[焊接技術] 預防熱交換器管板管角焊縫焊接變形措施

[焊接技術] 預防熱交換器管板管角焊縫焊接變形措施

      熱交換器的制造中，往往由于管板剛性不足（管板較?。?、組裝與施焊的順序不當、坡口形式、焊接熔敷量過大、焊接工藝參數選擇的不合理，易引起管板焊接變形。 鑒于公司在制作熱交換器時，筒體與管板的焊接而引起的管板密封面的變形事故越來越多，有必要對管板組裝焊接進行規范化操作。

1 管板焊接變形

1.1管板焊接變形的不利影響及的形式 焊接變形造成的不利影響是導致管板密封不嚴，管子拉脫；管板焊接變形常見的有二種形式：

（1）管板與殼體焊接后的角變形；

（2）管板面拱形變形；

（3）管板波浪變形。 管板與殼體焊接后的角變形引起了管板面的拱形變形和管板面波浪變形。

1.2管板焊接變形的原因

   管板焊接變形的原因主要是由于筒體與管板焊接的橫向收縮變形在厚度方向上的不均勻分布引起的；管板與筒體的焊縫一般為單面單邊V型坡口，焊接時焊縫的背面和正面的熔敷金屬的填充量不一致，造成了構件平面的偏轉，所以這種變形在客觀上是絕對存在的； 管板與筒體焊接角變形主要由兩種變形組成，即筒體與管板角度變化和管板本身的角變形，前者相當于兩個工件對接焊接引起的角變 形，后者相當于在管板上堆焊時引起的角變形；而焊接變形的大小的主要取決于管板的剛性、焊接線能量、坡口角度、焊縫截面形狀、熔敷金屬填充量焊接操作等因素有關；

引起焊接變形的主要原因有以下幾方面：

①組裝與施焊的順序不當；

②焊接方向不正確；

③焊接參數不合理，引起局部過熱；

④未采用適當的輔助措施。 根據管板變形的原因及影響因素，由于管板焊接不能實現雙面焊，焊接時電流過大會引起燒穿傷及換熱管，所以管板與殼體的焊接應考慮減少管板受熱和提高管板剛性以減少變形。

 

2 控制壓力容器管板焊接變形的措施

 

2.1冷作方面 提高管板剛性，是減小管板與殼體角變形的措施之一，管板剛性越大，變形量越??；

（1）設計方面，從防止焊接變形方面考慮，適當提高管板的厚度，可進一步提高管板結構的穩定性和剛性，控制焊接變形；

（2）拉桿剛性固定法 用6-15根帶螺紋的拉桿從管板面的換熱管孔中穿過，兩端采用螺母把緊，提高管板的剛性，以控制變形量；拉桿數量應視筒體尺寸而定，拉桿的直徑不小于換熱管直徑的三分之二以上，例如換熱管直徑為ф25㎜，拉桿直徑既為ф16㎜。拉桿從管板的外周向內，在管 板面上均布，拉桿數量如下： 筒體直徑㎜ 拉桿數量（根） ф2000以上熱交換器 拉桿數不少于13根 ф1000-ф2000熱交換器 拉桿數不少于10根 ф1000以下熱交換器 拉桿數不少于6根。

（3）提高管板法蘭剛性減小變形 對剛性小的結構為了進一步提高剛性，采用專用的夾具、支撐桿、管箱等等提高管板的剛性可以減小焊接變形； 如帶管箱熱交換器，可將管箱法蘭與管板用螺栓螺母把緊，再進行焊接（注意把管箱時必須按照設備管口方位進行定位，否則會造成變形不一致的問題）； 可以在管板和法蘭的側面采用螺栓或U型夾連接管板與防變形法蘭（固定板）的方法進行提高管板的剛性，控制管板焊接角變形。

（4）管板留加工余量進行焊后進行二次加工 對于小直徑薄管板（不銹鋼及較薄的管板，可增加管板厚度，留有焊后加工余量以便進行二次機加工密封面。

 2.2 焊接接頭結構和工藝防變形措施

 (1)合理選擇坡口角度 坡口角度及施焊截面形狀對焊接接頭的角變形影響很大，坡口角度越大，焊接接頭上部及下部橫向收縮量差別就越大，引起的筒體與管板的角變形越大，坡口角度越大，填充金屬量越大，引起的管板變形越大，因此，，在保證焊透和的前提下，a角、h值應盡量 小，既減小焊接填充金屬量，減小變形。焊接坡口的角度控制在焊接工藝卡上反映。

（2）合理選擇焊縫尺寸 在保證接頭承載能力的條件下，設計應該盡量采用較小的焊縫尺寸，盡量減小焊角高度。在焊接工藝上反映；

（3）焊接層數 在同樣焊接條件下，連續焊接時，焊接層數道次越多，角變 形越大。因此，為了控制管板焊的焊接角變形，由于焊接采用多層多道間斷焊，因為焊接變形主要發生在焊接的前幾道次，隨焊接層道次的增加，焊接接頭的剛性增大，焊接變形將減??；

（4）合理選擇焊接規范 通過選用合理的線能量，在不用任何反變形或夾具的情況下同樣可以克服焊接變形，進行管板焊接時，應盡量采用小參數施焊，低的層間溫度，在層間溫度降到100℃以下再進行后層道次的焊接，避免局部過熱引起熱變形。一般在焊接薄壁管板時，在氬弧焊打底后，應采用Φ3.2的焊條進行填充和蓋面以控制焊接熱輸入；

（5）焊接順序 采用對稱施焊，對于有色金屬板對接的焊接，應采用直線運槍的方法，不得橫向擺動，焊接管板與筒體。管板與筒體焊接，在保證管 板溶合的條件下，采用打底后水平壓道焊，即電弧直指殼體，在殼體上一層一道進行水平壓道完成管板角焊縫的焊接，不得直接在管板與殼體進行45°斜角焊，每層焊縫應分段對稱進行。每層焊縫應錯開180度。兩端各焊一層，交替操作，直至焊完。

（6）要確保焊縫組隊間隙均勻，在施 圖3 管板焊接順序圖 焊管板組合接頭打底焊時，氬弧焊分段進行打底（不低于兩層），焊接速度和焊接填充量應盡量均勻，保證打底質量；

2.3強制冷卻法 對于非淬硬金屬可采用強制冷卻方式，來限制和縮小焊接熱場的分布，從而避免因受熱不均而引起變形。

 

3．人員方面

 

1．工藝人員應對換熱器的管板焊接作為工藝檢查和指導的工作重點，特別是現場的焊接指導工作；

2．部門領導應將管板的焊接工作當作重點任務來安排，安排合適的人員并增加重視程度。安排工作時應明確告知，管板焊接造成變形的危害性；

3.焊工班組應加強管板焊焊接變形和防變形措施宣傳，冷作和焊接操作人員的技術素質和操作技能，加強每一位冷作和焊接操作員工管板焊接變形的學習和防犯意識。

4．具體負責相關設備的冷作和焊接操作人員要有責任心，必須嚴格按照工藝和規范操作；相互間與工藝技術人員間加強交流，及時總結，提高防止管板焊接變形的理論、技能和經驗水平； 對于上述措施，要求各部門嚴格按照要求執行，凡沒有按照要求造成重大問題的，將追究其責任；對于提出改進措施經使用的人員將申報總經理進行獎勵。

(4)組裝順序。將拉桿、定矩管、折流板組裝在管板上，然后穿管子，將管束裝入筒體并組對管板與簡體，接著組對另一端管板與筒體，將管子引出管板，并調整伸出長度。

(5) 焊接管板與筒體。管板與筒體焊接，每層焊縫應分段對稱進行。每層焊縫應錯開180℃。兩端各焊一層，交替操作，直至焊完。

(6) 從管板與筒體環縫先焊完一端，每一層應盡量采用位焊接，一層層向外施焊，兩端管板交替進行，對稱施焊。

(7)輔助措施。常用的輔助措施有三種方法，一是用一長螺栓從管板中間穿過，兩頭用螺母鎖死(管束與管板無焊接時用此法)。二是緊固一只剛性較大的零件(如與其相配的法蘭)，以抵抗變形。