Cinq structures de connexion entre tubes en acier et plaques tubulaires d'échangeurs de chaleur

Cinq structures de connexion entre tubes en acier et plaques tubulaires d'échangeurs de chaleur. La connexion entre les tubes en acier et les plaques tubulaires est une partie structurelle relativement importante de la conception des échangeurs de chaleur à calandre et à tubes. Cela nécessite non seulement une grande quantité de travail de traitement, mais nécessite également que chaque connexion soit en service pour garantir que le fluide ne fuit pas et puisse résister à la pression du fluide.

Il existe trois principaux types de structures de connexion entre tubes en acier et plaques tubulaires :
(1) Agrandissement
(2) Soudage
(3) Soudage par expansion.
Outre les caractéristiques inhérentes à ces structures, ces formes ont un certain rapport avec les conditions de production et les techniques opératoires lors de la transformation.

01 Extension
Lorsque la fuite du fluide entre l’enveloppe du tube n’entraîne pas de conséquences néfastes, la structure d’expansion est simple et le tube en acier est facile à réparer. Étant donné que l’extrémité du tube d’expansion produit une déformation plastique lors de l’expansion, il existe une contrainte résiduelle. À mesure que la température augmente, la contrainte résiduelle disparaît progressivement, ce qui réduit l'effet d'étanchéité et de liaison à l'extrémité du tube. Par conséquent, cette structure d’expansion est soumise à certaines restrictions de pression et de température. Généralement, la pression applicable P0≤4MPa. La température limite à laquelle la contrainte résiduelle disparaît en extrémité du tube varie selon le matériau. Pour l'acier au carbone et l'acier faiblement allié, lorsque la pression de fonctionnement n'est pas élevée, la température de fonctionnement peut atteindre 300 ℃. Pour améliorer la qualité de l'expansion, la dureté du matériau de la plaque tubulaire doit être supérieure à la dureté de l'extrémité du tuyau en acier, afin de garantir la résistance à l'expansion et l'étanchéité. La rugosité de la surface du joint et la taille des pores entre le trou du tube et le tube en acier ont également une certaine influence sur la qualité de l'expansion. Si la surface du joint est rugueuse, elle peut produire une force de friction importante et il n'est pas facile de la retirer après expansion. S'il est trop lisse, il est facile de le retirer, mais il n'est pas facile de fuir. L'exigence générale de rugosité est Ra12,5. Pour garantir qu'il n'y a pas de fuite sur la surface du joint, les rainures longitudinales ne sont pas autorisées sur la surface du joint.

Il existe deux types de trous pour tubes : les trous lisses et les trous à rainures annulaires. La forme du trou du tube est liée à la force d’expansion. Lorsque la force d'arrachement sur la bouche d'expansion est faible, un trou lisse peut être utilisé, et lorsque la force d'arrachement est importante, une structure avec des rainures annulaires peut être utilisée. La structure à trous légers est utilisée pour les échangeurs de chaleur dotés de meilleures propriétés matérielles. La profondeur d'expansion correspond à l'épaisseur de la plaque tubulaire moins 3 mm. Lorsque l'épaisseur de la plaque tubulaire est supérieure à 50 mm, la profondeur d'expansion e est généralement de 50 mm et l'extrémité du tube dépasse de 2 à 3 mm. Lors de l'expansion, l'extrémité du tube se dilate en cône. En raison de l'effet du bridage, le tube en acier et la plaque tubulaire peuvent être combinés plus fermement et la capacité de résistance à l'arrachement est plus élevée. Lorsque le faisceau de tubes est soumis à une contrainte de compression, la structure de bride n'est pas adoptée. Le but du rainurage du trou du tube est similaire au bridage de l'embouchure du tube, qui consiste principalement à améliorer la résistance à l'arrachement et à améliorer l'étanchéité. Sa forme structurelle consiste à ouvrir une petite rainure annulaire dans le trou du tube. La profondeur de la rainure est généralement de 0,4 à 0,5 mm. Lors de l'expansion du tube, le matériau du tube en acier est pressé dans la rainure, de sorte que le fluide ne s'échappe pas facilement. Le nombre de rainures dans le trou du tube dépend de l'épaisseur de la plaque tubulaire. Lorsque la plaque tubulaire mesure moins de 30 mm, une rainure est ouverte et lorsque l'épaisseur de la plaque tubulaire est ≥ 30 mm, deux rainures sont ouvertes. La profondeur d'expansion est déterminée par une expansion complète ou une non-expansion. Lorsque la plaque tubulaire adopte une expansion non complète lorsque l'épaisseur de la plaque tubulaire est supérieure à 50 mm, la profondeur d'expansion est toujours de 50 mm. La plaque tubulaire est une plaque d'acier composite et la position de la fente est divisée en deux cas. Lorsque le revêtement est mince, la position de la fente se trouve sur la couche de base. Si le revêtement est épais, une fente peut être ouverte sur la couche composite, mais il n'est pas permis d'ouvrir la fente entre le revêtement et la couche de base.

02 Soudage de tubes et tôles soudées en acier
Actuellement, il est largement utilisé. Étant donné que les trous des tubes n'ont pas besoin d'être rainurés et que les exigences de rugosité des trous des tubes ne sont pas élevées, les extrémités des tuyaux en acier n'ont pas besoin d'être recuites et polies, de sorte que la fabrication et le traitement sont simples. La structure soudée présente une résistance élevée et une forte résistance à l'arrachement. Lorsque la pièce soudée fuit, elle peut être réparée. Si le tuyau en acier doit être remplacé, un outil spécial peut être utilisé pour démonter le tuyau soudé qui fuit, ce qui est plus pratique que de démonter le tuyau expansé. La section de cisaillement de la soudure entre le tuyau en acier et la plaque tubulaire ne doit pas être inférieure à 1,25 fois la section du tuyau en acier.

Les tuyaux et plaques tubulaires en acier inoxydable adoptent généralement des structures de soudage, quelles que soient leur pression et leur température. Pour éviter la stagnation du fluide sur la plaque tubulaire après le stationnement, compenser la situation particulière de perte de pression à l'entrée du tuyau en acier et réduire la résistance de l'embouchure du tube, le tuyau en acier peut être rétréci jusqu'à une certaine position à l'intérieur de la plaque tubulaire. trou, mais cette structure a des exigences élevées en matière de technologie de soudage et nécessite généralement une machine de soudage automatique à l'arc sous argon pour garantir la qualité. L'embouchure du tube est facile à bloquer pendant le soudage, en particulier pour les tuyaux en acier de petit diamètre, il faut donc faire attention pendant le soudage. Parfois, pour réduire les contraintes de soudage, une surface de rainure concave peut être usinée vers le bas au niveau du trou de la plaque tubulaire. Cette structure est généralement utilisée pour le soudage des aciers inoxydables et des tôles tubulaires. Rainurer autour du trou du tube est fastidieux et demande beaucoup de travail. La rainure a été supprimée dans la construction actuelle.

03 Combinaison de soudage par expansion
Pour les milieux à haute pression, à forte perméabilité ou corrosifs d'un côté, pour garantir que la fuite ne contamine pas le matériau de l'autre côté, cela nécessite que la connexion entre le tuyau en acier et la plaque tubulaire soit étanche, ou pour éviter l'impact des vibrations sur la soudure pendant le transport et le fonctionnement, ou pour éviter la possibilité de corrosion caverneuse, etc. Du point de vue de la technologie de traitement, la structure de la combinaison de soudage par expansion a plusieurs formes, telles que l'expansion avant le soudage, le soudage avant l'expansion, soudage après expansion et expansion après soudage.

L'expansion avant le soudage, l'expansion du tube avant le soudage peuvent améliorer la résistance à la fatigue de la soudure car la paroi du tube est proche de la paroi du trou de la plaque tubulaire après l'expansion, ce qui peut empêcher les fissures pendant le soudage. Cependant, lors de l'expansion du tube, l'huile lubrifiante pénètre dans l'espace du joint en raison de l'utilisation d'huile lubrifiante. Ces taches d'huile résiduelles existent et l'air présent dans l'espace est chauffé, détendu et gazéifié. Pendant le processus de soudage du joint, du gaz est généré sous l'action d'une température élevée et s'échappe de la surface de soudage, provoquant des pores dans la soudure, ce qui affecte sérieusement la qualité de la soudure. Par conséquent, ces taches d’huile résiduelles doivent être nettoyées avant le soudage.
Soudage avant expansion : Le phénomène ci-dessus peut être éliminé par soudage avant expansion, mais le soudage avant expansion peut provoquer des fissures dans la soudure pendant l'expansion. Pour éviter ce phénomène, en plus d'une opération soigneuse et d'un contrôle approprié pendant l'expansion, la distance entre l'extrémité du tube, c'est-à-dire la première rainure et la surface de la plaque tubulaire, doit être considérée comme plus grande, environ 16 mm, et l'expansion ne doit pas être effectuée dans la plage de 10 à 12 mm de la surface de la plaque tubulaire pour éviter d'endommager la soudure lors de l'expansion. L'avantage du soudage d'abord puis de l'expansion est qu'il n'est pas nécessaire de nettoyer les résidus d'huile après l'expansion, mais la position d'expansion pendant l'expansion après le soudage doit être élevée et il faut s'assurer que l'expansion n'est pas effectuée dans la plage de 10 à 12 mm, sinon il est facile d'endommager la soudure.
Développez d'abord puis soudez ou soudez d'abord puis développez. Pour la partie soudage, il existe deux formes de soudage : le soudage de scellement et le soudage par résistance. Pour la partie expansion, il existe une expansion de force et une expansion de collage. Par exemple, la structure combinée au soudage d'expansion et d'étanchéité est telle que l'expansion supporte la force, tandis que le soudage d'étanchéité assure l'étanchéité. La hauteur de la soudure d'étanchéité est généralement de 1 à 2 mm, ce qui n'affectera pas la résistance à l'expansion, mais les taches d'huile au niveau du joint doivent être nettoyées pendant le soudage. La structure de soudage par résistance et d'expansion (collage et expansion) doit supporter la force par soudage, et le but du collage et de l'expansion est uniquement d'éliminer l'espace entre le tuyau en acier et la plaque tubulaire pour empêcher l'espace d'être corrodé par des produits corrosifs. médias.
Expansion et expansion après soudage : l'expansion et l'expansion après soudage conviennent généralement aux équipements d'échange thermique à pression plus élevée. La partie soudée est destinée à renforcer le soudage d'étanchéité et la hauteur de la taille du soudage est de 2,8 mm. La partie d'expansion supporte la force. Lorsque l'expansion échoue, la soudure d'étanchéité de renforcement peut supporter la force. La partie collage et expansion consiste à éliminer la corrosion de l’espace.

Dans quelles conditions la structure de soudage et d'expansion adopte-t-elle d'abord le soudage puis l'expansion ou la première expansion puis le soudage ? Il n’existe pas de réglementation unifiée à l’heure actuelle, mais il est généralement préférable de souder d’abord puis de dilater. À l'heure actuelle, en raison des différentes technologies de traitement et conditions d'équipement de chaque fabricant, ils sont tous habitués à la méthode de production de cette usine.

04 Soudage des trous intérieurs Soudage des trous intérieurs
Le trou du tube forme une structure bout à bout côté coque. Le tube d'échange thermique nécessite un équipement de soudage spécial pour le souder bout à bout. Le soudage des trous intérieurs est une forme de soudage bout à bout entre la plaque tubulaire et le tube d'échange thermique après traitement. Un équipement spécial est nécessaire pour pénétrer le pistolet de soudage depuis le trou du tube côté plaque tubulaire dans la soudure pour le soudage (du joint d'intersection d'origine au joint bout à bout), ce qui optimise l'état de contrainte au niveau de la connexion entre le tube d'échange thermique et le plaque tubulaire et réduit considérablement la contrainte de bord. Il est très pratique pour les échangeurs de chaleur soumis à une corrosion sous contrainte ou à une corrosion par interstices. Cependant, le soudage de trous intérieurs nécessite un niveau élevé de technologie de soudage et est difficile. Si des défauts de soudure surviennent, ils ne peuvent pas être réparés, ce qui entraînera la mise au rebut de l'ensemble de l'échangeur thermique. Pour garantir un soudage qualifié, le soudage et les tests doivent être effectués strictement en fonction des paramètres du processus de construction.

05 Expansion explosive
La méthode d’expansion explosive est utilisée pour connecter des tuyaux en acier et des plaques tubulaires. Il a commencé à être utilisé à l'étranger. Il s’agit d’un nouveau procédé développé ces dernières années. En raison de l'utilisation de méthodes d'expansion explosive et de soudage d'étanchéité ou de soudage par force, non seulement la résistance de la connexion est élevée, mais l'efficacité de l'expansion est également grandement améliorée. Aucune huile lubrifiante n'est requise pendant l'expansion explosive, et il n'y a pas de tache d'huile sur l'extrémité du tuyau, ce qui est très bénéfique pour le soudage après expansion. Un joint de dilatation explosif utilise des explosifs pour déformer l'intérieur du tube sous l'action d'ondes de choc de gaz à haute pression en très peu de temps afin que le tube soit fermement fixé au trou de la plaque tubulaire. Un joint de dilatation explosif convient à l’expansion de tubes à paroi mince, de tubes à paroi épaisse de petit diamètre et de plaques tubulaires épaisses. Les avantages des compensateurs explosifs sont une résistance élevée à l’arrachement, un faible allongement axial et une déformation des tuyaux en acier. Lorsque l'extrémité du tuyau en acier fuit et ne peut pas être réparée par expansion mécanique, un joint de dilatation explosif est utilisé pour la réparation.