锅炉胀管中锅筒（管板）硬度与管头硬度的不同差值对胀接质量的影响

董亚民 亢春生 吕 恒

（西安特种设备检验检测院 西安 710065）

锅炉胀管中锅筒（管板）硬度与管头硬度的不同差值对胀接质量的影响

董亚民 亢春生 吕 恒

（西安特种设备检验检测院 西安 710065）

本文首先对管子进行热处理得到不同硬度值的管子，然后胀接了锅筒（管板）硬度与管头硬度不同差值的胀接试件，通过密封试验和拉脱试验研究了锅筒（管板）硬度与管头硬度的不同差值对锅炉胀接质量的影响。结果表明：管子平均硬度值与管板硬度值相近时，胀接接头的密封性能差，拉脱力较小；管子平均硬度值低于管板硬度值11HB ~ 41HB时，胀接接头可以获得良好的密封性能和轴向拉脱性能。

锅炉 胀接接头 密封性能 拉脱性能

在锅炉制造或安装过程中，胀接是锅筒或管板与管子经常用到的连接形式之一[1-2]。锅炉胀管质量受多种因素影响[3]，特别是胀管技术中锅筒或管板硬度与管头硬度的最佳配合问题，目前的胀接标准和规范对此都没有做出明确规定，仅要求胀接时管板硬度必须大于管头硬度，没有具体数值要求[4-5]。为了提高我国锅炉胀管的质量和技术水平，只有对胀接时管板硬度与管头硬度数值差进一步研究，才能更好的指导胀管工作，保证锅炉的制造和安装质量。本文制备了锅筒（管板）硬度与管头硬度不同差值的胀接试件，从不同硬度差组合通过密封试验和拉脱试验对胀接接头的胀接质量进行了探讨分析。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

本文胀接试验选用的材料为锅炉制造中常用的钢板和管子。管板材料生产单位为安阳钢铁股份有限公司，牌号为Q245R ，板厚14mm。管子为低中压锅炉用无缝20#钢管，规格为φ51mm×3mm，胀接管子选用了两个公司的管子，分别为无锡市前洲无缝钢管厂和重庆集团钢管有限责任公司。采用不同的热处理工艺对重庆集团钢管有限责任公司的20#钢管进行真空热处理，获得不同硬度的管子。

1.2 胀接接头密封性能和抗拉脱力测定

锅炉胀管质量的评价是以胀接接头在使用寿命内能够安全运行为标准和前提，具体评价指标常用锅炉的锅筒（管板）与管子连接接头的密封性能和轴向抗拉脱强度（拉脱力）两个指标来衡量[6]。胀口密封性能的测定采用自制的工装设备进行水压试验。胀管抗拉脱力试验采用自制的专用夹具，在万能试验机上进行拉拔。从开始施加拉拔载荷到管子在管板孔中发生滑移，即认为胀接接头失效，试验机记录的最大载荷被视为接头的抗拉脱力。

2 管子与管板试件的胀接

2.1 管子与管板硬度值测定

本文把管子按照硬度值从大到小的顺序共分为6个梯度，每个梯度选取10根管子进行胀接，每根管子依次进行编号。第一梯度所用管子为无锡市前洲无缝钢管厂生产，其它梯度所用管子为重庆集团钢管有限责任公司生产。胀接用管子的硬度值测定结果见表1。

表1 不同梯度胀接用管子的硬度值

对试验用管板的硬度值也进行测定，测定结果为147HB。

通过对管子与管板硬度值的比较，可以发现第一梯度管子的平均硬度值大于管板硬度值，两者差值为4HB。第二至第六梯度管子的平均硬度值均小于管板硬度值，分别相差11HB、25HB、32HB、37HB、41HB。

2.2 管子与管板试件的胀接

每个梯度胀接10个试件，本次胀接用管子长度为250mm，每块管板上连接1根管子，胀接时管子都不进行扳边，管子伸出管板端面长度为6~8mm。胀接质量的控制采用内径控制法，胀管率控制在1．4%～1．6%范围内。胀管率按照如下公式计算。

式中：

Hn——内径控制法胀管率，%；

d1——胀完后的管子实测内径，mm；

t——未胀时的管子实测壁厚，mm；

d——未胀时的管孔实测直径，mm。

3 管板与管子硬度值差对胀口严密性的影响

3.1 水压试验工艺和试验结果

水压试验工艺见表2。试验过程中，如果发生渗漏现象，即认为胀口严密性发生失效。

表2 水压试验工艺

第一至第六梯度胀接试件，每个梯度从10个中选取5个按照上述试验工艺对胀接试件进行水压试验。实际试验情况表明，第一梯度管子与管板胀接接头密封性能不好，打压至2．4MPa时，1号管子和2号管子胀接试件发生渗漏，打压至3．2MPa时，3号管子胀口出现渗漏，4号管子出现含泪(指水压试验期间不向下流的水珠)现象，继续升压至4．0MPa时，胀口也发生渗漏，仅有5号管子密封性能良好。第二梯度胀接试件中，11号管子打压至2．4MPa，保压20min后，检查时胀口出现含泪现象，继续升压至3．2MPa，胀口出现渗漏。第四梯度胀接试件中，41号管子打压至3．4MPa出现含泪现象，升压至4．0MPa胀口渗漏依然不明显。其余胀接试件，均最终打压至4．0MPa，保压60min后，检查胀口未出现渗漏，胀接接头的密封性能良好。

3.2 胀接接头解剖检验

胀接接头水压试验结束后，对出现渗漏的11号、41号管子胀接试件进行解剖检验，同时选取了未发生渗漏的12号、21号、35号、45号、53号管子胀接试件也进行解剖检验。从解剖情况可以看出，管子与管板结合状态良好，管板孔与管子外壁的接触表面的印痕和齿合状况良好。其中，从发生渗漏的11号和41号管子胀接接头解剖后的管孔中可以观察到存在明显的贯穿性纵向刻痕，其他没有发生渗漏现象的管子胀接接头管孔中未发现纵向刻痕或裂纹。因此，管孔中的贯穿性纵向刻痕是引起渗漏的主要原因。

3.3 试验结果及分析

从不同梯度胀接试件的水压试验和解剖检验情况可以得出，在本试验的研究范围内，管子平均硬度值大于管板硬度值4HB时，胀接接头的密封性能差；管子平均硬度值低于管板硬度值11HB时，胀接接头的密封性能受管子与管板硬度差值的影响不大，只要管孔在加工的过程中外观质量得到有效控制，胀接接头都能获得良好的密封性能。在水压试验的过程中，虽有试件胀口出现含泪现象，但升压至4．0MPa，胀口也未发现有滴水和漏水的现象，在工程实际中，个别胀口出现含泪现象也是允许的，因此，在管子与管板胀接连接时，管子硬度值小于管板硬度值，且平均硬度管子与管板硬度差值大于11HB时，胀接接头的密封性能能够满足产品水压试验压力的要求。

4 管板与管子硬度差值对胀口抗拉脱性能的影响

4.1 试验结果及分析

胀接试件的轴向抗拉脱强度按如下公式计算：

式中：

[p]——抗拉强度（拉脱力），MPa；

F——拉脱力，N；

D——管孔直径，mm；

L——胀接长度，mm；

锅炉拉拔试验选取每个梯度剩余5个胀接试件，

具体的试验数据和抗拉强度的计算结果见表3。

表3 试验数据统计

通过比较第一梯度至第六梯度胀接接头的拉脱力可以得出，管子平均硬度值大于管板硬度值4HB时，管子与管板胀接接头的拉脱力较小，为43．29kN。管子平均硬度值小于管板硬度值时，不同硬度差值的管子与管板胀接接头的拉脱力基本稳定，变化不明显，但均较第一梯度胀接接头的抗拉脱力有很大幅度的提高。当管子平均硬度值与管板硬度值差为11HB时，胀接接头的平均拉脱力为54．365kN，当硬度值差为25HB~41HB时，胀接接头的平均拉脱力都比硬度差值为11HB时大，但平均拉脱力有一个由大缓慢变小的趋势。

4.2 拉脱试验分析

图1为从管孔中拉拔出的管子。图2为管板。通过对胀接管孔及胀接管端的外观检查和数据测量可以得出，胀接管孔和胀接管端的变化情况与胀接原理是

一致的，管板在胀接的过程中发生弹性变形，管子在胀接的过程中发生塑性变形，并且在靠近管板的两端，由于没有管板的约束，管子发生塑性变形的程度更加明显，从而引起塑性变形的不连续，在靠近管板的两端，管子明显形成两个密封环带。

从图1和图2中可以看出，管子在拉拔的过程中，除克服管板与管子接触所产生的摩擦力外，伸出管板侧的密封环带对管子拉拔的阻力也比较明显。图2中的管板孔残留有从管子上剥离的铁屑。图1中管子外表面有明显的拉拔划痕和铁屑剥离留下的缺口。

5 结论

1)管子平均硬度值与管板硬度值相近时，胀接接头的密封性能差，打压至2．4MPa时，胀接接头就出现渗漏现象；管子与管板胀接接头的拉脱力较小，为43．29kN。

2）管子平均硬度值低于管板硬度值11HB时，胀接接头的密封性能受管子与管板硬度差值的影响不大，胀接接头能获得良好的密封性能；不同硬度值差的管子与管板胀接接头的拉脱力基本稳定，变化不明显。

3）在本试验的研究范围内，当管子与管板硬度值差在11HB~41HB范围内，管子与管板的胀接接头可以获得良好的密封性能和轴向拉脱性能。

[1] TSG G0001—2012 锅炉安全技术监察规程[S]．

[2] TSG G7001—2015 锅炉监督检验规则[S]．

[3] 李春迁，陶国香，周玉萍，等．80t/h中压D型燃油锅炉胀接工艺分析与研究[J]．工业锅炉，1998，（01）：26-28．

[4] GB 50273—2009 锅炉安装工程施工及验收规范[S]．

[5] JB/T 9619—1999 工业锅炉胀接技术条件[S]．

[6] 韩 君，魏伟，宋健光．D型锅炉胀接孔加工及胀接[J]．锅炉制造，2005，（01）：33-34+80．

Effect of Hardness Difference Between Boiler Barrels and Tube Heads on Expansion Quality of the Tube Boiler

Dong Yamin Kang Chunsheng Lv Heng
(Xi'an Special Equipment Inspection Institute Xi'an 710065)

In this paper, the pipes with different hardness was prepared though the heat treatment. Then boiler barrels were expanded with tube heads, and the hardness difference between boiler barrels and tube heads were different. The infuence of hardness difference on expansion quality of the tube boiler was investigated. The results showed that when the average hardness of tube heads was similar to the average hardness of boiler barrels, the sealing and pulled off performance of expanded joints was poor. And the average hardness of tube heads was less than the average hardness of boiler barrels by11HB ~ 41HB, the expanded joints exhibited the good sealing and pulled off performance.

Boiler Expansion joint Sealing property Pulled off property

X933．2

B

1673-257X(2017)01-0026-03

10．3969/j．issn．1673-257X．2017．01．005

董亚民(1960～ )，男，本科，高级工程师，从事锅炉、压力容器、压力管道的检验检测工作。

2016-06-16）