淺析換熱器管板焊接變形的原因與控制

發(fā)布時(shí)間：2010-1-13 瀏覽：3335

      在化工生產(chǎn)中，經(jīng)常要求在各種不同的條件下進(jìn)行熱量交換，換熱為化工最基本的單元操作。換熱器是化工廠中重要的化工設(shè)備之一，約占設(shè)備投資的20%~40%。換熱器完好與否對(duì)化工生產(chǎn)影響巨大。我公司機(jī)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(chǎn)運(yùn)行的需要。但在其制造及維修過程中時(shí)常會(huì)出現(xiàn)管板變形，造成密封面緊固不嚴(yán)的現(xiàn)象，使換熱器無(wú)法正常運(yùn)行，造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。后經(jīng)分析研究，改進(jìn)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(guī)則的波浪狀，一般偏差為1~3mm，最大偏差為5mm。產(chǎn)生這種變形的根本原因是構(gòu)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(cè)為高溫區(qū)域，冷卻后產(chǎn)生的收縮量大，而低溫區(qū)域收縮量小，這種不平衡導(dǎo)致了管板形狀的改變，形狀改變的大小與具體結(jié)構(gòu)、焊縫的位置和焊縫本身的收縮量有關(guān)。

　　1.1管束焊接時(shí)熱輸入不均勻?qū)е碌淖冃卧谝酝�管束焊接的過程中，焊工操作時(shí)從一端向另一端順序施焊，從而使管板局部受熱嚴(yán)重，焊接區(qū)溫度較高，待焊接區(qū)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(dǎo)致了管板的撓曲變形。

　　1.2管板與殼體焊接時(shí)引起的角變形管板與殼體焊接時(shí)，由于焊縫的橫向收縮導(dǎo)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(guān)，這是使密封面變形的主要因素。

　　1.2.1當(dāng)管板較薄、剛性比筒體小時(shí)，在橫向收縮應(yīng)力作用下，較容易產(chǎn)生角變形。1.2.2當(dāng)對(duì)接間隙、坡口角度、焊角尺寸過大時(shí)，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(diǎn)的熱膨脹加劇，熱膨脹的金屬由于受到附近溫度較低區(qū)金屬阻礙面的擠壓，產(chǎn)生壓縮并發(fā)生塑性變形。同時(shí)由于焊接面的溫度高于背面，焊接面產(chǎn)生的壓縮塑性變形大于背面，有時(shí)背面甚至在彎矩作用下可能產(chǎn)生拉伸塑性變形，因此在冷卻后會(huì)發(fā)生較大的角變形。

　　2.加工工藝的改進(jìn)及控制要點(diǎn)

　　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(shí)，在保證焊透及焊接強(qiáng)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(lái)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。經(jīng)過多次實(shí)踐驗(yàn)證，在焊接低碳鋼及合金鋼時(shí)，管板與殼體的焊接所采用的工藝參數(shù)見表1，管束焊接時(shí)所采用的工藝參數(shù)見表2。在有條件的情況下，管束采用氬弧焊效果更好，因?yàn)槠淠芰考�中，熱輸入少，熱影響區(qū)小，從而使變形的因素減少。

 

　　2.3使焊接順序合理化焊接時(shí)，焊接順序和焊接方向的不同，也會(huì)影響焊接應(yīng)力的分布和大小，從而導(dǎo)致變形。在殼體與管板焊接時(shí)，無(wú)論是打底層、填充層還是蓋面層都應(yīng)對(duì)稱施焊、分段焊，盡量使熱量均勻輸入，以使應(yīng)力分散，變形減少；在管束焊接時(shí)應(yīng)堅(jiān)持對(duì)稱施焊、分散焊的原則，并劃分焊接區(qū)域，不論幾個(gè)人施焊，都要嚴(yán)格按焊接順序進(jìn)行。

　　以我公司一直徑￠800換熱器的管板焊接為例(見圖1)，該換熱器共有428根換熱管，將其劃分為8個(gè)焊接區(qū)域，按照1、5，3、7，2、6，4、8的順序，由兩人同時(shí)對(duì)稱施焊，焊后管板的變形很小，達(dá)到了預(yù)期目的。若管板直徑很大，可再多分些區(qū)域，并由兩人或多人同時(shí)對(duì)稱施焊。

　　3.結(jié)論

　　經(jīng)過近一年的實(shí)踐證明，采取以上措施后，換熱器管板焊接變形明顯減小，沒有再出現(xiàn)密封面緊固不嚴(yán)的情況。說(shuō)明采取這些改進(jìn)措施對(duì)減少換熱器管板的變形是行之有效的，在焊接過程中只要采取適當(dāng)?shù)拇胧�，制定并�?yán)格執(zhí)行焊接工藝紀(jì)律，加強(qiáng)對(duì)操作人員的管理，就可使變形降到最小，從而避免由于出現(xiàn)管板變形而難以緊固的現(xiàn)象。