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管板廠淺析換熱器管板焊接變形的原因與控制


  在化工生產中,經常要求在各種不同的條件下進行熱量交換,換熱為化工基本的單元操作。換熱器是化工廠中重要的化工設備之一,約占設備投資的20%~40%。換熱器完好與否對化工生產影響巨大。我公司機修分廠每年需要制造和維修大批各種類型的換熱器,以滿足生產運行的需要。但在其制造及維修過程中時常會出現管板變形,造成密封面緊固不嚴的現象,使換熱器無法正常運行,造成了一定的經濟損失。后經分析研究,改進了加工工藝,較好地解決了管板焊接變形這一難題。
  1、變形原因分析
  焊接后密封面變形多為不規則的波浪狀,一般偏差為1~3mm,不能超過5mm。產生這種變形的根本原因是構件在焊接過程中,溫度分布極不均勻,焊縫處及焊縫的焊接側為高溫區域,冷卻后產生的收縮量大,而低溫區域收縮量小,這種不平衡導致了管板形狀的改變,形狀 改變的大小與具體結構、焊縫的位置和焊縫本身的收縮量有關。
  1.1管束焊接時熱輸入不均勻導致的變形在以往管束焊接的過程中,焊工操作時從一端向另一端順序施焊,從而使管板局部受熱嚴重,焊接區溫度較高,待焊接區溫度較低,這樣由焊接引起的橫向收縮變形和縱向收縮變形導致了管板的撓曲變形。
  1.2管板與殼體焊接時引起的角變形 管板與殼體焊接時,由于焊縫的橫向收縮導致了角變形,其變形量與板厚、焊縫尺寸和焊接線能量等有關,這是使密封面變形的主要因素。
  1.2.1當管板較薄、剛性比筒體小時,在橫 向收縮應力作用下,較容易產生角變形。 1.2.2當對接間隙、坡口角度、焊角尺寸過大時,使得焊縫橫截面積增大,所需焊接線能量也隨之增高,焊接線能量增加后,受熱點的熱膨 脹加劇,熱膨脹的金屬由于受到附近溫度較低 區金屬阻礙面的擠壓,產生壓縮并發生塑性變形。同時由于焊接面的溫度高于背面,焊接面產 生的壓縮塑性變形大于背面,有時背面甚至在彎矩作用下可能產生拉伸塑性變形,因此在冷卻后會發生較大的角變形。
  2、加工工藝的改進及控制要點
  基于以上原因的分析,我們采取了以下的措施:
  2.1減小坡口角度和熔敷金屬量 管板焊接時,在保證焊透及焊接強度的前 提下,盡量減小坡口角度和熔敷金屬量,以限制 熱量過多的輸入。
  2.2采用較小的焊接線能量來降低熱輸入在滿足要求的前提下,工藝上盡量采用較小的焊接線能量,以降低熱輸入,這樣可有效減小變形量。在有條件的情況下,管束采用氬弧焊效果更好,因為其能量集中,熱輸入少,熱影響區小,從而使變形的因素減少。

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