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淺析換熱器管板焊接變形的原因與控制
發布時間:2013.11.16  瀏覽次數:
 

摘要:換熱器是化工廠中重要的化工設備之一,針對換熱器管板焊接變形的原因與控制進行了闡述。

  關鍵詞:換熱器;變形;原因;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,**大偏差為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。經過多次實踐驗證,在焊接低碳鋼及合金鋼時,管板與殼體的焊接所采用的工藝參數見表1,管束焊接時所采用的工藝參數見表2。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。

 

  2.3使焊接順序合理化焊接時,焊接順序和焊接方向的不同,也會影響焊接應力的分布和大小,從而導致變形。在殼體與管板焊接時,無論是打底層、填充層還是蓋面層都應對稱施焊、分段焊,盡量使熱量均勻輸入,以使應力分散,變形減少;在管束焊接時應堅持對稱施焊、分散焊的原則,并劃分焊接區域,不論幾個人施焊,都要嚴格按焊接順序進行。

  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個焊接區域,按照1、5,3、7,2、6,4、8的順序,由兩人同時對稱施焊,焊后管板的變形很小,達到了預期目的。若管板直徑很大,可再多分些區域,并由兩人或多人同時對稱施焊。

   3.結論

  經過近一年的實踐證明,采取以上措施后,換熱器管板焊接變形明顯減小,沒有再出現密封面緊固不嚴的情況。說明采取這些改進措施對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的措施,制定并嚴格執行焊接工藝紀律,加強對操作人員的管理,就可使變形降到**小,從而避免由于出現管板變形而難以緊固的現象。

 
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