郗運(yùn)富

（南京寶色股份公司, 江蘇 南京 211100）

引言

內(nèi)孔焊技術(shù)已廣泛應(yīng)用于石油、化工、核電、醫(yī)藥等行業(yè)中的管殼式換熱器上。換熱管與管板的內(nèi)孔對(duì)接結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于角接端部焊加脹接結(jié)構(gòu)[1]：內(nèi)孔焊對(duì)接結(jié)構(gòu)是一種全焊透結(jié)構(gòu)，其抗疲勞能力強(qiáng)；內(nèi)孔焊對(duì)接結(jié)構(gòu)不同于角接形式，換熱管與管板無縫隙，不會(huì)存在間隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕；內(nèi)孔焊對(duì)接結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量通過多樣的檢測(cè)手段能夠得到有效的控制，因此這種內(nèi)孔焊對(duì)接結(jié)構(gòu)的換熱器能夠有效地在高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的工況下安全運(yùn)行[2-6]。由于內(nèi)孔焊對(duì)接結(jié)構(gòu)特殊，設(shè)備整體制作完成后，壓力試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)換熱管與管板對(duì)接焊縫泄漏時(shí)焊縫將無法返修，故每個(gè)管頭焊接完成后，需要逐根檢測(cè)，具體檢測(cè)方法按照?qǐng)D紙和技術(shù)協(xié)議要求。雖然檢測(cè)方法有：RT、PT、逐根水壓、逐根氦檢等[7]，其中最經(jīng)濟(jì)、最有效、最常用的檢測(cè)方法是逐根氦檢。由于此結(jié)構(gòu)的特殊性，對(duì)于氦檢試驗(yàn)裝置以及吸槍組件的要求都比較高。某單位生產(chǎn)的一批要求內(nèi)孔焊的熱聯(lián)合換熱器，圖紙要求內(nèi)孔焊焊接完成后逐根換熱管進(jìn)行氦檢漏檢測(cè)。下文以此套氦檢漏試驗(yàn)裝置的實(shí)際應(yīng)用案例作具體介紹說明。

1 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備

某單位生產(chǎn)的熱聯(lián)合換熱器一端是內(nèi)孔焊對(duì)接結(jié)構(gòu)，另一端是傳統(tǒng)的角接結(jié)構(gòu)，每焊完一列換熱管對(duì)內(nèi)孔焊焊縫做一次氦檢漏試驗(yàn)（換熱管材質(zhì)為S30409 規(guī)格Φ25*2），氦氣濃度100%，壓力值0.345MPa，允許最大泄漏率1.0*10-7Pa.m3/s。

氦檢漏裝置包括：高壓軟管及接頭、進(jìn)氣組件、換熱管試壓組件、氦質(zhì)譜儀、吸槍、吸槍組件、閥門、壓力表、溫濕度計(jì)、氦氣及氮?dú)獾龋ㄈ鐖D1-1所示）。

圖1-1 內(nèi)孔焊氦檢漏示意圖

1.1 檢測(cè)設(shè)備型號(hào)

氦質(zhì)譜儀：型號(hào)ASM340 ；對(duì)氦氣的最小泄漏率，真空模式：5E-13 Pa.m3/s，吸槍模式：5E-10 Pa.m3/s。

標(biāo)準(zhǔn)漏孔：吸槍專用漏孔VTL-6C，漏率值：1.46E-6 Pa.m3/s。

1.2 換熱管試壓組件

換熱管試壓組件為最關(guān)鍵的氦檢漏試驗(yàn)部件，它與換熱管尺寸配合要恰到好處，配合太緊密影響裝配和工作效率；配合不緊密導(dǎo)致其不能承壓且氦氣外泄，影響氦檢漏試驗(yàn)的順利完成。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的摸索總結(jié)，研究出了下面這個(gè)換熱管試壓組件（見圖1-2）,結(jié)構(gòu)詳見“內(nèi)孔焊氦檢漏試驗(yàn)裝置及檢漏方法”[8]

圖1-2 換熱管試壓組件示意圖

換熱管試壓組件由高壓軟管連接段、六角螺母、實(shí)配連接段、壓環(huán)Ⅰ、壓環(huán)Ⅱ和O型圈等部分組成。其工作原理：實(shí)配端壓緊環(huán)Ⅰ全部和壓緊環(huán)Ⅱ大部分插入內(nèi)孔焊換熱管內(nèi)壁（兩端），旋擰六角螺母擠壓壓緊環(huán)Ⅰ、Ⅱ，使兩個(gè)O型圈受擠壓變形貼實(shí)換熱管內(nèi)壁，從而使換熱管內(nèi)腔形成密閉空間，能夠承載一定的壓力。連接高壓軟管端一般連接尺寸固化不變，裝配連接標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的高壓軟管；換熱管實(shí)配端的尺寸需根據(jù)不同換熱管內(nèi)徑進(jìn)行實(shí)配加工；連接高壓軟管段與換熱管實(shí)配段采用焊接連接方式。本次試驗(yàn)換熱管內(nèi)徑為Φ21mm，根據(jù)試驗(yàn)壓力值0.345MPa，實(shí)配端及壓環(huán)ⅠⅡ外徑尺寸加工為Φ19.8mm。

1.3 吸槍組件

本次氦檢漏試驗(yàn)采用吸槍模式，由于上下間換熱管間距非常小，吸槍無法觸達(dá),故研究出此吸槍組件，不僅能保證氦檢漏試驗(yàn)質(zhì)量，而且還有效地提高了工作效率，如圖1-3所示。

圖1-3 吸槍組件示意圖

吸槍組件由兩片吸槍護(hù)罩、鉸鏈和導(dǎo)管等部分組成。工作原理：當(dāng)內(nèi)孔焊縫換熱管充氦保壓后，將吸槍護(hù)罩包裹住待檢測(cè)焊縫，使吸槍護(hù)罩與待檢測(cè)焊縫及換熱管外壁形成一個(gè)較小的相對(duì)密閉空間，利用氦質(zhì)譜吸槍累積檢漏法[9]進(jìn)行檢測(cè)。吸槍護(hù)罩的制作是根據(jù)換熱管外徑選取相應(yīng)規(guī)格的一截不銹鋼管（管長(zhǎng)約70mm），切割成兩哈夫通過鉸鏈連接而成，同時(shí)在護(hù)罩兩端分別焊接一個(gè)環(huán)圈，環(huán)圈寬度為換熱管外徑與不銹鋼管護(hù)罩內(nèi)徑之差的一半（一般為1.5mm）；導(dǎo)管的制作是用一段小規(guī)格的不銹鋼管（Φ6*1）與吸槍護(hù)罩進(jìn)行焊接，通過塑料管和氦質(zhì)譜儀的吸槍連接固定密封。

1.4 進(jìn)氣組件

這套進(jìn)氣組件能夠快速的進(jìn)行氦氣升壓、保壓和泄壓后的氣體置換，如圖1-4所示。

圖1-4 進(jìn)氣組件示意圖

進(jìn)氣組件由高壓軟管及接頭、三通接頭、壓力表、閥門1、2、3等部件組成。其工作原理：當(dāng)升壓時(shí)，關(guān)閉氮?dú)忾y門2，打開氦氣閥門1和氮氦閥門3；保壓時(shí)，關(guān)閉閥門1、閥門2；泄壓后，關(guān)閉閥門1，打開閥門2、閥門3.從而快捷地置換換熱管內(nèi)的氦氣，防止做下一列換熱管氦檢漏時(shí)上一列換熱管內(nèi)殘留氦氣影響氦檢漏試驗(yàn)的正常進(jìn)行。

2 試驗(yàn)過程

2.1 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備

2.1.1一列換熱管與管板內(nèi)孔對(duì)接焊縫焊接完成后，孔內(nèi)焊縫用內(nèi)窺鏡檢查、外側(cè)目測(cè)檢查焊縫成形光滑、平整、美觀，無未焊透、咬邊、掛瘤、氧化等可見缺陷。換熱管及管板孔內(nèi)外表面無可遮擋檢測(cè)的污物；無油脂、無油漆等可能遮蔽泄漏的污物。

2.1.2 換熱管及管板孔內(nèi)外表面應(yīng)保持干燥；工作環(huán)境具有良好的通風(fēng)，環(huán)境溫度保持在5～40℃范圍內(nèi)，相對(duì)濕度在50%～80%范圍內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)無強(qiáng)烈電磁場(chǎng)無劇烈震動(dòng)[10]。

2.1.3 按照?qǐng)D1-1所示連接高壓軟管及接頭、閥門、進(jìn)氣組件、氦氣和氮?dú)?、換熱管試壓組件以及泄壓閥（泄放口位置以氦氣排放不能影響氦檢漏試驗(yàn)的正常進(jìn)行）。

2.1.4 先試檢測(cè)兩根換熱管，檢查所有軟管、閥門、換熱管試壓組件、進(jìn)氣組件的接口密封，確保其不泄漏，才能進(jìn)行正式的氦檢漏試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)的步驟

2.2.1 多套換熱管試壓組件與多根高壓軟管裝配完好后，將換熱管試壓組件以串聯(lián)的方式插入待檢列內(nèi)孔焊換熱管兩端，逐次擰緊六角螺母，使換熱管試壓組件密封住換熱管兩端，如圖2-1所示。打開進(jìn)氣組件中的氦氣進(jìn)氣閥，使壓力緩慢升到0.345MPa，保壓60分鐘，壓力保持不變。若壓力保持不住，立刻關(guān)閉氦氣進(jìn)氣閥，查找漏點(diǎn)，及時(shí)處理，置換工作環(huán)境中的氦氣，重復(fù)上述步驟。

圖2-1 高壓軟管串聯(lián)換熱管

2.2.2 打開ASM340氦質(zhì)譜儀，自動(dòng)進(jìn)行校準(zhǔn)后，切換進(jìn)入吸槍模式。利用吸槍專用漏孔VTL-6C校準(zhǔn)氦質(zhì)譜儀。吸槍裝上吸槍組件后，再次利用標(biāo)準(zhǔn)漏孔進(jìn)行校準(zhǔn)，同時(shí)確定響應(yīng)時(shí)間，一切確定、正常后如圖2-2所示對(duì)內(nèi)孔焊縫處逐根進(jìn)行氦質(zhì)譜吸槍積累檢漏法檢測(cè)【11】。最大泄漏率不大于1.0*10-7 Pa.m3/s為合格；若泄漏率超標(biāo)，判定對(duì)應(yīng)內(nèi)孔焊焊縫泄漏，利用專用內(nèi)孔切割刀具切開焊縫重新焊接。

圖2-2 吸槍組件演示

2.2.3 一列內(nèi)孔焊換熱管氦檢漏試驗(yàn)完成后，打開泄氣閥，使換熱管內(nèi)的氦氣泄壓排盡。打開進(jìn)氣組件中的氮?dú)膺M(jìn)氣閥，利用氮?dú)庵脫Q換熱管內(nèi)殘留的氦氣。拆除換熱管試壓組件后及時(shí)用膠帶封閉此列管板孔，防止管孔內(nèi)仍殘留少許氦氣影響下一列內(nèi)孔焊的氦檢漏試驗(yàn)。

3 討論分析

3.1 這套氦檢漏裝置使熱聯(lián)合換熱器的內(nèi)孔焊氦檢漏試驗(yàn)順利完成，進(jìn)氣組件和吸槍組件不僅使試驗(yàn)高質(zhì)量的完成，還最大化的提高工作效率，降低試驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.2 吸槍組件還可以被借鑒用做氬弧焊接的背面氬氣保護(hù)罩。

3.3 換熱管試壓組件實(shí)配端可以根據(jù)不同規(guī)格的換熱管內(nèi)徑進(jìn)行制作，加工完成后與高壓軟管連接頭焊接，適用不同規(guī)格換熱管的逐根檢測(cè)，此組件使用非常方便快捷，且具有一定的互換性。

3.4 本文介紹的兩個(gè)O型圈結(jié)構(gòu)的換熱管試壓組件，經(jīng)過多次試驗(yàn)證明能夠承載0.7MPa的壓力值；當(dāng)壓力值高于0.7MPa時(shí)，可以增加O型圈的數(shù)量或減少換熱管試壓組件實(shí)配端外徑與換熱管內(nèi)徑的間隙，從而使其適用于更高檢測(cè)壓力的項(xiàng)目要求。

4 結(jié)論

這套內(nèi)孔焊氦檢漏裝置的使用明顯優(yōu)于以往的打壓裝置，使氦檢漏試驗(yàn)的質(zhì)量得到質(zhì)的提升，極大地提高了工作效率。通過本文對(duì)這套裝置的實(shí)際應(yīng)用和進(jìn)一步研討，此裝置操作非常方便高效，且有一定的互換性，此種內(nèi)孔焊氦檢漏裝置適于廣泛推廣應(yīng)用。