Cinco estruturas de conexão entre tubos de aço e chapas tubulares de trocadores de calor

Cinco estruturas de conexão entre tubos de aço e chapas tubulares de trocadores de calor. A conexão entre tubos de aço e chapas tubulares é uma parte estrutural relativamente importante do projeto de trocadores de calor de casco e tubo. Isso não requer apenas uma grande quantidade de trabalho de processamento, mas também exige que cada conexão esteja em operação para garantir que o meio não vaze e possa suportar a pressão do meio.

Existem três tipos principais de estruturas de conexão entre tubos de aço e chapas tubulares:
(1) Expansão
(2) Soldagem
(3) Soldagem por expansão.
Além das características inerentes a essas estruturas, essas formas possuem certa relação com as condições de produção e técnicas de operação durante o processamento.

01 Expansão
Quando o vazamento do meio entre o invólucro do tubo não causa consequências adversas, a estrutura de expansão é simples e o tubo de aço é fácil de reparar. Como a extremidade do tubo de expansão produz deformação plástica durante a expansão, existe uma tensão residual. À medida que a temperatura aumenta, a tensão residual desaparece gradualmente, o que reduz o efeito de vedação e colagem na extremidade do tubo. Portanto, esta estrutura de expansão está sujeita a certas restrições de pressão e temperatura. Geralmente, a pressão aplicável P0≤4MPa. A temperatura limite na qual a tensão residual desaparece na extremidade do tubo varia com o material. Para aço carbono e aço de baixa liga, quando a pressão operacional não é alta, a temperatura operacional pode ser de até 300 ℃. Para melhorar a qualidade da expansão, a dureza do material da chapa do tubo deve ser maior do que a dureza da extremidade do tubo de aço, para garantir a resistência e a estanqueidade da expansão. A rugosidade da superfície da junta e o tamanho dos poros entre o furo do tubo e o tubo de aço também têm certa influência na qualidade da expansão. Se a superfície da junta for áspera, pode produzir uma grande força de atrito e não é fácil retirá-la após a expansão. Se for muito liso, é fácil de retirar, mas não é fácil de vazar. O requisito geral de rugosidade é Ra12.5. Para garantir que não haja vazamento na superfície da junta, não são permitidas marcas de ranhuras longitudinais na superfície da junta.

Existem dois tipos de furos para tubos: furos lisos e furos com ranhuras anulares. A forma do furo do tubo está relacionada à resistência à expansão. Quando a força de tração na boca de expansão é pequena, um furo liso pode ser usado, e quando a força de tração é grande, uma estrutura com ranhuras anulares pode ser usada. A estrutura light-hole é usada para trocadores de calor com melhores propriedades de material. A profundidade de expansão é a espessura da placa do tubo menos 3 mm. Quando a espessura da folha do tubo é superior a 50 mm, a profundidade de expansão e é geralmente de 50 mm e a extremidade do tubo se projeta de 2 a 3 mm. Ao expandir, a extremidade do tubo se expande em um cone. Devido ao efeito do flangeamento, o tubo de aço e a chapa do tubo podem ser combinados com mais firmeza e a capacidade de resistir ao arrancamento é maior. Quando o feixe de tubos é submetido a tensões de compressão, a estrutura de flange não é adotada. O objetivo de ranhurar o orifício do tubo é semelhante ao flangear a boca do tubo, que visa principalmente melhorar a resistência ao arrancamento e aumentar a vedação. Sua forma estrutural é abrir uma pequena ranhura anular no furo do tubo. A profundidade da ranhura é geralmente de 0,4 ~ 0,5 mm. Ao expandir o tubo, o material do tubo de aço é espremido na ranhura, de modo que o meio não é fácil de vazar. O número de ranhuras no orifício do tubo depende da espessura da placa do tubo. Quando a folha do tubo é inferior a 30 mm, uma ranhura é aberta, e quando a espessura da folha do tubo é ≥30 mm, duas ranhuras são abertas. A profundidade da expansão é determinada pela expansão total ou não expansão. Quando a placa do tubo adota expansão não total quando a espessura da placa do tubo é superior a 50 mm, a profundidade de expansão ainda é de 50 mm. A placa do tubo é uma placa de aço composta e a posição da ranhura é dividida em dois casos. Quando o revestimento é fino, a posição da ranhura fica na camada base. Se o revestimento for espesso, uma fenda pode ser aberta na camada composta, mas não é permitido abrir a fenda entre o revestimento e a camada de base.

02 Soldagem de tubos de aço soldados e chapas tubulares
Atualmente, é amplamente utilizado. Como os furos dos tubos não precisam ser ranhurados e os requisitos de rugosidade dos furos dos tubos não são altos, as extremidades dos tubos de aço não precisam ser recozidas e polidas, portanto a fabricação e o processamento são simples. A estrutura soldada possui alta resistência e forte resistência à tração. Quando a peça soldada vazar, ela poderá ser reparada. Se o tubo de aço precisar ser substituído, uma ferramenta especial pode ser usada para desmontar o tubo soldado com vazamento, o que é mais conveniente do que desmontar o tubo expandido. A seção de cisalhamento da solda entre o tubo de aço e a chapa do tubo não deve ser inferior a 1,25 vezes a seção do tubo de aço.

Tubos e chapas de aço inoxidável geralmente adotam estruturas de soldagem, independentemente de sua pressão e temperatura. Para evitar a estagnação de fluido na placa do tubo após o estacionamento, compensar a situação especial de perda de pressão na entrada do tubo de aço e reduzir a resistência da boca do tubo, o tubo de aço pode ser encolhido para uma determinada posição dentro da placa do tubo buraco, mas esta estrutura tem altos requisitos de tecnologia de soldagem e geralmente requer uma máquina automática de soldagem a arco de argônio para garantir a qualidade. A boca do tubo é fácil de ser bloqueada durante a soldagem, especialmente para tubos de aço de pequeno diâmetro, portanto, deve-se prestar atenção durante a soldagem. Às vezes, para reduzir a tensão de soldagem, uma superfície de ranhura côncava pode ser usinada para baixo no furo da chapa do tubo. Esta estrutura é geralmente utilizada para soldagem de chapas de aço inoxidável e tubos. Fazer canais ao redor do orifício do tubo é problemático e trabalhoso. A ranhura foi eliminada na construção atual.

03 Combinação de soldagem por expansão
Para alta pressão, forte permeabilidade ou meio corrosivo de um lado, para garantir que o vazamento não contamine o material do outro lado, isso requer que a conexão entre o tubo de aço e a chapa do tubo seja à prova de vazamentos, ou para evitar o impacto da vibração na solda durante o transporte e operação, ou para evitar a possibilidade de corrosão em fendas, etc. Do ponto de vista da tecnologia de processamento, a estrutura da combinação de soldagem por expansão tem várias formas, como expansão antes da soldagem, soldagem antes da expansão, soldagem após expansão e expansão após soldagem.

Expandir antes da soldagem, expandir o tubo antes da soldagem pode melhorar a resistência à fadiga da solda porque a parede do tubo fica próxima à parede do furo da placa do tubo após a expansão, o que pode evitar rachaduras durante a soldagem. Porém, ao expandir o tubo, o óleo lubrificante entra na folga da junta devido ao uso de óleo lubrificante. Essas manchas residuais de óleo existem e o ar na lacuna é aquecido, expandido e gaseificado. Durante o processo de soldagem da junta, o gás é gerado sob a ação da alta temperatura e escapa da superfície de soldagem, causando poros na solda, o que afeta seriamente a qualidade da solda. Portanto, essas manchas residuais de óleo devem ser limpas antes da soldagem.
Soldagem antes da expansão: O fenômeno acima pode ser eliminado pela soldagem antes da expansão, mas a soldagem antes da expansão pode causar rachaduras na solda durante a expansão. Para evitar esse fenômeno, além de uma operação cuidadosa e controle adequado durante a expansão, a distância entre a extremidade do tubo, ou seja, a primeira ranhura e a superfície do espelho do tubo, deve ser considerada maior, cerca de 16 mm, e a expansão não deve ser realizada dentro na faixa de 10 a 12 mm da superfície da chapa do tubo para evitar danos à solda durante a expansão. A vantagem de soldar primeiro e depois expandir é que não há necessidade de limpar o resíduo de óleo após a expansão, mas a posição de expansão durante a expansão após a soldagem deve ser alta, e deve-se garantir que a expansão não seja realizada dentro da faixa de 10 a 12 mm, caso contrário é fácil danificar a solda.
Expanda primeiro e depois solde ou solde primeiro e depois expanda. Para a parte de soldagem, existem duas formas de soldagem: soldagem de vedação e soldagem de resistência. Para a parte de expansão, há expansão de força e expansão de aderência. Por exemplo, a estrutura combinada com a soldagem de expansão e vedação faz com que a expansão suporte a força, enquanto a soldagem de vedação garante a vedação. A altura da solda de vedação é geralmente de 1 a 2 mm, o que não afetará a resistência à expansão, mas as manchas de óleo na junta devem ser limpas durante a soldagem. A estrutura de soldagem de resistência e expansão (aderência e expansão) é suportar a força por soldagem, e o objetivo da colagem e expansão é apenas eliminar a lacuna entre o tubo de aço e a chapa do tubo para evitar que a lacuna seja corroída por corrosivos mídia.
Expansão e expansão após soldagem: expansão e expansão após soldagem são geralmente adequadas para equipamentos de troca de calor com pressão mais alta. A parte de soldagem serve para fortalecer a soldagem de vedação e a altura da cintura de soldagem é de 2,8 mm. A parte de expansão suporta a força. Quando a expansão falha, a soldagem de vedação de reforço pode suportar a força. A parte de aderência e expansão serve para eliminar a corrosão da lacuna.

Sob quais condições a estrutura de soldagem e expansão adota primeiro soldagem e depois expansão ou primeira expansão e depois soldagem? Atualmente não existe uma regulamentação unificada, mas geralmente é preferível soldar primeiro e depois expandir. Actualmente, devido às diferentes tecnologias de processamento e condições dos equipamentos de cada fabricante, todos estão habituados ao método de produção desta fábrica.

04 Soldagem por furo interno Soldagem por furo interno
O orifício do tubo forma uma estrutura de topo no lado do casco. O tubo de troca de calor precisa de equipamento de soldagem especial para soldá-lo. A soldagem do furo interno é uma forma de soldagem de topo entre a placa do tubo e o tubo de troca de calor após o processamento. É necessário equipamento especial para penetrar a pistola de soldagem a partir do orifício do tubo no lado da chapa do tubo até a solda para soldagem (da junta de interseção original até a junta de topo), o que otimiza o estado de tensão na conexão entre o tubo de troca de calor e o folha de tubo e reduz bastante a tensão na borda. É muito prático para trocadores de calor com meios de corrosão sob tensão ou corrosão por lacuna. No entanto, a soldagem de furo interno requer um alto nível de tecnologia de soldagem e é difícil. Se ocorrerem defeitos de soldagem, eles não poderão ser reparados, o que fará com que todo o trocador de calor seja descartado. Para garantir soldagem qualificada, soldagem e testes devem ser realizados estritamente de acordo com os parâmetros do processo de construção.

05 Expansão explosiva
O método de expansão explosiva é usado para conectar tubos de aço e chapas tubulares. Começou a ser usado no exterior. Este é um novo processo desenvolvido nos últimos anos. Devido ao uso de métodos de expansão explosiva mais soldagem de vedação ou soldagem de resistência, não apenas a resistência da conexão é alta, mas também a eficiência da expansão é bastante melhorada. Nenhum óleo lubrificante é necessário durante a expansão explosiva e não há manchas de óleo na extremidade do tubo, o que é muito benéfico para a soldagem após a expansão. Uma junta de expansão explosiva usa explosivos para deformar o interior do tubo sob a ação de ondas de choque de gás de alta pressão em um tempo muito curto, de modo que o tubo fique firmemente preso ao orifício da folha do tubo. Uma junta de expansão explosiva é adequada para a expansão de tubos de paredes finas, tubos de paredes espessas de pequeno diâmetro e placas de tubos grossas. As vantagens das juntas de dilatação explosivas são alta resistência ao arrancamento, pequeno alongamento axial e deformação dos tubos de aço. Quando a extremidade do tubo de aço vaza e não pode ser reparada por expansão mecânica, uma junta de expansão explosiva é usada para reparo.