换热管与管板连接

换热器作为物料之间将热流体的部分热量传递给冷流体的传热设备，在人们的日常生活及石油、化工、电力、制药、原子能和核工业中有着广泛的应用。可作为独立设备使用，如加热器、冷凝器、冷却器等；也可作为一些工艺设备的部件，如一些化工设备中的热交换器等。

尤其是在能源消耗量较大的化工行业中，换热器在化工生产中进行热交换和传递过程是不可缺少的设备，在整个化工生产设备中也占有相当大的比例。

换热器从其功能来看，一方面保证工业过程中介质所需的特定温度，另一方面也是提高能源利用率的主要设备。按其结构形式主要有板式换热器、浮头式换热器、固定管板式换热器和U型管式换热器等。除板式换热器外，其余几种都属于管壳式换热器。

由于管壳式换热器具有单位体积传热面积较大、传热效果好，同时具有结构坚固、适应性强、制造工艺成熟等优点，已成为目前使用最普遍的典型换热器。

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管壳式换热器中换热管与管板的连接

在管壳式换热器中，换热器管与管板是换热器管与壳程之间的唯一屏障，换热器管与管板的连接结构和连接质量决定了换热器的质量和使用寿命，是热交换器制造过程的重要组成部分。

换热器大部分损坏和失效发生在换热器管子与管板连接部位，连接接头的质量也直接影响化工设备和装置的安全可靠性，因此对于换热器中的管壳式换热器管子与管板连接工艺已成为换热器制造质量保证体系中最关键的控制环节。目前，在换热器制造工艺中，换热器管与板的连接主要有：焊接、胀接、胀接加焊接和胶合加胀接等方法。

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焊接

换热器管子与管板采用焊接连接，由于管板的加工要求较低，制造工艺简单，有较好的密封性，且焊接、外观检查、维修均十分方便，是目前管壳式换热器中的最佳选择。交换器管与管板的连接是应用最广泛的一种连接方法。在采用焊接连接时，有保证焊接接头密封强度和拉脱强度，也只有保证换热管与管板连接密封焊接密封。对于强度焊接其性能有限，仅适用于振动较小和无间隙腐蚀的场合。

采用焊接连接时，换热管之间的距离不能太近，否则影响传热，焊缝质量不易保证，同时管端应留有一定的距离，以便有利于减少相互焊接应力。换热管伸出管板的长度应符合规定要求，以保证其有效承载能力。在焊接方法上，根据换热器管子和管板的材质可采用焊条电弧焊、TIG焊、CO2焊等方法进行焊接。对于换热器管子与管板之间连接要求较高的换热器，如设计压力、设计温度、高温变化，以及承受交变载荷的换热器、薄管板换热器等，采用TIG焊接是合适的。

传统的焊接连接方法，由于管子与管板孔之间存在间隙，容易发生间隙腐蚀和过热，而且焊接接头处产生的热应力也可能引起应力腐蚀和损坏，从而导致换热器失效。目前，在国内核工业、电力工业等行业使用的换热器中，换热器管子与管板的连接已开始采用内孔焊接技术，这种连接方法将换热器管子与管板的端部焊接到管子上。管束内孔焊接，采用全熔透形式，消除了焊接端部的间隙，提高了抗间隙腐蚀和应力腐蚀的能力，抗应力腐蚀的能力。

其振动疲劳强度高，能承受高温高压，焊接接头力学性能较好；接头可进行内部无损检测，可控制焊缝的内部质量，提高焊缝的可靠性。但内孔焊接技术装配难度较大，对焊接技术要求高，制造和检验复杂，制造成本相对较高。随着换热器向高温、高压、大型化发展，制造质量要求越来越高，内孔焊接技术将得到更加广泛的应用。

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伸缩缝

膨胀节是换热器管子与管板连接的传统方法，利用膨胀装置使管板与管子产生弹塑性变形并紧密配合，形成牢固的连接，具有密封、抗拉脱的作用。目的。在换热器的制造过程中，膨胀适用于无剧烈振动、无过大的温度变化、无严重应力腐蚀的场合。

目前的胀管工艺主要采用机械滚动胀管和液压胀管。机械扩径膨胀不均匀，一旦管子与管板连接失效再用扩径修复非常困难；采用液袋式液压胀接，由电脑控制操作，精度高，并能保证胀接松紧均匀，连接的可靠性优于机械胀接。但加工精度要求严格，很难保证密集接头扩径成功，如果再次扩径失败，修复起来也比较困难。

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胀接和焊接

当温度、压力较高，且在热变形、热冲击、热腐蚀和流体压力作用下，换热管与管板的连接很容易被破坏，采用胀接或焊接都难以保证强度连接和密封要求。目前广泛采用的方法是胀接和焊接。胀焊结构能有效阻尼管束振动对焊缝的损伤，能有效消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高接头的抗疲劳能力，从而提高换热器的使用寿命。

这样提高了换热器的使用寿命，并且比简单的胀接或强力焊接具有更高的强度和密封性。对于普通换热器通常采用“膏体膨胀%强度焊接”形式；而使用条件恶劣的换热器则要求采用“强度膨胀%密封焊接”形式。胀加焊根据胀接与焊接的工艺顺序可分为先胀后焊和先焊后胀两种。

(1)先胀后焊 胀时使用的润滑油会渗透到接头缝隙中，它们对焊接裂纹、气孔等有很强的敏感性，从而使焊接缺陷现象更加严重。这些渗入缝隙的油污很难清除干净，因此采用先胀接再焊接的工艺，不宜采用机械胀接的方式。采用糊胀，虽然不耐压，但可以消除管子与管板管孔之间的间隙，因此可以有效阻尼管束振动到管口焊接部分。

但采用常规的手动或机械控制的膨胀方法无法达到均匀的糊体膨胀要求，而采用计算机控制膨胀压力的液袋式膨胀方法可以方便、均匀地达到糊体膨胀要求。在焊接时，由于高温熔融金属的影响，间隙中的气体被加热并急剧膨胀，这些气体随着高温高压在外部泄漏时膨胀的强度会对密封性能造成一定的损害。 。

(2)先焊后扩径 对于先焊后扩径工艺，首要问题是控制管子与管板孔的精度及其配合。当管子与管板管孔之间的间隙小到一定值时，扩径过程不会损害焊接接头的质量。但焊口承受剪切力的能力比较差，因此焊缝的强度如果控制不符合要求，可能会引起过度膨胀失效或膨胀破坏焊接接头。

在制造过程中，换热管外径与管板管孔之间存在较大间隙，且每根换热管外径与管板管孔之间的间隙沿轴向不均匀。扩径后焊接完成时，管子中心线必须与管板孔中心线重合，以保证接头质量，如果间隙较大，由于管子刚性较大，过大的扩径变形会对接头产生损坏。焊接接头，甚至造成焊缝脱焊。

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胶合接头和膨胀接头

采用涂胶和胀接工艺可以帮助解决换热器管子与管板连接中经常出现的渗漏和渗漏问题，重要的是根据涂胶工况正确选择涂胶填缝剂。在工艺实施过程中应结合换热器的结构、尺寸选择好工艺参数，主要包括硫化压力、硫化温度、膨胀力等，并在生产过程中严格控制。该工艺简单、易于实施、可靠，已在企业实际使用中得到认可，具有推广价值。

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结论

(1)在管壳式换热器中换热器管与板的连接方法，单独采用常规的焊接或胀接很难保证连接的强度和密封的要求。

(2)采用胀焊方法有利于保证换热器管板连接的强度和密封性，提高换热器的使用寿命。

(3)采用胶胀法，解决了换热器管、板连接时的泄漏、渗水问题，工艺简单、容易、可靠。

(4)内孔焊接技术作为全熔透焊接方法，抗间隙腐蚀和应力腐蚀的能力、振动疲劳强度、焊接接头的力学性能都非常好；可以控制焊缝的内部质量，提高焊缝的可靠性，首先更适合高端产品的推广和应用。