厚壁镍基合金换热管与镍基合金管板的胀接工艺

摘要

本发明公开了一种厚壁镍基合金换热管与镍基合金管板的胀接工艺，通过超高压液压胀接下述镍基合金换热管与下述镍基合金管板形成镍基合金换热管与镍基合金管板的胀接接头，所述镍基合金换热管由Incoloy-800H镍基合金制成，其外径为19.0-19.1mm，管壁厚度为2.95-3.05mm，所述镍基合金管板由Incoloy-800H镍基合金制成，管板厚度为300-320mm，管板孔桥为7-8mm，所述超高压液压胀接的胀接压力为300-350MPa，保压时间为4-8秒。通过强度胀接，达到接头胀接强度和密封性要求，满足制造工艺流程的需要。

说明书

技术领域

本发明涉及换热管与管板的胀接方法，特别涉及镍基换热 管与镍基管板的胀接工艺。

背景技术

换热器的换热管与管板的胀接接头主要起到增加换热管与 管板连接强度、承受轴向载荷保护管子与管板焊缝、消除换热 管与管板孔间隙防止应力腐蚀的作用。核电站蒸汽发生器换热 管与管板胀接接头的失效，将使一次侧放射性介质向二次侧渗 透，导致核泄漏。胀接接头的质量则取决于胀接方法和胀接参 数。

压水堆核岛换热器换热管通常为镍基材质，管板为钢锻件， 采用机械胀接或液压胀接。对于某反应堆，由于设计和运行温 度较高，因此蒸汽侧换热管和管板均采用镍基材料。

然而，对于该高温换热设备采用的镍基换热管和镍基管板 而言，以往换热器适用的镍基换热管与钢质管板的胀接工艺并 不适用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现： 对于镍基换热管和镍基管板，通过超高压液压胀接，在适度的 胀接压力和胀接时间下，能确保镍基换热管和镍基管板紧密、 牢固地胀接，从而完成本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：

（1）一种厚壁镍基合金换热管与镍基合金管板的胀接工 艺，通过超高压液压胀接下述镍基合金换热管与下述镍基合金 管板形成镍基合金换热管与镍基合金管板的胀接接头，

其中，所述镍基合金换热管由Incoloy-800H镍基合金制成， 其外径为19.0-19.1mm，管壁厚度为2.95-3.05mm，

所述镍基合金管板由Incoloy-800H镍基合金制成，管板厚 度为300-320mm，管板孔桥为7-8mm，

所述超高压液压胀接的胀接压力为300-350MPa，保压时间 为4-8秒。

（2）如上所述的厚壁镍基合金换热管与镍基合金管板的胀 接工艺，其中，所述镍基合金换热管的管径为19.05mm，管壁 厚度为3.00mm。

（3）如上所述的厚壁镍基合金换热管与镍基合金管板的胀 接工艺，其中，所述镍基合金管板的管板厚度为310mm，管板 孔桥为7.5-8mm。

（4）如上所述的厚壁镍基合金换热管与镍基合金管板的胀 接工艺，其中，所述超高压液压胀接的胀接压力为320-330MPa， 保压时间为4-8秒。

（5）如上所述的厚壁镍基合金换热管与镍基合金管板的胀 接工艺，其中，所述管板的管板孔内表面粗糙度小于6.3μm。

（6）如上所述的厚壁镍基合金换热管与镍基合金管板的胀 接工艺，其中，所述管板的管板孔的孔径比换热管外径大 0.05-0.10mm。

（7）如上所述的厚壁镍基合金换热管与镍基合金管板的胀 接工艺，其中，管板孔与管板表面垂直度小于0.05mm。

在本发明中的工艺中，瞬间高压水在胀管器和换热管内壁 之间作用产生胀接压力，胀接压力使换热管先产生弹性变形膨 胀与管板孔壁贴合，随着胀接压力的增大和持续保压，换热管 继续挤压管板孔，换热管产生塑性变形，管板孔弹性变形后也 产生轻微的塑性变形，当胀接压力撤消后，换热管由于塑性变 形导致其外径固定不变，管板孔因为弹性变形而基本恢复原状， 这样换热管与管板之间产生残余接触压力，进而使得换热管与 管板两者紧密连接。

根据本发明提供的镍基合金换热管与镍基合金管板的胀接 工艺，适用于镍基换热管与镍基管板的胀接，通过强度胀接， 达到接头胀接强度和密封性要求，满足制造工艺流程的需要。

具体而言，根据本发明提供的镍基合金换热管与镍基合金 管板的胀接工艺具有如下益处：

（1）换热管直径小且管壁厚，通过设定适当的胀接压力和 保压时间，能确保换热管发生适度的弹性变形和塑性变形，并 确保管板孔发生适度的弹性变形和轻微的塑性变形，从而在换 热管和管板孔之间产生适度的接触压力，使得两者接合。

（2）换热管与管板的材质同为Incoloy-800H，力学性能相 近，胀接时换热管与管板同时发生塑性变形，由于管板回弹量 小，降低了接头的胀接强度和密封性。

附图说明

图1示出根据本发明优选实施方式的镍基合金换热管与 镍基合金管板的胀接接头结构示意图。

附图标号说明：

1-镍基合金管板

2-换热管

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将 随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说 明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优 于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面， 但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

根据本发明的一个优选实施方式，提供一种厚壁镍基合金 换热管与镍基合金管板的胀接工艺，通过超高压液压胀接镍基 合金换热管与镍基合金管板形成镍基合金换热管与镍基合金管 板的胀接接头，如图1所示。

在本发明中，所述镍基合金换热管由Incoloy-800H镍基合 金制成，其外径为19.0-19.1mm，管壁厚度为2.95-3.05mm。当 镍基合金换热管的外径和管壁厚度在上述范围内时，能通过超 高也液压胀接方式与镍基管板良好胀接。如果外径和管壁厚度 不在上述范围，可能会导致换热管与管板孔膨胀变形不同步、 换热管受力不均匀而受损等不良后果。

在本发明中，所述镍基合金管板由Incoloy-800H镍基合金 制成，管板厚度为300-320mm，管板孔桥为7-8mm，优选 7.5-8mm。这样的管板，能在超高压液压作用下，在上述镍基 合金换热管膨胀压力下膨胀变形，在撤掉超高压液压时，通过 残留的接触压力与换热管形成期望的胀接接头。

在本文中，所用术语“管板孔桥”也称为“管板孔桥宽度”， 是指管板的相邻管板孔边缘最近的距离。

在本发明的优选实施方式中，管板孔与管板表面垂直度小 于0.05mm，一方面有利于胀接的顺利进行，另一方面确保所得 胀接接头品质优异。

在本发明的优选实施方式中，所述管板的管板孔的孔径比 换热管外径大0.05-0.10mm，以利于胀接的顺利进行。

在本发明的优选实施方式中，管板孔内表面粗糙度小于6.3 μm，以利于胀接的顺利进行。如果管板孔内表面粗糙度小于 6.3μm，由于粗糙度过大导致换热管与管板之间摩擦力过大， 在受到超高压液压时可能会导致换热管应力不均而受损。

在本发明中，所述超高压液压胀接的胀接压力为 300-350MPa，保压时间为4-8秒。当胀接压力和保压时间在此 范围内时，上述换热管和管板之间能进行良好胀接，形成良好 的胀接接头，其拔脱力可达到20000N以上，耐水压压力可至少 达到10MPa。

在本发明中，由于采用液压胀接，可以避免机械胀接等可 能导致的换热管损伤，而且，通过设计换热管和管板的尺寸， 以及选择适当的液压胀接方式和胀接压力、保压时间，能使得 镍基换热管和管板同步受压膨胀，先弹性变形，再塑性变形， 最终形成稳定胀接接头。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细 说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技 术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本 发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进， 这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要 求为准。