Skall-og-rørvarmevekslere i store sentrale klimaanlegg, vann-kjølte og vann-varmepumpeenheter er avhengige av en lekkasje-tett mellom varmevekslerrørene og rørplaten. Mekanisk ekspansjon alene er tilstrekkelig for ordinær bruk, men skipsbygging og kjernefysiske applikasjoner legger til strenge krav til tetning, vibrasjoner og tretthet pluss et krav om forebygging av sprekkkorrosjon, så en kombinert ekspansjons- og sveiseskjøt brukes i stedet. Denne artikkelen beskriver de viktigste kontrollpunktene for ekspansjonssveising av T2 kobberrør til T2 kobber-komposittrørplater, basert på automatisk pulsert argon wolfram{10}}buesveising etterfulgt av ekspansjon.
Tilkoblingskonsept: Welding Plus Expansion
Skjøten er laget på en komposittrørplate som består av et T2 kobberlag festet til en bakplate av stål. Røret er sveiset til kobberflaten og deretter utvidet inn i rørhullet, slik at sveisen gir den primære tetningen og den utvidede lengden gir den mekaniske styrken som motstår differensialtrykk og termisk stress.
I ekspansjonsfugen deformeres kobberrøret plastisk mens rørhullet gjenopprettes elastisk, og etterlater restspenning ved grensesnittet mellom rørveggen og hullet. Den effektive ekspansjonslengden styrer uttrekkskraften-, som er det som motstår temperatur- og trykkforskjeller, og passformen mellom kontaktflatene styrer tettheten. Både sveisekvaliteten og ekspansjonskvaliteten bestemmer derfor enhetens levetid.
Renhetskontroll før sveising
Renhet før-sveising er avgjørende. Erfaring fra produksjon viser at rust, olje, fuktighet eller annen forurensning på rørplaten lett gir porer under overflaten. Slike porer har vanligvis en bred åpning og betydelig dybde, noe som gjør reparasjon vanskelig og ofte umulig uten omarbeiding av fugen.
Avfett og rengjør rørplaten før sveising for å fjerne overflateolje og fremmedlegemer helt.
Blås fugeområdet med tørr trykkluft etter rengjøring.
Tørk av overflatene med en hvit -lofri klut; fugen aksepteres når duken ikke viser noen fargeendring.
Håndter rengjorte deler med rene hansker og -rengjør alle skjøter som har stått utsatt over natten.
Weld Gap and Fit-Up Control
T2 kobber har svært høy varmeledningsevne, flere ganger høyere enn karbonstål, så varmen renner raskt bort fra lysbuen. Hvis gapet mellom rør og hull er for stort, er det smeltede bassenget utsatt for krystalliseringssprekker, ufullstendig fusjon og redusert penetrering, og overskuddsvarmen oksiderer også ekspansjonssonen foran sveisen og forringer ekspansjonskvaliteten. Rør-til-rør-skjøten bruker derfor en tetningsstruktur der sveising kombineres med mekanisk ekspansjon, og gapkontroll behandles som en kritisk parameter.
Bruk en dimensjonerings- eller ekspansjonspasning for å redusere eller eliminere gapet mellom røret og rørplaten før sveising.
Juster lengden på rørekspanderen slik at ca. 3 mm av rørplaten forblir uekspandert ved sveiseflaten, noe som holder sveisesømmen fri for utvendig klemning.
La også ca. 3 mm være uekspandert på baksiden, for å forhindre over-utvidelse og skade der rørhullet møter rørveggen.
Kontroller vegg--fortynningshastigheten til omtrent 2 prosent, som er den normale akseptgrensen for ekspansjon av kobberrør.
Bruk en flyktig, ikke-fettete ekspanderende olje slik at smøremiddelet ikke kan forurense rørhullet eller sveisesonen.
Innstillinger for miljø, utstyr og dekkgass
Trekk, gassstrøminnstillinger, elektrodeklargjøring og utstyrsjustering påvirker alle sveisen. Overdreven luftbevegelse fjerner beskyttelsesgassen, destabiliserer lysbuen og slipper luft inn i bassenget, noe som gjør sveiseoverflaten svart eller fjerner dens metalliske glans; wolframelektroden kan da forbrukes og sveisingen kan ikke fortsette normalt. En overdreven gasstrøm er like skadelig, fordi strålen frastøter den skjermende atmosfæren, forhindrer laminær strømning og ødelegger den beskyttende konvolutten. Tabellen nedenfor viser empiriske produksjonsinnstillinger for automatisk pulsert argon wolfram-bueekspansjonssveising av T2 kobberrør.
| Parameter | Produksjonsinnstilling |
|---|---|
| Lufthastighet i sveisesonen | Under 1 m/s |
| Vifter rettet mot sveisesonen | Ikke tillatt; stopp sveisingen hvis trekk merkes eller porøsitet vises |
| Dekkgassflasketrykk | Skift ut sylinderen umiddelbart når trykket faller under 1,0 MPa |
| Skjermgass strømningsmåler posisjon | Vertikal, slik at flottøren leser den sanne flyten |
| Tungsten elektrodeposisjon | Bue sentrert på krysset mellom rørplate og varmevekslerrør |
| Tungsten spiss flat diameter | 0,2 mm til 0,8 mm, valgt i henhold til sveisestrøm |
| Wolfram sliperetning | Langsgående langs elektrodeaksen; aldri spiral |
| Elektrode inspeksjonsintervall | Minst en gang hvert 5. rørhull, pluss utskifting når det er brent eller forurenset |
| Slipekjeglevinkel | Byttet med sveisestrøm for å stabilisere lysbuen |
Utvidelsessekvens: Sveis først, deretter utvides
Rekkefølgen av de to operasjonene endrer resultatet vesentlig. Når røret utvides først og sveises etterpå, virker sveisetemperaturfeltet på den allerede utvidede sonen og slapper av, noe som svekker skjøten. For å begrense denne interaksjonen, etterlater varmevekslerstandarden GB/T 151-2014 en definert sone ved siden av rørplaten usveiset og uekspandert, vanligvis 15 mm. Men fordi sveisen lukker dette rommet, utvider støv og gass fanget inne seg raskt ved oppvarming og har ingen vei å unnslippe. Når trykket når en terskel, slippes den fangede gassen eksplosivt ut i det smeltede bassenget og etterlater et gjennomgående hull i sveisen, med rester igjen som en underjordisk pore. Metall kastes ofte ut samtidig og wolframelektroden kan bli ødelagt.
Sveising først og utvidelse etterpå gjør dette fenomenet svært usannsynlig. Publisert feltstatistikk indikerer at ekspander-så-sveisesekvensen produserer porøsitet av denne typen omtrent 40 til 60 ganger oftere enn sveisesekvensen-også-. Spenningsfordeling favoriserer også den andre ruten: rør utvidet før sveising ender opp med en mer kompleks spenningstilstand etter sveising, mens skjøter som er sveiset først og utvidet etterpå viser et relativt stabilt sveisespenningsmønster. Både defektkontroll og leddspenningstilstand støtter derfor sveisen-først, ekspander-etter sekvensen for ekspansjonssveisede strukturer.
Inspeksjon, testing og spesifikasjonsgrunnlag
T2 kobberrør og rørplatemateriale spesifiseres av kjemisk sammensetning og temperament under betegnelsessystemet for smidd kobber, og rør av kjølekvalitet leveres vanligvis til en dedikert-luftkondisjoneringskobberrørspesifikasjon. Varmevekslerkonstruksjonen følger GB/T 151-2014 for skall-og-rørvekslere, som styrer rør-til-rør-plate-skjøtdetaljer, den usveisede sonen og kravene til trykktesting.
Visuell kontroll av hver sveisestreng for jevn krusning, korrekt farge og fravær av underskjæring.
Penetrerende inspeksjon av rør-til-rør-sveising for å bekrefte frihet fra overflatesprekker.
Heliumlekkasjetest eller lufttrykktest av den sammensatte rørbunten for å verifisere tetthet før endelig montering.
Hydrostatisk test av den ferdige veksleren ved spesifisert testtrykk, med skall- og rørsider undersøkt separat.
Trekk ut-eller skyv ut-sjekker på prosesskvalifiseringskuponger for å bekrefte utvidelsesstyrken.
Ofte stilte spørsmål
Spørsmål: Hvorfor brukes ekspansjonssveising i stedet for mekanisk ekspansjon alene?
Mekanisk ekspansjon kan ikke garantere en forseglet skjøt under kraftig vibrasjon, tretthet eller termisk sykling, og den etterlater en sprekk mellom rør og hull hvor sprekkkorrosjon kan starte. Å legge til en sveiseflateforsegling fjerner sprekken og gir en lekkasje-tett skjøt som er egnet for skipsbygging og kjernefysisk drift.
Spørsmål: Hvorfor må utvidelsen følge sveisingen?
Sveising etter ekspansjon slapper av den utvidede sonen og skaper en kompleks stresstilstand. Sveising lukker først skjøten rent, deretter bygger ekspansjon den gjenværende grensesnittspenningen som bærer uttrekksbelastningen, og risikoen for innestengt-gassporøsitet i sveisen er langt lavere.
Spørsmål: Hvor stort skal det uekspanderte området være ved rørplateflatene?
Ca 3 mm på sveiseflaten og ca 3 mm på baksiden. Sveisets-sideland holder ekspanderen borte fra sveisevulsten, og den bakre delen forhindrer over-utvidelse og kontaktskade mellom hullkanten og rørveggen.
Spørsmål: Hva forårsaker porene under overflaten i sveiser med T2 kobberrør?
Den vanlige årsaken er forurensning, spesielt olje, rust eller fuktighet på rørplaten, kombinert med et gap som lar gass fanges opp og deretter blåse inn i bassenget. Rengjøring, spaltekontroll og jevn tilførsel av dekkgass er de effektive mottiltakene.
Spørsmål: Hvorfor er beskyttelsesgassstrømmen så kritisk på kobber?
Kobber leder varmen raskt bort, så lysbuen kjøres varm og bassenget er følsomt for luftinntrenging. For lite gass tillater oksidasjon og en svart sveis; for mye gass gir turbulens som bryter den laminære konvolutten, med samme resultat.
Spørsmål: Hvor ofte bør wolframelektroden inspiseres?
Inspiser den minst én gang hvert 5. rørhull, og skift den ut umiddelbart hvis spissen er brent eller har rester av uedelt metall. Spissen slipes i lengderetningen til en flate på 0,2 mm til 0,8 mm avhengig av sveisestrømmen.
