具有等厚度堆焊结构的管板、换热器及管板制造方法
阅读说明：本技术 具有等厚度堆焊结构的管板、换热器及管板制造方法 (Tube plate with equal-thickness surfacing structure, heat exchanger and tube plate manufacturing method ) 是由 陈孙艺 于 2021-05-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及换热器技术领域,具体涉及具有等厚度堆焊结构的管板、换热器及管板制造方法,换热器包括壳体、管束和管箱,管束包括换热管、管板和折流板,管板固定于壳体与管箱之间,换热管位于壳体中,换热管的端部穿过管板连通管箱,折流板立在壳体中对折流板定位。所述管板包括板本体和设置在板本体侧面的堆焊层,所述堆焊层包括多条通过带极堆焊直接成型的堆焊凸起,每条堆焊凸起的横截面厚度均匀相等。结构能够同时兼顾承受高压流体高速冲刷,耐高温高压介质腐蚀,随着承压结构热胀冷缩整体能协调变形而不会开裂,同时还具有结构简单、延长换热器寿命的作用,该堆焊管板适用于高温燃烧、反应、换热等化工工艺过程。(The invention relates to the technical field of heat exchangers, in particular to a tube plate with an equal-thickness surfacing structure, a heat exchanger and a tube plate manufacturing method. The tube sheet includes the board body and sets up the build-up welding layer in the board body side, it is protruding that the build-up welding layer includes many build-up welding through band electrode build-up welding direct forming, and every protruding cross section thickness of build-up welding is even equal. The structure can compromise simultaneously and bear high-pressure fluid high-speed erodeing, high temperature and high pressure medium corrosion resistant, along with bearing structure expend with heat and contract with cold whole can coordinate the deformation and can not the fracture, still has simple structure, the effect of extension heat exchanger life-span simultaneously, this build-up welding tube sheet is applicable to chemical industry process such as high temperature burning, reaction, heat transfer.)
技术领域
本发明涉及用于石油炼制与化工、煤化工、化肥工业、及其它各种化工装备中的各种高温高压换热器技术领域，特别涉及通过催化剂进行反应的加氢换热器或脱硫换热器技术领域，具体涉及具有等厚度堆焊结构的管板、换热器及管板制造方法。
背景技术
现有技术中，列管式换热器又称为管壳式换热器或者列管式冷凝器，适用于化工、石油、医药、食品、轻工、冶金、焦化等行业的“液——液”、“汽——汽”、“汽——液”热交换的对流传热，以及蒸汽冷凝和液体蒸发传热等换热冷凝流程，应用最为广泛的热交换器。
现有技术中通常的列管式换热器一般由管束、壳体、管箱、外头盖等主要构件构成，列管式换热器中，管束是列管式换热器的核心，管束通常由换热管、支持板(或折流板)和管板组成，成排的高效换热管通过支持板支持，两端穿进管板的管孔中与管板相连接，保证接头的密封性和强度，即可成为一台管束，再与壳体、管箱组成完整的整体设备，换热管作为导热元件，与支持板(或折流板)一起决定列管式换热器的传热性能。管箱与壳体则决定列管式换热器的承压能力及操作运行的安全可靠性。这种列管式换热器的制造工艺成熟，安全性能高，是在换热设备中关键的能耗设备。
考虑以下目的，常常需要在换热器的管板上设计强化措施：
第一，为了防止化学介质或杂质对管板造成腐蚀。
第二，如果对中管板的换热器进出口或者其内部存在激烈的气流，为了防止气流对管板造成冲刷磨损，也需要在管板上设置耐磨层。
第三，为了介质的清洁干净，在黑色金属表面设置一层不锈钢。
关于介质对结构的腐蚀及冲蚀，传统技术是管板整体采用贵重的耐腐蚀或耐磨的金属材料来制造，成本较高。另一方面，这些特殊材料承受介质压力的强度性能较低，这样就需要很厚的管板结构，不但成本高，反而增大了管板厚度方向的温差，增大了运行中管板的热应力水平，热胀变形还不利于管板与法兰、管板与换热管之间的密封。
发明内容
针对现有技术存在上述技术问题，本发明提供一种具有等厚度堆焊结构的管板、换热器及管板制造方法。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
提供具有等厚度堆焊结构的管板，包括板本体和设置在板本体侧面的堆焊层，所述堆焊层包括多条通过带极堆焊直接成型的堆焊凸起，每条堆焊凸起的横截面厚度均匀相等。
优选的，所述堆焊层为单层结构；或所述堆焊层为多层结构，每层堆焊层的堆焊凸起的横截面厚度是均匀相等的。
优选的，所述堆焊层为多层结构，相邻层的堆焊层之间相互错开、完全重叠或局部交叉布置。
优选的，所述堆焊凸起为螺旋线形状、同心环状和并列的多条直线形状中的任一种或者任几种的组合。
优选的，所述管板为平板或曲面管板。
优选的，所述管板仅单面设有所述堆焊层，或所述管板的两侧面均设有所述堆焊层。
优选的，所述堆焊层为由同一种材质的焊材所堆焊的单层堆焊结构；或所述堆焊层为由同一种材质的焊材分两层或多层堆焊形成的复层堆焊结构。
优选的，所述堆焊层为由不同材质的焊材分段堆焊所形成的单层组合堆焊结构；或所述堆焊层为由不同材质的焊材分两层或多层堆焊形成的复层堆焊结构。
换热器，包括壳体、管束和管箱，管束包括换热管、管板和折流板，管板固定于壳体与管箱之间，换热管位于壳体中，换热管的端部穿过管板连通管箱，折流板立在壳体中对折流板定位；所述管板为所述的具有等厚度堆焊结构的管板。
制造所述管板的方法，包括以下步骤：
安装步骤：把待堆焊的管板倾斜地安装在转台上，不锈钢带极堆焊机装在管板的上方；
堆焊步骤：操作转台转动带动管板绕自身中心自转，不锈钢带极堆焊机在管板倾斜的表面的堆焊焊池内熔化的钢水在自重作用下从管板的靠近中心的内侧沿径向流向外侧，以使得内侧至外侧的钢水量均匀；
冷却步骤：钢水冷却形成等厚度的堆焊凸起。
本发明的有益效果：
本发明的具有等厚度堆焊结构的管板和换热器，堆焊层地堆焊凸起通过带极堆焊直接成型，且成型后的堆焊凸起厚度均匀，无需另外通过车床对堆焊表面进行车削加工，保留了具有耐腐蚀性能和耐磨性能较佳的堆焊表面层，使其能够同时兼顾堆焊效果与管板强度安全，堆焊韧性高而抵抗开裂能力强、塑性高而变形功能好、且随壳体热胀冷缩整体能协调变形而不会开裂，同时还具有结构简单、延长换热器寿命的作用，该堆焊管板适用于高温燃烧、反应、换热等化工工艺过程。
本发明的管板制造方法，制造时让管板堆焊面处于略为倾斜的状态下进行，使倾斜表面堆焊焊池内熔化的钢水在自重作用下适当从内侧沿着径向流向外侧，达到从内侧到外侧钢水量的均匀，冷却后的堆焊层就成为等厚度的焊道堆焊结构。与此同时，管板倾斜使堆焊焊池垂直压向管板板本体的作用力减少，避免过大的熔池深度，保护基层原有强度不被过多损伤。
附图说明
图1为实施例中的换热器的结构示意图。
图2为实施例中的管板的示意图。
图3为实施例中管板的制造方法的示意图。
图4为实施例中管板带另一种堆焊层的示意图。
图5为实施例中管板带又一种堆焊层的示意图。
附图标记：
管束1、鞍座2、壳体3、管箱4、管板5；
板本体51、堆焊层52；
堆焊焊枪6。
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。
本实施例的换热器如图1所示，包括壳体3、管束1和管箱4，壳体3通过鞍座2支撑起来，管束1包括换热管、管板5和折流板，管板5固定于壳体3与管箱4之间，换热管位于壳体3中，换热管的端部穿过管板5连通管箱4，折流板立在壳体3中对折流板定位。管板5为平板或曲面管板5，结合图2所示，管板5包括板本体51和设置在板本体51侧面的堆焊层52，所述堆焊层52包括多条通过带极堆焊直接成型的堆焊凸起，每条堆焊凸起的横截面厚度均匀相等。与现有技术相比，堆焊层52地堆焊凸起通过带极堆焊直接成型，且成型后的堆焊凸起厚度均匀，无需另外通过车床对堆焊表面进行车削加工，保留了具有耐腐蚀性能和耐磨性能较佳的堆焊表面层。堆焊层52表面的质量往往优于堆焊层52内部的质量，如果堆焊后还需要通过车床对堆焊表面进行车销加工，则为了追求表面尺寸一致而损伤部分优质堆焊表层。需要说明的是，带极堆焊机为直接采购市面现有的设备使用。
为了实现以上通过带极堆焊直接成型厚度均匀的堆焊凸起，以下详细说明其制造方法：
发明构思：如果操作时采用旋转法带极堆焊机在管板5的堆焊面处于水平状态下进行，那只能使用宽度一般的焊带，这样的焊接效率低。当焊带较宽时，焊带内侧和外侧的旋转切向线速度不同，同一时间内形成焊缝的弧长是不同的，但是同一时间内熔化在内侧和外侧的焊带材料数量是相同的，结果造成内侧和外侧的焊缝厚度有差异，靠向内侧的焊缝因为弧长相对短而厚一些，靠向外侧的焊缝因为弧长相对长而薄一些，所以堆焊之后需要通过立式车床对堆焊表面进行车销加工，然后才进行第二层的堆焊。这样就浪费了一些耐腐蚀金属和相关的很多劳动。本来，堆焊表面层没有受到更多的高温烧损，同时最先冷却凝结形成了最具耐腐蚀性能力和耐磨性能力的优质层，遗憾的是这都被表面车销加工去除了，剩下的堆焊层并非最佳性能的。
为了解决这个问题，本发明创新提出结合图3所示的方法，
制造所述管板5的方法，包括以下步骤：
安装步骤：把待堆焊的管板5倾斜地安装在转台上，不锈钢带极堆焊机的堆焊焊枪6装在管板5的上方；
堆焊步骤：操作转台转动带动管板5绕自身中心线自转，不锈钢带极堆焊机在管板5倾斜的表面的堆焊焊池内熔化的钢水在自重作用下从管板5的靠近中心的内侧沿径向流向外侧，以使得内侧至外侧的钢水量均匀；
冷却步骤：钢水冷却形成等厚度的堆焊凸起。
由上可知，本案的管板5在制造时让管板5堆焊面处于略为倾斜θ角度的状态下进行，使倾斜表面堆焊焊池内熔化的钢水在自重作用下适当从内侧沿着径向流向外侧，达到从内侧到外侧钢水量的均匀，冷却后的堆焊层52就成为等厚度的焊道堆焊结构。与此同时，管板5倾斜使堆焊焊池垂直压向管板5的板本体51的作用力减少，避免过大的熔池深度，保护基层原有强度不被过多损伤。
堆焊之后不再需要通过立式车床对堆焊表面进行车销加工，然后才进行第二层的堆焊，这样就避免浪费贵重金属和相关的很多劳动，又保留了耐腐蚀性能和耐磨性能最佳的堆焊表面层。堆焊层52为基层浅熔深的堆焊结构，旋转法带极堆焊操作时让管板5堆焊面处于倾斜的状态下进行，减少熔化的钢水自重垂直压向管板5表面，避免过大的熔池深度，保护基层原有强度不被过多损伤。不同的堆焊结构具有不同的施工装备配置，不同的施工效率，不同的焊道尺寸，不同的焊缝组织，不同的均衡性和均匀性，不同的残余应力分布，可以根据管板5的实际情况选择最合适的堆焊方式。
如图4所示，堆焊凸起是螺旋线形的连续焊道，堆焊层52主体只需要一次起弧就可以完成操作，避免多次起弧、收弧焊接的不稳定，保证堆焊层52的材料和组织质量。
如图5所示，具体的，堆焊凸起是环向圆圈在径向套合形成的间断焊道，这种堆焊层52主体具有较好的均匀性和趋同的热变形，便于堆焊后的表面加工，避免统一加工造成的堆焊层52厚薄不一致的分布，保证堆焊层52的结构和尺寸质量。
如图5所示，具体的，所述堆焊凸起是与直径方向平行并联在一起的直线形间断焊道，各焊道之间在边缘相互搭接，这样的堆焊过程便于操作，焊机沿直线行走过程平稳，焊道内的材料成分较为均匀，避免了管板5旋转过程由于晃荡引起的堆焊层52厚薄不一致、焊道内侧与外侧之间由于切向线速度不同而引起的组织不均衡分布。
实际中，堆焊层52为由同一种材质的焊材所堆焊的单层堆焊结构。这样的堆焊工艺不需要怎么改变，便于提高效率。
或者，堆焊层52为由同一种材质的焊材分两层或多层堆焊形成的复层堆焊结构，各层之间的堆焊形式可以各不相同，不同的组合方式可以互相影响，抵消有害的变形作用，发挥有利作用。
又或者，堆焊层52为由不同材质的焊材分段堆焊所形成的单层组合堆焊结构，管板5上不同区域所受到的环境有所差异，特别是管程经过多流程换热后的换热器，管箱4进、出口所在区域，介质物性因温度变化而有明显变化，来料冲击的部位更需要耐磨耐冲刷，流介回旋的部位也需要耐气蚀，因此需要不同的堆焊层52。
再或者，堆焊层52为由不同材质的焊材分两层或多层堆焊形成的复层堆焊结构，一般地说，与管板5的板本体51堆焊的首层需要友好地与基层熔合，但是也需要最浅薄的熔深，不能损伤基层太多，而与介质接触的面层则需要具有较好的防腐能力。
进一步或者，堆焊层52为由不同焊道结构堆焊组成的复合堆焊结构，复合堆焊可以取得综合性能优良的结构。或者，堆焊层52为由不同材质的焊材、不同焊道结构堆焊组成的复合堆焊结构，复合堆焊可以取得综合性能优良的结构。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
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