核电高加热管的胀接工艺性探讨

谌杰林

【摘要】在目前国内的部分核电的机组中，高压的加热前换热管都已经全部采用铁素体的不锈钢管，该不锈钢管与其他的不锈钢管材不一样，管材的脆性转变的温度比较高，并且对换热器胀接的质量产生了很大的影响。本篇文章主要从胀接的温度以及化学成分等方面讨论影响材料脆性的转变温度因素，通过模拟一些胀接的实验，验证此材料胀接的性能好坏，本篇文章讨论的内容为核电高加生产和制造提供了一定的参考。

关键词：核电高压；加热器；胀接的工艺；探讨

通常情况下铁素体的不锈钢换热的管子抗腐蚀能力都要比碳钢好，其传热的性能要比奥氏体的不锈钢好，并且该管材在价格方面也要比奥氏体的不锈钢有优势。目前我国很多核电机组高压的加热器都是选取这种换热管。特别是在宁德、红沿河以及岭澳这些核电的工程中，都是选用这种材质换热器。因为铁素体的不锈钢脆性转变的温度比较高，所以材料的脆性转变的温度很大程度上会对换热管接管质量产生影响。

1.换热管胀接温度

本篇文章所提到铁素体的不锈钢和其他的不锈钢一样，但是研究的不锈钢韧性以及脆性转变的温度比较高，所以说在对管子和管板进行胀接的时候，一定要控制整个过程中的温度。为了能够研究检测管子的脆性转变的温度，本次在不同的温度下对管子的母材进行实验，得出具体的数据。数据显示的结果是，在温度为20、-10、-40摄氏度的时候，管子都不会发生弯曲变形，也不会出现裂纹；当温度在-20摄氏度的时候，有一个式样发生了细小的裂纹，还有三个试样没有发生弯曲，也没有出现裂纹。当温度在-69摄氏度的时候六个试样中只有一个试样没有出现裂纹，有四个试样都在焊接缝处出现裂纹，还有一个试样已经完全断裂。当温度为-70摄氏度的时候，三个试样中有一个试样出现了裂纹，还有两个试样完全断裂。当温度处于-80摄氏度的时候，两个试样都发生了断裂。从实验得出的数据可以看出，当温度在-10摄氏度以上的时候，换热管脆变的概率比较小，因此在进行胀接操作的时候，要尽量将温度控制在-10摄氏度以上。

2.钛的含量对于脆性的变温影响

通过对铁素体不锈钢的化学成分进行分析，除了晶粒度的大小会对脆性的转变温度产生影响以外，钛的含量也会对此产生影响，因此也要对钛的含量进行控制。研究表明，钛的含量越高，不锈钢材料的脆变温度就会越高，相反脆变的温度就会越低。如图1所示，就是对不同钛含量的试管进行实验得出的数据曲线图。

从图中可以看出当换热管钛的含量处于0.33%，并且温度低于-20摄氏度的时候，此时对试管进行冲击的实验，有一部分的管子试样会因此发生开裂的情况。但是当温度比-20摄氏度高的时候，冲击试验之后的管子试样就没有发生开裂的情况。从以上的数据得出结论：钛含量处于0.33%的试管会发生开裂情况的零界点温度为-20摄氏度。同样，当试管的钛含量处于0.5%，并且温度比0摄氏度还要低的时候，此时对试管进行冲击的实验，试管中的样子有一部分样子发生了开裂，但是当温度比0摄氏度高的时候，试管中的样子都没有发生开裂的情况，因此含量是0.5%的试管中样子会发生开裂情况的临界点是0摄氏度。

3.铁素体不锈钢的化学成分和力学性能

为了能够将铁素体的不锈钢材料性很好地说明出来，本次的研究选择了经过国外电厂高加过后的奥体不锈钢的材料进行对比。研究对比出来的数据显示，从化学成分上看来，铁素体的不锈钢中镍的含量比较低。同时在常温的力学方面看来，铁素体的不锈钢抗拉的轻度和伸长率都要比奥氏体的不锈钢要低。

4.操作胀接设备时候的注意事项

在对胀接的设备进行操作的时候主要注意的事项有四点：

4.1胀管器应该选择不带翻边胀珠直边的胀管器，同时胀管器的尺寸要与管板的厚度 和管子的内径相符合。

4.2胀接器的胀杆和胀珠直径、圆锥度以及胀珠在槽孔里面的间隙和测量胀珠位移要符合标准规定的要求。

4.3在进行胀管的过程中应该保证胀管器是处于正确的位置，并且均匀、平稳的转动。

4.4胀管器的速度通常情况下要控制在每分钟30转以下，胀口的温度不能够比50摄氏度高。

5.对于胀接管子技术方面要求

对于胀接管子技术方面的要求主要有四点：

①在用管子进行胀接的时候要让管子与相关要求规定的标准相符合

②胀接的管子外面不能够有锈蚀、砂眼、管端不能够有纵向的沟纹，如果出现了横向的沟纹，沟纹的深度不能够比管子壁厚的十分之一多，内部和外部的表面都不能够有锈蚀严重的现象。

③管口的端面不能够出现毛喇的现象，并且应该与管子里面的中心相垂直，可以用角尺进行检查，管口的边缘与角尺之间的缝隙不能够比管子的外径20%大。

④应该将换热器的管身清理干净，能够保证管孔的壁面不会在穿管的时候被污染，同时还要确保换热管的管端外面应该是呈现金属光泽，不能够出现棱角，同时长度不能够小于整个管板厚度的2倍。

以上四点是对于胀接管技术方面的要求主要就是在进行胀接准备的时候会用到这些，处理好这四点内容是整个胀接的基础，为后面对管子胀接的工艺打下了很好的基础，所以在进行实际操作的时候一定要注意对于胀接管技方面的要求。

6.讨论

目前我国在很多核电的项目工程上使用了SA803TP439的换热器，大多数的工程都取得了很大的成功，但是在铁素体的不锈钢胀接的地方，国内还没有建立好很完善的规范准则和参考资料，存在许多有待完善提高的地方，在整个制造的过程中，也会发生换热管缺陷的问题。因此铁素体的不锈钢脆性转变的温度不是对管子和管板胀接产生影响唯一的因素。

参考文献

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[2] 李广民，周印梅.双管板换热器胀接装配工艺的试验研究[J].中国化工装备，2013，15（5）：34-38.endprint