论文总字数：19775字

摘 要

石油化工是现代文明的基础，换热器是石油炼取过程中的重中之重，换热器设计的安全与否决定着整个石油工业的命脉，而换热器的管与管板连接处是人们最关注的问题，它的好坏直接决定换热器的质量。TA2换热管与管板焊接接头作为一种新型材料在换热器更新变代中发挥了新的角色作用，它的性能相比于传统材料提高不少，本文着重研究它的不同连接型式（内孔焊、平口焊和伸出焊）的焊接工艺和力学性能，其主要内容及结论如下：

(1) TA2换热管与管板材料的各种连接型式的焊缝均呈较为粗大的柱状组织，焊缝和母材金属间存在明显的过渡区，焊接结合形貌良好。根据γ射线探伤分析表明制定的换热管与管板焊接工艺合理。

(2) TA2换热管与管板伸出焊45°坡口的焊接接头最好，拉脱力为63.745KN；内孔焊45°坡口焊接接头次之，为59.93KN。而内孔焊U形坡口及平口焊较差。TA2换热管与管板伸出焊45°坡口的焊接接头的低周疲劳性能最好，内孔焊45°坡口焊接接头次之，而内孔焊U形坡口及平口焊较差。

(3) TA2换热管与管板焊接接头拉伸和疲劳断口都属于韧窝型断裂，且裂纹起始于换热管焊接热影响区，随着拉伸和疲劳的进行，裂纹向焊缝扩展，最终断口处有焊缝金属存在。

关键词：换热管 管板 焊接接头 拉脱试验 低周疲劳

Influence of different groove forms on the performance of welded joint of TA2 heat exchange tube and tube plate

ABSTRACT

Heat exchanger is an important equipment in the industries of petroleum, chemical, pharmaceutical and nuclear power. The welding of heat exchange tube and tube plate is the key structure and link in the design and manufacture of heat exchanger.In this paper, the welding process and joint mechanical properties of TA2 heat exchange tube and tube plate welding joint with different connection types (inner hole welding, horizontal welding and extended welding) are studied. The main contents and conclusions are as follows:

(1)The weld joints of the TA2 heat exchange tube and the pipe plate material all show relatively thick columnar structure, and the parent metal, and the welding joint has good morphology. According to the gamma ray flaw detection analysis, the welding process of the heat exchange tube and the tube plate is reasonable.

(2)TA2 tube and tube plate welding out 45 degree groove welding joint best, pull-out force is 63.745KN; 45 degrees of inner hole welding groove weld joint of 59.93KN. The inner hole welding, U groove and flat welding are poor. TA2 heat transfer tube and tube plate protruding weld 45 degrees groove welding joints of low cycle fatigue performance is best, inner hole welding 45 degree groove welding joint next, and inner hole welding, U groove and flat welding is poor.

(3)TA2 tube and tube plate welded joint tensile and fatigue fracture to dimple fracture, and crack initiation in heat exchanger tube welding heat affected zone, with tensile and fatigue, crack extension to the weld, the final fracture at the weld metal has existed.

Keywords: Heat transfer tube; Tubesheet; Welded joint; Tensile test; Low cycle fatigue test

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪 论 1

1.1 引 言 1

1.2 换热管与管板焊接连接型式及其性能评价 2

1.2.1 换热管与管板焊接连接型式 2

1.2.2 换热管与管板焊接接头质量评价 5

1.3 换热管与管板的焊接技术发展 5

1.4 本文主要研究内容 7

第二章 换热管与管板焊接工艺研究 8

2.1 换热管与管板焊接工艺 8

2.1.1 焊接接头形式 8

2.1.2 焊接试样材料与尺寸 9

2.1.3 TA2换热管与管板焊接工艺 10

2.2 换热管和管板焊接接头微观分析 11

2.3 射线探伤 14

第三章 换热管与管板焊接接头力学性能试验 16

3.1 试件与夹具 16

3.2 TA2管与管板拉脱力试验 16

3.2.1 拉脱试验 16

3.2.2 拉伸断口形貌分析 18

3.3 TA2管与管板焊接接头低周疲劳试验 19

3.4 TA2管与管板焊接接头疲劳试验断口分析 21

第四章 结 论 23

参考文献 24

致 谢 26

第一章 绪 论

1.1 引 言

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在石油化工等许多现代工业中扮演着重要角色，发挥着许多作用。化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%-20％；在炼油厂中，约占总投资的35％-40％^[1]。在生产过程中，介质通常需要的合适温度来稳定性能，这时我们就需要换热器来帮忙，同时也可以提高能源利用率。我们理解的换热器也许就是一个大锅炉，其实不然，它可以说是单独构件，也可以是某一不可少的关键部位，前者好比整个身体，后者好比人的心脏，它们都是相互御运作着的。现代工业生产，安全永远被放在第一位，人们在追求更高，更快，更高效的同时，换热器也在不停地更新迭代，它的安全与否关系着整个企业的兴衰。也许我们都觉得不就是个换热器吗，没什么大不了，其实错了，平时接触少可能不能察觉，而每次有了问题都会导致很严重的损失，尤其是在条件严格下的行业，比如核工业中，换热器一旦出故障，也许就会导致不可挽回的可怕后果。

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