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    浅析换热器管板焊接变形的原因与控制
    发布时间:2013.11.16  浏览次数:
     

    摘要:换热器是化工厂中重要的化工设备之一,针对换热器管板焊接变形的原因与控制进行了阐述。

      关键词:换热器;变形;原因;控制

      在化工生产中,经常要求在各种不同的条件下进行热量交换,换热为化工最基本的单元操作?;蝗绕魇腔こе兄匾幕ど璞钢?,约占设备投资的20%~40%?;蝗绕魍旰糜敕穸曰ど跋炀薮?。我公司机修分厂每年需要制造和维修大批各种类型的换热器,以满足生产运行的需要。但在其制造及维修过程中时?;岢鱿止馨灞湫?,造成密封面紧固不严的现象,使换热器无法正常运行,造成了一定的经济损失。后经分析研究,改进了加工工艺,较好地解决了管板焊接变形这一难题。

      1.变形原因分析

      焊接后密封面变形多为不规则的波浪状,一般偏差为1~3mm,最大偏差为5mm。产生这种变形的根本原因是构件在焊接过程中,温度分布极不均匀,焊缝处及焊缝的焊接侧为高温区域,冷却后产生的收缩量大,而低温区域收缩量小,这种不平衡导致了管板形状的改变,形状改变的大小与具体结构、焊缝的位置和焊缝本身的收缩量有关。

      1.1管束焊接时热输入不均匀导致的变形在以往管束焊接的过程中,焊工操作时从一端向另一端顺序施焊,从而使管板局部受热严重,焊接区温度较高,待焊接区温度较低,这样由焊接引起的横向收缩变形和纵向收缩变形导致了管板的挠曲变形。

      1.2管板与壳体焊接时引起的角变形管板与壳体焊接时,由于焊缝的横向收缩导致了角变形,其变形量与板厚、焊缝尺寸和焊接线能量等有关,这是使密封面变形的主要因素。

      1.2.1当管板较薄、刚性比筒体小时,在横向收缩应力作用下,较容易产生角变形。1.2.2当对接间隙、坡口角度、焊角尺寸过大时,使得焊缝横截面积增大,所需焊接线能量也随之增高,焊接线能量增加后,受热点的热膨胀加剧,热膨胀的金属由于受到附近温度较低区金属阻碍面的挤压,产生压缩并发生塑性变形。同时由于焊接面的温度高于背面,焊接面产生的压缩塑性变形大于背面,有时背面甚至在弯矩作用下可能产生拉伸塑性变形,因此在冷却后会发生较大的角变形。

      2.加工工艺的改进及控制要点

      基于以上原因的分析,我们采取了以下的措施:

      2.1减小坡口角度和熔敷金属量管板焊接时,在保证焊透及焊接强度的前提下,尽量减小坡口角度和熔敷金属量,以限制热量过多的输入。

      2.2采用较小的焊接线能量来降低热输入在满足要求的前提下,工艺上尽量采用较小的焊接线能量,以降低热输入,这样可有效减小变形量。经过多次实践验证,在焊接低碳钢及合金钢时,管板与壳体的焊接所采用的工艺参数见表1,管束焊接时所采用的工艺参数见表2。在有条件的情况下,管束采用氩弧焊效果更好,因为其能量集中,热输入少,热影响区小,从而使变形的因素减少。

     

      2.3使焊接顺序合理化焊接时,焊接顺序和焊接方向的不同,也会影响焊接应力的分布和大小,从而导致变形。在壳体与管板焊接时,无论是打底层、填充层还是盖面层都应对称施焊、分段焊,尽量使热量均匀输入,以使应力分散,变形减少;在管束焊接时应坚持对称施焊、分散焊的原则,并划分焊接区域,不论几个人施焊,都要严格按焊接顺序进行。

      以我公司一直径¢800换热器的管板焊接为例(见图1),该换热器共有428根换热管,将其划分为8个焊接区域,按照1、5,3、7,2、6,4、8的顺序,由两人同时对称施焊,焊后管板的变形很小,达到了预期目的。若管板直径很大,可再多分些区域,并由两人或多人同时对称施焊。

       3.结论

      经过近一年的实践证明,采取以上措施后,换热器管板焊接变形明显减小,没有再出现密封面紧固不严的情况。说明采取这些改进措施对减少换热器管板的变形是行之有效的,在焊接过程中只要采取适当的措施,制定并严格执行焊接工艺纪律,加强对操作人员的管理,就可使变形降到最小,从而避免由于出现管板变形而难以紧固的现象。

     
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