管子与管板接头的设计制造和检测

1、管子管板接头的设计制造和检测规范Basf和Bayer管子与管板接头技术规范1摘要为满足优质管子与管板焊接接头的需要,对材料,焊缝型式,模拟试验,产品焊接及内部缺陷检验提出具体要求,并介绍管子与管板接头射线检测的方法和程序;2前言换热管与管板接头是热交换器或反应器最薄弱的环节,由于接头中存在未焊透、气孔等缺陷,在腐蚀和应力的作用下极易造成设备泄漏,给使用单位尤其是化工企业的环境、安全和生产带来重大的隐患和影响;现行ASME和GB对换热管与管板接头的检测要求仅局限于产品的外观检验（含表面渗透检测）和模拟试样的宏观金相及焊缝厚度测定,对产品焊缝的内部质量未规定有效的检测方法;随着化工企业发展的需要，

2、Basf和Bayer等国际化工巨头对换热管与管板接头提出了射线检测的要求，并已实施多年,这就意味着越来越多的化工设备制造企业必须生产无缺陷的优质的换热管与管板接头,以满足大型客户的技术规范要求;3材料本规范的详细要求适用于普通碳钢或低合金碳钢或奥氏体钢或它们混合制成的管子到管板接头;这些钢号等级为ASME材料第P1组、P3第1组、P4第1组、P5第1组和P8第1组；满足这些要求的其他材料（如奥氏体钢、镍基合金、钛、锆）应分别作为特定应用程序要求在开始制造之前,应征询业主意见;4换热器管子要求4.1基本要求a管子的外径，壁厚和长度及其它们的误差，在业主的技术数据表（TDS）中说明；b管子应是较高

3、级别的冷拨钢管；c作为一般规则，热交换器管子应为无缝管，如采用焊管，应得到业主的书面同意；4.2无缝管管子应按下列标准交货:GB9948（CarbonSteel碳钢）GB13296/GB/T14976（AusteniticAlloys/奥氏体合金钢）GB/T21833（DuplexSS/双相不锈钢）GB/T3625（TiandTialloytubes/钛及钛合金管子）4.3焊管焊管应得到业主认可并符合下列条件:a设计压力不超过6.4Mpa;使用温度应与同类材料的无缝管一样；b符合GB/T12771的焊管可用于热交换器，试验要求应符合GB151附录C的规定；4.4由其它材料和形状制成的管子由其它

4、材料（锆,钛,铜）和形状（翅片,椭圆）制成管子,应当由业主同意；具体规定可以参见相应的技术数据表（TDS）；4.5换热器管子检验a换热器管子应进行NDT检测,且在管子与管板焊接前完成；b管子的NDT应在管子制造商的车间内进行；cNDT方法为涡流检测,如果有其它适用的方法，需经业主同意；dNDT检测时间应包含在制造商的检验和试验计划（ITP）中；4.6管子缺陷的拒收标准4.6.1如有下列情况,拒绝接受管子:a发现的缺陷不能满足交货技术条件；b最小壁厚低于交货技术条件；c不正确的管子（管子的材料，尺寸，型号）d设备制造阶段产生缺陷的管子（如酸洗错误，严重的飞溅，其它部件对其形成的损伤等）;e有严重

5、机械损伤和超过最小壁厚的20%的管子（通常发生在安装阶段，对于没有明显影响壁厚的划痕和小的凹痕，不得拒绝）；462如果怀疑有系统误差，业主有权发起进一步调查以澄清情况；463管子内、外的任何其它缺陷可以打磨光滑，打磨区域的壁厚应进行验证；如果测量的壁厚小于最低壁厚要求，应由同样材料的管子替代；4.6.4管子供应商应提供相关的检验和测试报告，这些报告由制造商并入竣工文件中；5设计和制造总要求5.1管子与管板接头的设计和制造总要求如表5-1和表6.1-1所示；5.2任何第一次从事管子与管板接头生产的制造商都需要进行装配检查和内部缺陷检查；同样的要求适用于对生产方法作重大变化的制造商；（如手工焊改为

6、自动焊，接头设计变化）5.3如果管子与管板接头附近存在间隙腐蚀和应力腐蚀的风险，正常情况下不推荐胀接，管壁厚度不低于要求的最小厚度；5.4在个别情况下，需要较大的管壁厚度（保证所需要的强度级别，满足腐蚀防护的要求），对符合ASME或ASTM标准的管子材料，这些标准指定的名义管子尺寸是允许的；表5-1:管子与管板接头要求：尺寸，试验和过程检查负载或应力准则要求，检验和试验代码字母操作模式（负荷）压差和工作温度:根据操作的可靠性和实用性对换热器的分级r化学标准（CS）1）特殊要求（SR）2）A静应力（例如连续操作）10巴且10巴或200CSS3C压力/温度导致的交变应力（例如突然受载、间歇式负荷，

7、确定的压力变化）低循环疲劳FK,MT/PT,VT,LTFK,MT/PT,RT,ET,VT,LTD振动产生的应力（例如脉动载何,不同来源的励磁,包括往复活塞式压缩机循环）高循环疲劳S2AorS3FK,MT/PT,VT,LTS3AFK,MT/PT,RT,ET,VT,LT所有强度焊最少2层；焊接+管子壁厚（最低要求）S2:t1.65毫米（强度焊）S3:t2.1毫米（强度焊）焊接和胀接最少2层焊道加胀接S2A:S2,管得到额外胀接（A）.（管壁减薄率58%）S3A:S3,管得到额外胀接（A）.（管壁减薄率58%）组件的检测和检验备注1）和2）适用于特殊材料（市场内没有所需的管壁厚度）如:钛；如果壁厚S

8、2orS3增加RT检测和氦检漏；2）如果壁厚S2orS3增加氦检漏；VT:视觉检测；RT:放射线检测ET:涡流检测MT/PT:表面裂纹检测LT:气体泄漏检测过程检验:FK:制造检查；除了上述要求，还可能需要进行试件焊接6管子与管板焊接接头的设计与制造6.1焊缝的制备和实施a焊缝的制备和设计应符合相关标准和表6.1-1要求,任何不同的焊缝形式，应事前征得业主同意在这种情况下,应符合本规范的意图和要求；b对于内部缺陷的检查，RT是首选的检测方法；c管子与管板接头的焊缝厚度,a?应符合相关设计规定的要求,但不能小于管壁厚度，t?（见图6.1-1）；图6.1-1焊缝厚度，a?勺确定a焊缝厚度t管壁厚度

9、管子与管板接头的首选形式应符合ASME的规定优先考虑表6.1-1中的形式;表6.1-1管子与管板接头形式与设计6.2制造6.2.1总要求组装前,管端、管板和挡板应清理干净以防止焊接区域污染,应采用适当的组装工艺；焊接完成之前应保持焊接区域清洁;制造商应规定装配的检查方法并确保管子端部和管孔清洁;焊接之前管端采用了下述方法处理是可以接受的:a锥形膨胀（管子在焊接前不可采取通体膨胀或预轧；管子端部只可能与管孔内壁线接触）；b采用TIG工艺定位焊（对于普通碳钢或低合金碳钢，奥氏体钢和双相钢，应采用填充金属）；定位焊缝应在管子中心与管孔中心调整一致后施焊,再者,定位焊缝不能位于起弧和收弧位置;c非铁素

10、体,锆材和低熔点合金的工具不能应用在焊接区域（如推/拉工具，钻孔，胀接工具等）;d以下焊接工艺是可以接受的：钨极惰性气体保护焊,TIG焊（手动或全部机械操作）;手工电弧焊（SMAW）；两种工艺的结合（TIG焊/手工电弧焊），GTAW/SMAW;e垂直向下焊接仅适用于管板垂直时的自动焊焊接工艺；f焊道末端应与焊道始端重叠（搭接长度焊道宽度的两倍）；在多道焊接时，根部焊道应被下一层焊道完全覆盖;连续层的焊道始端和焊道末端应相互间隔开;g应避免焊进管子内侧；焊缝投影重叠的可接受标准如图7.2-1焊缝投影重叠”所示h局部返修需要业主的事先审核和认可；6.2.2制造方法的认可（模拟焊接）6.2.2.1总

11、要求管子与管板模拟焊接的第一个目的是认证制造商的焊接工艺,模拟焊接的第二个目的是认可焊工资格；焊接操作仅能由有资格的焊工按照标准和适用的条款进行；如果有下列之一情形,可以放弃模拟焊接（业主认可后）:a可以提供依据，证明现行的工艺评定记录（PQR）或模拟焊接完成时间不超过12个月；b类拟的工艺评定记录（PQR）或模拟焊接完成时间超过12个月，但12个月内进行了类拟的产品焊接试验；c制造商有管子与管板焊接的经历，连续制造客户所要求的接头形式，质量保证得到业主的定期认可；d焊接工艺评定试验、生产或模拟焊接均考虑到实际产品的焊接，满足本规范所描述的要求；6.2.2.2模拟焊接制造商在模拟焊接前应编制焊

12、接工艺,并提交业主认可；所有管子与管板的模拟试验应按照本规范”模型的设计与焊接”的要求完成；模拟焊接需有文件化的焊接记录,包含附件6.2.2-2之内容；这些焊接参数（管板厚度,管子直径和壁厚）决定产品的焊接范围；如果模拟工艺中包括返修（局部或全部清除焊缝）就更加完美；模拟焊接、检验和试验的任何返修工艺应不同于认可的产品工艺；返修区域应在宏观截面上得到显示；完成模拟焊接后，制造商应对每个独立的mock-up标记下列信息：制造商名称焊接工艺焊工代号TOP（识别焊接过程的位置）除了表6.2.2-2所列的工艺参数外,下列主要参数的任何变化都需要重新进行评定：a焊接接头设计b焊道数量c填充金属（和焊条直

13、径）d增加或取消填充金属e保护气体的成分f预热和焊后热处理如果改变母材,按照ASME第IX卷的材料分组要求,增加模拟试验；622.3焊工资格每一个参与的焊工至少施焊4个管子与管板接头(接受标准见表6.2.2-1和表7.2-1).焊工的资格考试应由制造商形成文件，包含附件622-2所要求的信息；通过书面文件证明焊工在认可的焊接参数范围内连续从事管子与管板的焊接，来维护焊工资格的有效性;允许焊工资格连续的最大时间间隔为三个月；超过三个月需要重新认可；如果焊接质量较差，业主有权要求重新认证或对焊工进行附加的技能考试；管子与管板焊缝返修前，通过试验、模拟焊接、检验和测试来评定焊工；622.4焊缝返修焊

14、工资格测试的模拟试验应包括焊缝返修的评定，在焊工资格认可最少4个管焊缝的基础上，需要施焊更多的管焊缝来演示焊缝的返修；两块完成的管子与管板模拟试块，一块的问你焊缝用于返修,另一块用于完整的切开；焊缝返修应确定模型的类型和位置，这些信息应包含在焊接工艺评定文件中；局部返修应事先得到业主的认可；进行中的或最后的模拟焊测试和评价应符合本规范“模拟焊试验”的规定；622.5设计模拟焊试件结构如下所示：三角形布管模式da40mm(11/4inch):最少7根管子四方形布管模式da40mm(11/4inch):最少10根管子根部焊道的起始位置应该在截面A-A或B-B上，定位焊缝也应该在截面A-A或B-B上

15、，至少2点；定位焊缝的实际位置和类型应记录；在有定位焊缝的情况下，打底焊道不能在定位焊缝上起弧；完工焊缝的打磨和机构加工(包括管子内壁)是不允许的，焊缝轮廓应均匀，没用过度的拱起；图6.2.2-1:三角形布管模式A截面为金相宏观截面B截面为金相宏观截面T管间距图6.2.2-2:四方形布管模式A截面为金相宏观截面B截面为金相宏观截面T管间距6.2.2.6模拟焊接的试验模拟焊接按照本规范和GB151附录B进行评价；模拟焊试件应进行外观检查和表面裂纹检查，其可接受的标准如7.2节和表7.2-1所述;所有管子与管板接头要按照DINENISO17636-1分类B进行RT检测,为了便于检测，管板应加工到最

16、大厚度为68mm,其设置如图622-3所示；试件按图6.2.2-1和622-2分割成A-A和B-B两个平面，每种情况下都应有一个金相宏观截面，所有管子与管板在宏观截面上的焊接捕获应被评价，焊缝厚度的评价应涉及到记录在测试报告中的每个焊工；射线检测和宏观金相的合格标准如表6.2.2-1所示；对硬度增加敏感的材料和奥氏体钢与铁素体钢混合接头，应根据相关标准进行硬度测试；5图622-3:射线检测的设置（RT）1.射线源2.管板3.壁厚补偿器（如薄铅片等）4.X射线胶片6.2.2-1:射线检测和宏观断面的评估标准表3射线检测和宏观断面的评估标准编号缺陷现象注释/图解缺陷限制1裂纹所有类型的裂纹不接受2

17、细长孔洞/条虫状气孔-不接受3集群孔隙-不接受4气孔*1允许的最大孔径：d最大0.25t;管到管板接头中不超过2孔；环形方向的孔间距邕d最大；总孔数（所有管到管板接头）詬；密集气孔线性孔隙表面孔隙45固体夹杂物-不接受6未熔合-:不接受7未焊透1h2毫米：r0.9ttt焊缝厚度a是根部点和焊缝表面之间的最小距离9不合适的焊接堆积根部焊道必须被下一层完全覆盖不接受337模拟试验的覆盖范围337.1模拟试验对应的产品范围如表4所示；337.2为了减少焊接工艺评定试验的数量，可以按材料分组分开评定，不同的母材和不能被分组覆盖的母材都要单独进行评定；ASME和JB4708中的P-N号都适用；表4:模拟

18、试验的覆盖范围（管子与管板接头）比较标准模拟试验试件尺寸产品尺寸的范围手工焊接机械焊接管板厚度tBa）35毫米35毫米管外径da25毫米0.8da管壁厚度t3毫米t至2t管心距T全部Ta）在复合管板上，覆盖层厚底应等于或大于试件的覆盖厚度此外,工艺评定试验/试件焊接的以下附加标准应符合组件标准：焊接坡口（如表6.1-1）;焊接堆积；焊接位置/加工/焊接填充金属；预焊/焊后热处理（既定材料所限定的温度范围内）；应特别做出可比较性决定，除非工艺评定试验/试件焊接的以下附加标准应符合组件标准:焊接前孔中管子的定位方法；电流/极性类型；保护气体组合；确定可比性应得到购买方批准；6.2.3调整焊接机器（

19、机械焊接）制造校准样品应提供与原始管子与管板接头相比较的样品；如果有下列变化或问题等，样品上至少一个管子与管板接头可以焊接：每个自动焊机的每个班次；设置焊接参数时；更换钨极时改变盘状填充金属发生设备故障外观检查按照表7.2-1进行；624过程检验当管子与管板焊接开始时进行过程检验；通常情况下,过程检验包括对焊接工艺评定报告，焊接工艺,焊工资格的文件检查；此外,焊接坡口的清洁度和尺寸精度应进行检查；在进入过程检验时，设备的相关部件也应进行检查；准备好制造校准样品，管子与管板接头可以开始焊接；7管子与管板接头的检验和试验7.1总则按照第5节图5-1中的规定要求对管到管板接头进行检验和试验；工序检验

20、作为制造商质量保证方案的组成部分，应不受上述要求的影响；业主负责实施管子的涡流检测和管子与管板接头的射线检测，并承担相关费用；7.2外观检查制造商应根据相关规则和本规范要求，对所有管子与管板接头进行外观检查；评价标准见表7.2-1.当检测到表7.2-1中缺陷，业主要求进行无损检测，无损检测的费用由制造商承担；内部缺陷的检测见7.3节；表7.2-1外观检验和表面检验的评价标准缺陷描述注释/图缺陷限制裂纹所有类型的裂纹不接受表面气孔不接受从焊缝金属延伸到表面的固体夹杂物不接受熔透管壁不接受焊缝突出重叠见图7.2.1见图7.2.1接头不良不接受管端未熔合不接受咬边深度三0.1管壁厚度电弧划伤不接受焊

21、接飞溅不接受壁厚减薄不接受打磨印迹/切削痕迹不当的焊缝堆积根部焊道应被后层焊回火色-鳞状表面不接受焊接坡口未填满见图7.2-2见图7.2-27.3内部缺陷检查-RT和UT本检查要求使用特定和定制的技术实施内部缺陷检查的方法（RT和UT）以及相关检查技术应用的局限性见本规范附件实施和处理内部缺陷的检查最好由业主进行表业主的专业NDE公司进行，确保：在检查开始前,确认检查设备和程序；在制造过程和随后的检查由业主进行监督7.3-1;；在特殊情况下，这样的检查也可以由制造商或代图7.2-1:焊缝突出重叠da25mmx25mmx1mm图7.2-2:焊缝坡口未填满h1不允许进行第二次抽查x15128028

22、1500501120012013200203250800不需要进行第二次抽查x10 x1x2不允许进行第二次抽查x3201100001250不需要进行第二次抽查x10 x1x2x3x20 x1x2x3不允许进行第二次抽查x10001350002000不需要进行第一次抽查x1不需要进行第一次抽查x20 x1x2x3x30 x1x2X4不允许进行第二次抽查x1)1:既定管板的管到管板接头全部可以接受；II:既定管板的管到管板接头，如果缺陷得以修复并且维修后的管到管板接头经过了重新检测，则这些经过修复和重新检测后的管到管板接头是可以接受的；III:既定管板的管到管板接头不可以接受，应冋意采取进一步措施(例如重新生产所有管到管板接头或对这些接头进行100%的放射线检验)；732评价在表7