船舶再生式非再生式热交换器工艺及质量控制

2013-04-01王贤泉邓一凡

船电技术 2013年3期

王贤泉，邓一凡

（海军驻武汉七一二所军事代表室，武汉 430064）

0 前言

再生式热交换器和非再生式热交换器是连接船舶动力系统及净化离子交换器之间的重要辅助设备，它们的正常可靠工作直接关系到船舶动力系统运行的安全性和可靠性。因此提高它们的制造质量至关重要，这是由两者的工作范围、功能决定的。再生式热交换器在动力系统和净化系统正常运行时投入工作，确保主动力系统不出现过热现象；非再生式热交换器则是在净化系统正常运行时投入工作，保证离子交换器中的树脂不发生分解,从而确保船舶动力系统的正常运行。

1 影响功能性能的工艺因素及质量控制方法

不论是对再生式热交换器还是非再生式热交换器，在高温高压条件下的密封性是关键指标（内含高温、高压液体），而影响该指标的关键因素除了材质外就是管子——管板的氩弧焊、胀接、钎焊（再生式热交换器采取氩弧焊+胀接；非再生式热交换器采取氩弧焊+钎焊）以及筒身之间的对接环焊质量、焊接应力尽可能消除的水平。

再生式热交换器管子—管板采取氩弧焊+胀接结构，胀接的目的是增强密封性，消除管子—管板间的配合间隙，避免产生缝隙腐蚀。胀接接头的质量控制方法，一是测定管子—管板胀接后的拔脱力；二是将工艺试验件用线切割机沿纵向对称剖开后放入具有一定压力并盛有带颜色水的容器内，看带颜色的水是否会进入管子—管板间的缝隙。至于胀接是在氩弧焊之前还是之后进行技术规范中没有明确规定，经过工艺摸索发现先焊后胀具有可操作性，可防止管子在管腔中串动。

再生式、非再生式热交换器管子—管板氩弧焊的难点在于管内径小，管子壁厚小。采用手工焊接要想获得均匀的熔深和好的通径圆度技术，难度大。同时，接头性能尤其是抗晶间腐蚀能力又必须保证技术条件要求。因此要求必须经过选择合理的工艺参数和培养出操作技术熟练的工人。首先进行焊接工艺试验，该试验是在美国Miller公司 SYNCROWAVE315交流方波恒流氩弧焊机上进行的，通过不断修正焊接参数，使焊缝表面成型美观，焊缝椭圆度≤0.2 mm，焊接熔深为0.86～1.44 mm之间，焊缝无金相缺陷，深敏化晶间腐蚀结论合格。在此基础上进一步完成工艺评定，确定出正式的工艺参数及流程。

对于非再生式热交换器管子与管板的钎焊是关键工艺。钎焊方法是在充满氩气的高真空容器中加热，使先预置的钎料熔化充盈在管子与管板之间，完成钎焊过程。由于钎焊后，钎剂中的残留氟化物会对接头周围造成严重腐蚀，所以必须进行严格繁杂的清洗。另外近百个接头的钎焊质量是靠合理的工艺参数和仪表的精确控制来保证的，而且几乎是不可能进行返修的。因此，必须确保一次焊接百分之百成功，这就要求必须通过大量的工艺试验来建立一套完整可靠的工艺。

实际试验是在JK-200型高真空机组和60 kW钎焊炉上进行的。条件是真空度为 1.5×10-4～1.5×10-4Hgmm、99.999%高纯氩，结果其润湿性大大改善，能够达到产品设计要求（钎焊为H92Li；钎剂为剂 102），钎缝外形美观，圆角饱满，无表面缺陷，钎缝深度≥10 mm；经去除手工氩弧焊部分的钎缝拉脱试验，断于管材上，钎缝未拉脱；经充压染色介质试验，无介质渗入钎缝现象。正式产品工艺就是按此进行。

最后一个关键工艺是筒身对接手工氩弧焊打底+手工埋弧焊，其中的关键又是选择焊接工艺参数和确定相应的工艺措施。对于φ250×20采取U型坡口，对于 φ195×7.5采取 V型坡口，焊丝为 H0Cr20Ni10Ti，焊条为 E347-15，焊机仍为Miller公司 SYNCROWAVE315型交直流氩弧焊机和硅整流手工电弧焊机，同时配有相应转台。焊接过程中采取了内部充氩保护和外部快速水冷措施。结果焊缝着色探伤、X光检验合格；焊接接头的常温和高温拉伸性能、常温冲击合格；焊接接头的敏化晶间腐蚀性能合格；金相组织检验合格。实际工艺也是基于此工艺评定的。

由于不锈钢在机械加工后会出现残余机加应力，焊接后又出现焊接残余应力，较高的残余应力对零部件以至整台设备的安全运行都是一个重大的隐患，所以消除应力水平要求很高。

当前消除应力的通用办法是热处理。对于不锈钢来说，常规消除应力的有效温度区间恰恰是易产生晶间腐蚀的敏感区。这一矛盾给消除应力带来了重重困难。为此，设法使用声探法检测热处理残余应力或引进热成相仪技术测定焊接应力分布规律，确定消除应力处理的最佳规范（温度、保温时间、冷却方式等）。

选用不同精度的加工设备也影响换热效率。管子与管板胀接内外孔中心轴线完全重合时，是最佳理想状态，这样有利于胀接后管子端部壁厚的均匀性，有利于芯子换热性能的提高和泄漏介质的流畅排出。为减少中心轴线的偏差值，必须解决管孔加工同心问题，即严格控制孔距和孔径及内表面粗糙度。可采用高精度的数控龙门双轴钻床和定位夹具对内、外管板的孔系进行精钻加工。