高频焊螺旋翅片管的缺陷形式及成因分析

维普资讯 http://www.cqvip.com 第１期　２００８年１月　锅炉制造　Ｎｏ．１　ＢＯＩＬＥＲ　ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ　Ｊａｎ．２００８　文章编号：ＣＮ２３—１，２４９（２００８）Ｏ１—００５４—０４　高频焊螺旋翅片管的缺陷形式及成因分析　陈孙艺　（中国石化茂名石化机械厂，广东茂名５２５０２４）　摘要：炼油化工加热炉用高频电阻螺旋焊翅片管常见的１】种缺陷，包括炉管光管表面原始缺陷、基管的直　线度、翅顶撕裂、翅片倾伏、翅厚减薄、翅根松脱、翅根飞溅、翅根焊渣、翅根焊瘤、翅根皱折等，对各种缺陷的表　现特点及其成因进行了简单的分析。　关键词：缺陷；炉管；翅片管；加热炉　中图分类号：ＴＥ９６３６　文献标识码：Ａ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｄｅｆｅｃｔｓ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ　ａｎｄ　Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｗｅｌｄｅｄ　Ｆｉｎｎｅｄ　Ｔｕｂｅ　Ｃｈｅｎ　Ｓｕｎｙ　（Ｓｉｎｏｐｅｃ　Ｍａｏｍｉｎｇ　Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｐｌａｎｔ，Ｍａｏｍｉｎｇ　５２５０２４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｌｅｖｅｎ（１　１）ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ　ｔｈａｔ　ａｒｅ　ｅｘｉｓｔｅｄ　ｉｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｗｅｒｅ　ｓｕｍｍａ－　ｒｉｚｅｄ　ａｓ￣ｌｌｏｗｉｎｇ：ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｄｅｆｅｃｔ，ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ　ｏｆ　ｂａｒｅ　ｔｕｂｅ，ｔｅａｒｓ，ｉｎｃｌｉｎｅ，ｔｈｉｎ　ｏｆ　ｆｉｎｓ，ｌａｃｋ　ｏｆ　ｆｕｓｉｏｎ，ｗｅｌｄｉｎｇ　ｓｐｌａｓｈ，ｐｉｌｅ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｓｌａｇ，ｗｅｌｄ　ｂｅａｄｉｎｇ，ａｎｄ　ｃｒｉｍｐｌｅ　ａｔ　ｂｏｔｔｏｍ　ｏｆ　ｆｉｎｓ．Ｂｏｔｈ　ｃｈａｒ－　ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｒｅａｓｏｎ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｓｉｍｐｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｅｆｅｃｔ；ｆｕｒｎａｃｅ　ｔｕｂｅ；ｆｉｎｎｅｄ　ｔｕｂｅ；ｆｕｒｎａｃｅ　０　引　言　翅片管是炼油化工加热炉的换热元件，分纵　向翅片管和横向翅片管，后者又分圆环翅片和螺　旋翅片，而螺旋翅片还可以再分轧制翅片、钎焊翅　片和高频焊翅片等三种，本文主要论及高频电阻　电阻螺旋焊接而成，后者的换热效果大大高于前　者。　制造裂解炉的管材质量要求高，高温下具有　较好的抗蠕变和抗破断能力、教强的抗热疲劳能　力、抗氧化性和耐腐蚀性，具有良好的导热性能、　足够的塑性和韧性、冷热加工性及良好的铸造焊　焊螺旋焊翅片管。管内介质一般为炭氢化合物原　料，在高温带压工况下长周期运行，介质泄漏则易　燃易爆，因此，翅片管的质量对加热炉的安全运行　起到关键的作用。低翅翅片管一般由光滑的基管　通过专用轧机及刀具在其表面强力轧制而成，高　翅翅片管一般由表面光滑的基管和钢带通过高频　接等性能。完好无损的一段高频焊翅片管段如图　１所示，翅顶无缺口或歪扭，翅片无磨损，翅片无　松脱，翅根无积垢，翅片间距均匀。　本文介绍了工程上常见的高频焊翅片管ｌ１　种缺陷，比较了各种形式的表现特点，并对其产生　的原因进行了简单的分析。　收稿日期：２００７—０４—１１　作者简介：陈孙艺（１９６５一），男，广东人，级高级工程师，工学博士，从事压力容器设计审定、制造工艺、失效分析及技术管理。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第１期　陈孙艺：高频焊螺旋翅片管的缺陷形式及成因分析　・５５・　图１一段翅片管　１　管坯缺陷　１．１表面原始缺陷　基管抛光前表面是一层氧化皮或锈尘，通过　ＵＴ可以检测管壁的质量，见图２下部。抛光后则　露出明亮的金属光泽，很容易衬托出钢管表面的　原始缺陷，包括轧制的纵向划痕、麻点、凹坑、重　皮、夹渣、裂纹等，见图２上部。　图２基管抛光前后　钢管的原始缺陷在钢管制造厂的涡流检测过　程中有可能存在漏检，对有怀疑的地方进行正确　的修磨补焊，在高频焊翅片前后都要进行水压试　验，把穿透性或接近穿透的缺陷带到加热炉中运　行是十分严重的。　对于高频焊翅片管的基管，其表面不应存在　深度超过０．３　ｍｍ的凹坑、凹痕、迭合、沟槽等缺　陷，这些缺陷会影响高频焊接的连续进行和产品　质量。　１．２基管的直线度　基管的直线度在任意３　ｍ长度内，应不大于　２．５　ｍｍ，且在总长内不大于６　ｍｍ，弯曲的基管在　旋转时其外表面的运动轨迹是一个大于外径的　圆，会使基管与侧面的翅片之问的接触状态出现　周期性的松紧现象，引起焊接参数变化不稳，影响　产品质量。　２　翅片缺陷　２．１翅顶撕裂　翅片撕裂，英文称Ｔｅａｒｓ，国内也称开裂。翅　片的高度与基管外径之间有一合理的组合，高径　比太大，翅片的侧向弯曲曲率大，是造成翅片顶部　（或称外圆、外缘）被拉薄或被拉开一些零星的小　缺口的主要原因，见图３。　图３翅片顶部开裂　这类问题的产生也与翅片材料的力学性能、　翅片厚度或其均匀性有关。一般地，翅片管的翅　片形状可分为整体形和锯齿形两种，其中锯齿型　又可分为Ｕ形锯齿和Ｖ形锯齿，顶部开裂类似锯　齿型结构，因此，整体形翅片存在个别的这种缺陷　对其性能没有不良影响。ＳＨ／Ｔ３４１５—２００５《高频　电阻焊螺旋翅片管》中３．５条：整体形翅片的外　缘在绕片期问偶然出现撕裂的圈数少于总圈数的　１０％时，可不进行修补。相对而言，翅片撕裂对翅　片管的功能影响较小。　２．２翅片倾伏　翅片倾伏是指高频焊后的一部分翅片没有与　基管表面垂直的现象，图４所示是仅有一圈翅片　倾伏的情况。翅片倾伏主要由于高频焊接不牢、　翅片两侧的焊接不败对称或焊接时翅片的切向张　力过大引起翅顶收缩而产生。翅片的倾伏角应不　大于１０。，翅片倾伏会引起翅片本身的导热不均　匀、翅片掩盖下的烟气流通不畅以及掠经该处的　烟气流态变化，从而影响总的换热效果。　２．３翅厚减薄　翅厚减薄即翅片的厚度没有达到设计要求，　翅片厚度主要由原材料决定，由薄板卷料开剪成　所需翅片高度的盘料时存在拉伸减薄，高频焊过　程中直的钢带在侧弯成圆弧时位于翅顶侧的钢带　会被拉薄，翅片的切向张力过大引起也会使翅片　维普资讯 http://www.cqvip.com ・５６・　锅炉制造　总第２０７期　拉伸减薄。　ＭＰａ，后者主要应用于个别特殊材料组合的翅片　焊接。此外，装配时对翅片的防碰撞保护、翅片管　能否在管板孔中自由伸缩，也是翅片是否会松脱　的影响因素。一般地，翅片与基管的组合材料成　分会影响到两者之间的可焊性。　３．２翅根飞溅　在翅片切向缠绕焊时产生的熔融状焊接氧化　物原本是沿着管的轴向往翅根的两侧垂直飞溅　出，但是在较高的翅片切向缠绕速度的作用下就　图４翅片倾伏　翅厚减薄会减少翅片本体的导热截面积，缩　短翅片的使用寿命。翅片超厚又会减少单位长度　的翅片数量或提高了单位长度的翅片密度，均影　响换热效果。合适的翅片厚度应该通过制造工艺　评定试验确定。翅片的厚度偏差一般可按表１选　取。　表１翅片厚度偏差　１１３１１３　翅片厚度１．Ｏ０～１．６０　１．６１～２．ｏｏ　２．叭～２．５０　２．５１～３．５０　偏差　±０．１３　±０．１５　±０．１７　±０．２０　３　翅根缺陷　３．１翅根松脱　其表现就是翅片与基管之间的连接脱开，已　松脱的翅片也许同时伴有轴向窜动造成疏密不均　的现象，这主要与翅片的焊接质量有关。见图５。　图５翅片松脱　一般地，对于翅片与基管之间的焊缝，高频焊　的连接强度要比钎焊中钎料高温物理渗透取得的　连接强度高得多，前者的连接强度应不小于１７０　会使得速度合成为与轴向有一角度，不再与翅片　垂直，而是会一个箭头形状，见图６。　图６翅根飞溅　焊接飞溅的多少及箭头的形状及大小均与相　焊的翅片材料与基管材料的搭配组合、材料的除　锈程度及焊接参数均有关。由于飞溅箭头内容易　积垢，增加了管外烟气侧的热阻，影响换热效率，　还可能引起垢下腐蚀。　３．３翅根焊渣　翅根焊渣也是高频缠绕焊时产生的氧化物，　但是由于材料成分和焊接参数的差异，熔融状氧　化物并不是向往翅根两侧溅出，而是堆积成渣块　状挤出在翅根两侧，见图７。翅根焊渣同样容易　积垢，影响换热效。　图７翅根焊渣　［下转第６１页］　维普资讯 http://www.cqvip.com

第１期　李玉生，等：管件在电站锅炉制造中的应用　・６ｌ・　划下料线一钻气割预钻孔一气割清熔渣一加　热工件一热压成型（首先压扁，然后将工件找正　量线、机加线一气割余量清熔渣一按图加工坡口。　放平冲压成型）一划内侧余量线一气割预量清熔　渣一加热工件一热压成型一加热精整一弯头热处　理一清氧化皮并喷丸处理一检查外表面并标注测　４　结束语　由于结构布置原因，管件在电站锅炉中得到　了广泛应用，其制造工艺也已较为成熟，为电站锅　厚区及弯头外表面关键区一打磨测厚区及弯头外　表面关键区一磁探并测厚一按图放样并划弯头余　［上接第５６页］　３．４翅根焊瘤　翅根焊瘤虽然也是高频缠绕焊时产生的氧化　物，但是主要是由于焊接参数不适及基管表面不　洁引起，有较多铁锈形成的熔融状氧化物挤出在　尚未除锈的基管表面表现出较大的张力，堆积成　圆球状在翅根两侧，见图８。翅根焊瘤同样容易　积垢，影响换热效。　图８翅根焊瘤　３．５翅根皱折　翅根皱折是指高频焊后翅片根部的波浪形变　形，不包括焊接挤出物，见图９。翅根皱折是焊接　高温下翅片材料强度降低、翅片靠近根部的内侧　在缠绕过程中受到压缩失稳形成的。翅根皱折可　提高翅片的稳定性，防止翅片倾伏，但不应超过３　倍翅片厚度，太大的皱折同样积垢，影响换热效。　４　翅片长度　有一种露点腐蚀发生在翅片管两端没有翅片　管的部位，由于缺少翅片，这些部位的烟气侧传热　面积小，管表面温度偏低，相对容易在露点温度以　炉的正常运行提供了可靠的保障。　（编辑：陈青云）　下，基管表面直接暴露，腐蚀明显较快。因此，结　构设计和制造过程要要根据制造的可行性尽量缩　短翅片管两端没有翅片管的部位。　图９翅根皱折　５　结束语　总体而言，炉管的关键制造技术有特种材料　结构翅片的高频焊、耐热高合金炉管对接焊技术、　耐热高合金炉管对接焊缝的高温强度检测、耐热　高合金炉管对接焊缝的无损检测、翅片管的耐压　试验、重大设备的提升吊装运输技术等。　参考文献　Ｐ．Ｆ．Ｔｉｍｍｉｎｓ．Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｔｏ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｆａｉｌｕｒｅｓ．Ｔｈｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎ　Ｓｏｃｉｅｔｙ．　ＡＳＭ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，　１９９８．ｐ６７—７４．　［２］　杜中强．制氢装置转化炉管的强度计算［Ｊ］．石油　化工腐蚀与防腐，２００４，２１（６）：５８—６１．　［３］　赵延灵，樊静琳，张书贵．Ｅ—ＢＡ１０１乙烷裂解炉对　流段翅片管开裂原因分析［Ｊ］．压力容器，２００６，２３　（６）：４３—４６．　（编辑：刘宝珍）