一种适用于镍基焊材的管子-管板焊坡口的制作方法

本发明涉及一种管子-管板焊坡口。

背景技术：

管壳式换热器是压力容器中重要的产品分支。换热管与管板之间连接处是管壳式换热器发生失效的主要部位，其可靠性直接影响该类产品的使用寿命。采用强度焊将换热管与管板表面进行连接是最为常见的连接方式，此类强度焊即管子-管板焊。在管壳式换热器的制造过程中，管子-管板焊属于关键工序。当管壳式换热器壳程设计参数较高或介质具有强腐蚀性时，管板表面需堆焊镍基材质隔离层，而换热管会根据具体工况采用低合金钢或不锈钢。由于镍基焊材具有优秀的膨胀性能，因此这种异种材料的管子-管板焊会采用镍基焊丝。

现有的管壳式换热器均在换热管和管板焊之间加工v形坡口用于管子-管板焊，图1为现有的管壳式换热器中换热管和管板的结构示意图，管板为饼形锻件，管板上钻有大量的垂直于管板平面的通孔，换热管固定在通孔内；在堆焊层上通孔的端部加工v形坡口；图2为图1的剖视图，图中1为管板，2为换热管，3为管板表面起到隔离作用的堆焊层；图3为图1中堆焊层上通孔的端部加工的v形坡口结构示意图；v形坡口的角度α一般为45°～60°，焊接过程中由于镍基熔池粘度较大、镍基焊材熔融态流动性不良以及v形坡口根部尖角处较大的拘束度，易导致v形坡口根部产生较多的诸如未熔合等焊接缺陷。这些焊接缺陷无法被表面探伤发现，因而在产品运行过程中，易在管子-管板焊缝位置产生失效。

技术实现要素：

本发明为了解决选用镍基焊材进行管壳式换热器的管子-管板焊时，采用v形坡口时易产生焊接缺陷的问题，提出一种适用于镍基焊材的管子-管板焊坡口。

本发明适用于镍基焊材的管子-管板焊坡口设置在管板的堆焊层一侧通孔的端部，坡口呈环形，坡口由底和侧壁构成，坡口的底为平面，坡口的侧壁为圆弧面。

本发明原理及有益效果为：

本发明适用于采用镍基焊材的管子-管板焊，本发明坡口设置的底可以降低坡口的深-宽比并起到对焊接熔池的缓冲作用，坡口结构中没有尖角形状，同时在熔融金属流动方向设置了截面为圆弧的侧壁，最大程度减小了坡口根部的拘束度，提高了熔融金属在坡口内的流动性，改善了管子-管板焊坡口根部的熔合状况，从结构上大幅降低未熔合等缺陷的产生，提高了管子-管板焊的焊缝质量，有效保证产品的平稳运行。

附图说明

图1为管壳式换热器中换热管和管板的结构示意图；

图2图1的剖视图；

图3为图1中堆焊层上通孔的端部加工的v形坡口结构示意图；

图4为实施例1中管子-管板焊坡口结构示意图，图中1为管板，2为换热管，3为管板表面起到隔离作用的堆焊层；

图5为实施例1中焊接后形成的焊接试样经切割及腐蚀后的剖面的宏观形貌图；图中a为换热管，b为焊缝，c为堆焊层，d为管板；

图6为对比例中焊接后形成的焊接试样剖面宏观形貌图。

具体实施方式：

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。

具体实施方式一：本实施方式适用于镍基焊材的管子-管板焊坡口设置在管板的堆焊层一侧通孔的端部，坡口呈环形，坡口由底(32)和侧壁(31)构成，坡口的底(32)为平面，坡口的侧壁(31)为圆弧面。

本实施方式原理及有益效果为：

本实施方式适用于采用镍基焊材的管子-管板焊，本实施方式坡口设置的底(32)可以降低坡口的深-宽比并起到对焊接熔池的缓冲作用，坡口结构中没有尖角形状，同时在熔融金属流动方向设置了截面为圆弧的侧壁(31)，最大程度减小了坡口根部的拘束度，提高了熔融金属在坡口内的流动性，改善了管子-管板焊坡口根部的熔合状况，从结构上大幅降低未熔合等缺陷的产生，提高了管子-管板焊的焊缝质量，有效保证产品的平稳运行。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述侧壁(31)的截面的圆心角为89.5°～90.5°。其他步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述侧壁(31)截面的半径为1～1.5mm。其他步骤和参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述底(32)的宽度为0.5～1.5mm。其他步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述镍基焊材为固溶强化型镍基合金焊丝；固溶强化型镍基合金焊丝为ernicr-3镍铬铁合金焊丝、ernicrmo-3镍铬钼合金焊丝等。其他步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。

实施例1：

本实施例适用于镍基焊材的管子-管板焊坡口设置在管板的堆焊层一侧通孔的端部，坡口呈环形，坡口由底(32)和侧壁(31)构成，坡口的底(32)为平面(平面平行于堆焊层表面)，坡口的侧壁(31)为圆弧面；侧壁(31)的截面圆心角为90°；侧壁(31)的半径为1.5mm；底(32)的宽度h为0.5mm；管板材质为低合金钢(sa-336f11cl3)；换热管材质低合金钢(sa-213t11)；堆焊层为固溶强化型镍基合金(inconel625)；镍基焊材为ernicrmo-3镍铬钼合金焊丝；

本实施例中管板为饼形锻件，管板上钻有520个垂直于管板平面的通孔，相邻的通孔中心线间距40mm，换热管设置在通孔内，换热管伸出堆焊层表面5mm。

本实施例适用于采用镍基焊材的管子-管板焊，本实施例坡口设置的底(32)可以降低坡口的深-宽比并起到对焊接熔池的缓冲作用，坡口结构中没有尖角形状，同时在熔融金属流动方向设置了截面为圆弧的侧壁(31)，最大程度减小了坡口根部的拘束度，提高了熔融金属在坡口内的流动性，改善了管子-管板焊坡口根部的熔合状况，从结构上大幅降低未熔合等缺陷的产生，提高了管子-管板焊的焊缝质量，有效保证产品的平稳运行。

对比例：对比例与实施例1不同的是：坡口不同，对比例中进行管子-管板焊时采用v形坡口，v形坡口的角度α为50°，v形坡口深度为1.5mm；其他工艺和参数与实施例1相同。

图4为实施例1中管子-管板焊坡口结构示意图；图5为实施例1中焊接后形成的焊接试样经切割及腐蚀后的剖面的宏观形貌图；图中a为换热管，b为焊缝，c为堆焊层，d为管板；

实施例1中焊接试样的剖面是经切割后得到，试样剖面通过肉眼观察无焊接缺陷，因此采用腐蚀液(体积比：盐酸:无水乙醇:硝酸:双氧水＝4:4:2:1)对实施例1中焊接试样剖面进行酸腐蚀以进一步观察，图5为实施例1中焊接后形成的焊接试样的剖面的宏观形貌图；图中a为换热管，b为焊缝，c为堆焊层，d为管板；腐蚀后换热管、焊缝、堆焊层和管板界面清晰。

图6为对比例中焊接后形成的焊接试样剖面宏观形貌图。仅凭肉眼即可以清晰的观察到图6中v形坡口根部存在未熔合缺陷，因此没有酸腐蚀以进一步观察的必要。由图5和图6对比能够看出，实施例1焊接后焊缝根部熔合状况有十分显著的改善，消除了未熔合的焊接缺陷，焊缝、换热管和堆焊层之间呈现圆滑过度形态，焊缝形态饱满，不存在应力集中区。