不应大于0.1mm；

③胀杆和直胀珠的圆锥度应相配，即直胀珠的圆锥度应为胀杆圆锥度的一半

④各胀珠巢孔的斜度应相等，底面应在同一截面上；

⑤各胀珠在巢孔的内间隙不得过大，其轴向间隙应小于2mm，翻边胀珠与直胀珠串联时，其轴向总间隙应小于1mm；

⑥胀珠不得从巢孔中掉出，且胀杆放入至最大限度时，胀珠应能自由转动。

使用胀管器时，胀杆和胀珠都应涂以适量黄油。

每胀完15—20个口后，应用煤油清洗一次，重新涂黄油后使用，但应防止油流人管子与管孔的间隙内。

对损伤了的胀杆及胀珠应及时更换，不可勉强延续使用。

（3）胀接原理

胀管方法，是利用金属的塑性变形和弹性变形的性质，将管子胀在锅筒上。

因为锅筒的管孔比管子外径稍大一点，当管端插入管孔时，管子与管孔间有一定的间隙。

胀管器伸人管端后，用扳把转动胀杆时，胀珠即随胀杆的转动而转动，随着胀杆的伸入，胀珠对管端径向施加压力，使管径渐渐扩大产生塑性变形。

当管子外壁与管孔间接触后，压力也开始传到管壁上，使管孔产生弹性变形，而对其所受压力产生反弹力；

当胀管程度达到要求取出胀管器后，被胀大的管端外径基本保持不变，而管孔却力图恢复原形，其反弹力将管子牢牢地箍紧，从而形成良好的结合强度与严密度，如图8.28所示。

图8.28胀接原理示意

1-锅筒孔壁；

2-胀接管子；

3-翻边胀珠；

4-直珠；

5-胀杆

由于终胀后的管子已产生永久变形，即变形超过管材的弹性极限而不可复原。

复原应力不复存在，因此，管孔施加于管外壁的反弹力是持久稳定的，它所造成的强度及严密度相应地也是持久稳定。

所以胀接质量的好坏，首先是要保证管端有良好的塑性，为此胀管前要对管端进行退火处理，以增加其塑性。

另外，当周围环境温度低于0℃时，不宜进行胀管工作，以避免管端产生脆裂现象。

如必须进行胀管时，需采取措施将环境温度升高，才能进行胀管。

（4）胀管率

胀管率是检查和控制胀管程度的依据。

胀管时，施胀的径向压力使管径和管孔扩大，管壁变薄，当胀至最佳胀管率时，管壁与管孔间就达到了最理想的严密性和强度要求。

如再继续扩胀，孔板将由弹性变形转为塑性变形，孔板对管子的反弹作用力减弱，管壁开始变薄，胀口强度下降，严密性也随着降低，这就是超胀现象。

从外观检查，能见到已胀大部分较未胀部分的管壁明显凸起，管孔边缘突出，已局部产生塑性变形，甚至可在锅筒外面看到由于管口被挤薄伸长形成的沟环。

相反，如果胀接时胀接不足，即未达到最佳胀管率时，胀口的强度及严密度也将不足。

因此，控制最佳胀管率，是避免出现超胀或胀接不足，以及保证胀口强度和严密的重要措施。

胀管率应按测量管子内径在胀接前后的变化值计算（以下简称内径控制法），或按测量紧靠锅筒外壁处管子胀完后的外径计算（以下简称外径控制法）。

当采用内径控制法时，胀管率Hn应控制在1.3％—2.1％的范围内；

当采用外径控制法时，胀管率Hw应控制在1.0％-1.8％的范围内，并分别按下列公式计算

Hn=（d1－d2－δ）÷

d3×

100％（8—2）

Hw=（d4-d3）÷

100％（8—3）

式中Hn——采用内径控制法时的胀管率；

Hw——采用外径控制法时的胀管率；

d1—胀完后的管子实测内径（mm）；

d2—未胀时的管孔实测内径（mm）；

d3—未胀时的管子实测直径（mm）；

d4—胀完后紧靠锅筒外壁处管子实测外径（mm）；

δ—未胀时管孔与管子实测外径之差（mm）。

为确保胀管质量，在正式胀管前应进行试胀工作。

通过试胀检查胀管器的质量，同时使胀管操作人员熟悉和掌握胀接材料（管子和管孔）的可塑性能，熟悉胀管操作，积累操作经验。

试胀使用的管孔板和管子，应与供货的锅筒和管子相同，由锅炉制造厂提供。

试胀过程中，胀珠与胀杆应能转动灵活，进退自如，胀成的管口形状正确。

经过试压和剖面分析，确定最佳胀管率。

如用测量终胀外径控制胀管率时，还应测得测管器后胀口外径的缩小量。

（6）胀管率的控制

胀管时即可用测内径的仪表控制，不使施胀后的管子内径超过计算值，以防止超胀，也不能使施胀后的管子内径小于计算值，以防止胀接不足的缺陷。

终胀内径计算式为

d1=Hd3+d2+δ（8.3）

经式（8.3）算得的各胀口的d，值，应清楚地标注于管孔展开平面图上，作为胀管操作时施胀的控制依据。

如果终胀内径不容易测得，也可将其换算成终胀外径，以便在锅筒外进行测量，计算如下

D1=d3（H+1）（8—5）

式中D1——施胀后管子的实测外径（m）。

胀管进行到胀口接近要求时，将调好尺度的游标卡尺，靠在锅筒外胀口根部，待管口胀至终胀外径时，立即停止胀管工作。

测量的数据是胀管器的工作状态下测得的，当取出胀管器时，管口立即缩小。

为此，游标卡尺的调开尺度，应是终胀外径加缩小量。

取出胀管器胀口的缩小量，应在试胀时测得。

在实际胀管过程中，应取得每个胀口的数据，以便计算其胀管率。

但可不必将整台锅炉全部管口的胀管率都算出来，允许只选择部分有代表性的胀口进行计算，但计算数量不得少于总胀口数的10％。

（7）胀管操作

胀管时，锅筒里、外部人员，应密切配合，互相联系。

外部人员应注意管子窜动和位置变化以及管端扩大程度；

内部人员应注意检查管端伸人锅简的长度是否合格，并防止污物落人管子与管孔间的环形间隙中。

胀接过程，遇有管子一端胀接另一端为焊接时，应先焊后胀。

同一根管子，应先胀上锅筒后胀下锅筒。

胀管时，必须使人孔保持完全开启状态，使空气流通，锅筒内必须有足够的照明亮度。

采用一次胀管法胀管，为避免施胀时应生的应力影响已胀过的相邻胀口质量（主要是引起松弛），应采用反阶胀管操作顺序，即在管列方面按I、Ⅱ、Ⅲ…的顺序，在管排方面按1、2、3…的顺序进行胀管操作，并应将此操作顺序编号标注于管孔展开平面图上，如图8.29所示。

（8）胀管的质量要求

①管端伸出管孔的长度g值不应超过表8.13的规定范围。

②管口翻边角度为12°

-15°

，并在伸入管孔内0-2mm处开始翻边倾斜，如图8.30所示。

③翻边根部开始倾斜处应紧贴管口壁。

翻边管口不得有裂纹。

④胀完后的管口应平滑光亮，不应有超胀或偏胀（单边）现象，胀管率采用内径空制法时应控制在1.3％-2.1％范围内；

采用外径空制法时应控制在1.0％-1.8％的范围内；

⑤胀口应有足够的强度和严密性，水压试验不应有渗漏现象。

试验漏水的胀口，应在放水后随即进行补胀，但补胀次数不宜多于两次。

图8.29反阶式胀管顺序图8.30管口板边斜度

二、管子的焊接

受热面管子及锅炉本体范围内的管道焊接工作，应按《锅炉受压元件焊接技术条件》和《锅炉受压元件焊接接头机械性能检验方法》有关规定进行。

施焊的焊工必须由经考试合格持证的焊工担任。

管子的对接焊缝应在管子的直线部分，焊缝到弯曲起点的距离不应小于50mm；

焊接管口端面原倾斜度f应严格用钢角尺检测，如图8.23所示，合格范围为：

D≤60mm时f≤0.5mm；

60mm<

D≤108mm时，f<

0.6mm；

108mm<

D≤159mm时，f≤1.5mm；

D>

159mm时，f<

2mm。

管子对接施焊后应平直，因焊接引起的弯折度y如图8.31所示，并应符合下列规定：

公称外径D≤108mm时，y<

1mm；

D>

108mm时，y<

2.5mm。

管子对焊连接后应做通球试验，DN≤32mm的管子，用直径为管子公称内径70％的圆球试验；

DN>

32mm的管子，按表8.11规定的通球直径试验。

对组装后缺陷难于处理的焊接管段，应在组装前做单根管段的水压试验，试验压力为工作压力的1.25倍，以检验焊缝的焊接质量。

管道上全部所属焊接件均应在水压试验前焊按完毕。

换热器管子与管板胀接工艺分析

王　刚（青海大学化工学院,青海西宁　810016）

　　管子与管板的连接是管壳式换热器生产中最主要的工序之一。

由于这类工程需耗费大量工时,更重要的是,连接的地方在运行中容易发生故障。

因此,发展高效率、高质量的连接技术已成为制造中的重点研究课题。

根据换热器的使用条件不同,加工条件不同,连接的方法基本上分为胀接、焊接和胀焊结合三种,由于胀接法能承受较高的压力,特别适用于材料可焊性差及制造厂的焊接工作量过大的情况。

因此该方法在实际生产中运用广泛。

随着技术的不断发展,现已相继开发出滚柱胀管、爆炸胀管及液压、液袋和橡胶胀管等新工艺。

本文拟对这几种胀管工艺进行比较,为实际生产选择合理的胀管工艺提供参考。

1　传统胀接工艺

1.1滚柱胀管法　

　　该方法是在一个构架上嵌入三个小直径的滚子,中间有一根锥型心轴的胀管器,如图1所示。

胀管时将胀管器的圆柱部分塞入管孔内,利用电动、风动等动力旋转心轴,通过滚子沿心轴周向旋转,使心轴挤入管内面并强迫管子扩大,达到一定的胀紧度,使管子紧紧地胀接于管板的孔上。

胀管操作可分为前进式和后退式两种,前进式是将构架插入管内,旋转心轴,前进挤大,达到所定的紧固程度后电动机反转,由管中拔出完成胀管过程。

反转式和前进式一样旋转心轴前进,达到原定的紧固程度后电动机停止,同时后退装置的离合器啮合反转,滚子和心轴的相对位置保持不变,一边反转一边由该深度到入口处连续均匀地进行平行胀管。

由于这种胀接过程是由里至外,管子的伸长,发生在管板外侧,可以消除管束的受力状态,提高产品质量[2],故用于胀接长度大于60ｃｍ的连接。

1.2爆炸胀管工艺

　　　该方法是利用高能源的炸药,使其在爆炸瞬间（10×

10-6～12×

10-6ｓ）所产生冲击波的巨大压力,迫使管子产生高速塑性变形,从而把管子与管板胀接在一起,实现管子与管板的连接。

图2为爆炸胀接的示意图,图中柱状炸药放置于管端的中心,为防止冲击波对管壁的损伤,炸药的周围有一管状缓冲填料（粘性物或者塑料）,使压力能均匀地传递到管壁上。

2　胀接新工艺

2.1液压胀管工艺

　　液压胀管工艺又称软胀接,一次可以胀接较多的管接头。

液压胀管是一种新的胀接技术,它是通过对管子内表面施加高的液压力,使管子塑性变形而胀接于板孔内表面的。

液压胀接的胀管头是直径略小于管子内径的一段芯棒,芯棒两端的外圆表面上有多个密封件,在芯棒中部设有进油孔,在两段密封件之间的管段内施以高压,使管子发生塑性胀大变形而实现胀接。

液压胀管的结构如图3所示。

2.2橡胶胀管工艺

　　　橡胶胀压新技术是在橡胶受力变形的基础上发展起来的,它是利用橡胶弹性体的轴向压缩产生的径向压力将管子胀接于管板上的。

橡胶胀管机的工作原理如图4所示。

当加载拉杆施加拉力时,胀管橡胶便受到轴向压缩,并同时产生径向扩展,该扩展力足以使管子材料发生变形,从而实现管子与管板间的连接。

为防止橡胶在高压下的轴向移动,在胀管头的两端装有特殊的硬橡胶密封环。

橡胶胀管的拉杆是用高强度钢做成的。

它是通过约20ＭＰａ的压力水或油加载于拉杆上,由于拉力是背靠压环达到平衡的,故组成了一个内力系统,而不需要其他支撑或约束。

胀管橡胶则采用弹性大,强度高的材料制成。

3　几种胀管工艺方法的比

3.1机械胀管工艺优缺点分析

　　　机械胀接是利用胀管器来完成的,胀管器按进给方向的不同而分为前进胀接和后退胀接两种类型。

前者适用于一般换热器及管孔直径小于38ｍｍ管子的胀接,它的胀杆带有1:

25～1:

50的锥度,使周向分力小于摩擦力,从而避免了滚柱与胀杆间的相对滑动为使胀管器导入方便,滚柱上设计有一定锥度的头端;

后者通常用于深度胀接和直径大于38ｍｍ的胀接,其滚子的径向胀大是靠胀杆后退拉力实现的,胀管时管子轴向伸长,因此可向外端自由变形,故避免了前进式胀管器给管子连接造成的轴向压应力及变形。

机械胀接不仅能承受一定的轴向力、热冲击和反复热循环,而且操作简单、使用灵活,在制造和维修中应用较为普遍。

但是机械胀管也存在如下缺点:

各管子间的胀度不一,连接强度和紧密度不均;

胀管接口的内表面产生硬化现象,给重复补胀带来困难。

管子与管板材料胀接的相容性有一定的限制,如钛管与碳钢的胀接、铝管与碳钢的胀接等均受到了限制;

劳动生产率低,而且小管径或存厚壁管管子的胀接较困难。

3.2其他胀管工艺与机械胀管工艺比较分析　

　　液压胀管除具有使管壁受力均匀、管子轴向伸长少和加工硬化均匀等优点外,又因管壁金属几乎能完全添满管孔槽,而具有较大的轴向拉脱力和良好的密封性。

橡胶胀管的优点:

属于软特性的胀管工艺,胀接区与未胀接区的交界不明显,过渡光滑,残余应力小,抗应力腐蚀和抗疲劳的性能好;

无管子轴向延伸,与爆炸胀管一样适用于先焊后胀;

管径偏差要求不严,且适合于椭圆管的胀接;

适用范围大,10～100ｍｍ的管径及1ｍｍ的薄壁管均能进行良好的胀接;

液压控制拉杆,易于控制胀管质量和调节胀紧度。

爆炸胀接的基本要求仅仅是使管子能胀接到管板上,并保证足够的连接强度。

因此对于换热器常用规格管子的胀接,大都采用硝铵一类低爆炸速度的炸药,且药量较少,所以普通的胀管,亦可以直接采用雷管或导爆索进行爆炸胀接,而管壁则用牛皮纸作保护层。

由于爆炸时管子在巨大的压力下呈瞬时超塑性状态,而能充分地挤满孔槽,因此爆炸胀管具有较高的连接强度和可靠的密封性;

又因爆炸胀管有较好的材料可容性,故适用不同材料各种管径的胀接;

此外爆炸胀管还有一个显著的优点,就是工艺工装简单,生产效率极高。

但管子与管板材料胀接的相容性有一定的限制,如对钛管与碳钢的胀接等不适用。

4　结语

（1）要保证管子与管板连接的可靠性,不仅要求按设计条件（如温度、压力、接头连接强度、疲劳及介质的腐蚀性等）正确合理地选用连接形式,而且在制造施工中还应有适用于不同连接形式的合理的工艺制度和检验制度。

实践证明,连接接头的可靠性,除由设计条件决定外,还往往受制造施工可行性程度的影响。

（2）几种胀管工艺中,从胀接性能来看橡胶胀管与液压胀管最好;

爆炸胀管的生产效率最高;

由于生产条件的限制,机械胀管目前使用最为普遍。

　　（3）在换热器管子与管板连接接头加工过程中,若仅需要胀接,则应根据实际生产条件尽量选择胀接性能比较好的胀管工艺方法,以保证获得优良的胀接质量。

　　（4）对于使用条件苛刻的场合,如耐高温高压、承受动载荷和耐腐蚀的换热器,则应采用胀接与焊接相结合的连接形式。

许多实验资料表明,无论采用那种胀焊连接形式,其接头处的抗拉强度和密封性能都较单独胀接或焊接为高,在某些程度上甚至超过了管子材料强度。

清根一般是指清除焊缝背面的缺陷。

可用机械加工、风铲、气割、电弧气刨等方法。

气割清焊根

摘自《焊工手册》

焊缝清焊根，在有条件的地方可采用碳弧气刨，在某些情况下，也可以用气割清焊根。

气割清焊根（割槽）法所需设备简单，但效率较低些。

气割清焊根的技术特点：

采用普通割炬，风线不要求太长太细，而是要短要钝，风线长度只需20～30mm即可，而风线的直径要求粗些。

因此，气割清焊根使用风线不好的旧割嘴较为适宜。

如使用专用清焊根割嘴最为理想。

气割清焊根的操作技术较简单，容易掌握。

具有一般气割操作技术的气割工，经短时间练习后，便可进行气割清焊根工作。

气割清焊根的操作要领有如下几点：

1）首先在清焊根部位预热（此时割嘴角度不限，一般为45°

～90°

），使起割点迅速升温。

当金属呈熔融状态（比割钢板时的预热温度高些）时，立即将割嘴调至与工件表面的夹角为20°

左右；

慢慢打开切割氧气。

将焊缝根部吹成一条一定深度的沟槽；

然后割嘴再做横向摆动，将沟槽的两边扩至需要的宽度；

之后，割嘴伸进已割出的坡口内，按上述方法继续向前割槽。

清根过程中割炬与工件的角度变化见图8―12。

2）每当打开切割氧吹除氧化铁渣的同时，割嘴要随着氧化铁渣的吹除而慢慢后移（移动范围―般多在10一30mm之间），以减轻氧气气流的冲击力，防止将金属吹成高低不平或吹出深沟。

3）在清根过程中，切割氧不是总打开着，需根据金属的燃烧温度情况随时打开和关闭。

4）采用中性火焰预热．火焰能率比割钢板时要大些。

吹除氧化铁渣时。

切割氧流要小些，这样便于控制坡口的宽窄、深浅和根部表面的光滑度。

气割清根或挖坡口的优点，除了设备简单、适用灵活、容易掌握外，同时较其它方法更容易发现焊缝内在的缺陷（如气孔、夹渣、未焊透、裂纹等）。

气割清焊根的缺点。

除了效率较碳弧气刨低外，还有因割嘴需伸进坡口内进行．所以清出的槽形坡口较宽。

碳弧气刨的特点及应用范围

碳弧气刨及切割是利用碳极和金属母材之间产生的高温电弧。

把金属局部加热到熔化状态，同时用压缩空气的高速气流把这些熔化金属吹掉，从而对金属母材进行刨削或切割的一种工艺方法。

对于各种钢材，采用直流反接（碳棒接正极）以促使熔池大幅度增碳，从而降低其熔点并改善其流动性。

碳弧气刨及切