Παραμόρφωση συγκόλλησης φύλλου σωλήνων προς κέλυφος: Γιατί είναι εγγενής και πώς ο έλεγχος χαμηλής θερμικής εισόδου την ελέγχει

Η παραμόρφωση συγκόλλησης της ελασματοειδούς πλάκας αντιμετωπίζεται συχνά ως ελάττωμα κατασκευής. Στους περισσότερους εναλλάκτες κελύφους και σωλήνων, αυτό δεν ισχύει. Όταν η ελασματοειδής πλάκα συγκολλάται στο κέλυφος με μονόπλευρη, μονή λοξότμηση σχήματος V, ο όγκος του εναποτεθειμένου μετάλλου στις πλευρές της ρίζας και της όψης δεν είναι ίσος, και η εγκάρσια συρρίκνωση δεν είναι ομοιόμορφη καθ' όλο το πάχος του τοιχώματος. Το αποτέλεσμα είναι μια γωνιακή εκτροπή του επιπέδου της ελασματοειδούς πλάκας. Αυτή η παραμόρφωση είναι εγγενής και υφίσταται αντικειμενικά: μπορεί να ελεγχθεί και να αντισταθμιστεί, αλλά όχι να απορριφθεί με μια απλώς αυστηρότερη διαδικασία συγκόλλησης.

Δύο μηχανισμοί δρουν μαζί.

Εγκάρσια συρρίκνωση καθ' όλο το πάχος. Η συγκόλληση συρρικνώνεται περισσότερο κοντά στην όψη παρά κοντά στη ρίζα. Επειδή η συρρίκνωση δεν είναι ομοιόμορφη καθ' όλο το πάχος, η σύνδεση περιστρέφεται αντί απλώς να βραχύνεται. Αυτή η περιστροφή είναι που γέρνει το επίπεδο της ελασματοειδούς πλάκας.

Γωνιακή παραμόρφωση σε δύο μέρη. Το πρώτο είναι η αλλαγή γωνίας μεταξύ του κελύφους και της ελασματοειδούς πλάκας, ισοδύναμη με γωνιακή παραμόρφωση μιας σύνδεσης με εγκοπή μεταξύ δύο πλακών. Το δεύτερο είναι η γωνιακή παραμόρφωση της ίδιας της ελασματοειδούς πλάκας, ισοδύναμη με μέταλλο συγκόλλησης εναποτεθειμένο ως επικάλυψη στην επιφάνεια μιας πλάκας. Τα δύο μέρη προστίθενται, και η τελική κλίση είναι το άθροισμα.

Το μέγεθος εξαρτάται από έξι μεταβλητές: ακαμψία ελασματοειδούς πλάκας, γωνία λοξότμησης, σχήμα διατομής συγκόλλησης, θερμική εισαγωγή, όγκος εναποτεθειμένου μετάλλου, πρακτική συγκόλλησης. Κανένα δεν είναι ανεξάρτητο από τα άλλα: μια ευρύτερη λοξότμηση αυξάνει τον εναποτεθειμένο όγκο· υψηλότερη θερμική εισαγωγή αυξάνει τη συρρίκνωση ανά πέρασμα· μια λιγότερο άκαμπτη ελασματοειδής πλάκα μετατρέπει την ίδια συρρίκνωση σε μεγαλύτερη κλίση.

Οι περισσότερες παραμορφώσεις πεδίου οφείλονται σε τέσσερις αιτίες, όλες ελεγχόμενες:

• Η κατεύθυνση συγκόλλησης δεν ακολουθήθηκε όπως ορίστηκε. Η ακολουθία και η κατεύθυνση αποτελούν μέρος της διαδικασίας, όχι προτίμηση του χειριστή. Η παράλειψη ή η αντιστροφή της καθορισμένης κατεύθυνσης συγκεντρώνει τη συρρίκνωση στη μία πλευρά.
• Μη λογικές παράμετροι συγκόλλησης που προκαλούν τοπική υπερθέρμανση. Υπερβολικό ρεύμα ή χαμηλή ταχύτητα ταξιδιού αυξάνει την τοπική θερμική εισαγωγή, διευρύνει τη ζώνη συρρίκνωσης και αυξάνει τη γωνιακή εκτροπή.
• Η ακολουθία συναρμολόγησης και συγκόλλησης δεν ακολουθήθηκε. Οι τάσεις εφαρμογής και η ακολουθία συγκόλλησης αλληλεπιδρούν: αλλάξτε την ακολουθία μετά την εφαρμογή και η ελασματοειδής πλάκα απορροφά ένα διαφορετικό μοτίβο συρρίκνωσης από αυτό για το οποίο γράφτηκε η διαδικασία.
• Ακατάλληλα βοηθητικά μέτρα. Η προ-ρύθμιση, οι ενισχυτές, η εξισορρόπηση ακολουθίας και η ψύξη δεν είναι προαιρετικά έξτρα· παραλειφθέντα ή εφαρμοζόμενα ασυνεπώς, η ίδια διαδικασία παράγει διαφορετικά αποτελέσματα από μονάδα σε μονάδα.

Η διπλής όψης συγκόλληση γενικά δεν είναι εφικτή εδώ: η όψη της πλευράς του σωλήνα καταλαμβάνεται από τη δέσμη σωλήνων και τον σύνδεσμο της ελασματοειδούς πλάκας, και η πρόσβαση για αφαίρεση ράχης και εναπόθεση από την πίσω πλευρά δεν είναι διαθέσιμη. Η πρακτική οδός είναι η μονόπλευρη συγκόλληση με διπλής όψης σχηματισμό. Αυτή η οδός έχει έναν συγκεκριμένο κίνδυνο: εάν το ρεύμα ρυθμιστεί αρκετά υψηλά για να εγγυηθεί σύντηξη της ρίζας, μπορεί να διαπεράσει και να καταστρέψει τους γειτονικούς σωλήνες του εναλλάκτη θερμότητας. Ο έλεγχος, επομένως, δεν μπορεί να είναι θερμότερη συγκόλληση για διείσδυση, αλλά χαμηλή θερμική εισαγωγή, μειωμένη συνολική θερμότητα και αυξημένη ακαμψία της ελασματοειδούς πλάκας.

• Διατηρήστε τη θερμική εισαγωγή χαμηλή και ελεγχόμενη. Μικρά περάσματα, ελεγχόμενη ενδιάμεση θερμοκρασία, ένα εύρος ρεύματος που επιτυγχάνει σύντηξη της ρίζας χωρίς διάτρηση.
• Αυξήστε την ακαμψία της ελασματοειδούς πλάκας κατά τη συγκόλληση. Οι ενισχυτές, η προσωρινή ακαμψία και η συμμετρική ακολουθία αντιστέκονται στη γωνιακή περιστροφή χωρίς να αλλάζουν το σχέδιο.
• Ελέγξτε τον εναποτεθειμένο όγκο. Η γωνία λοξότμησης και η διατομή συγκόλλησης πρέπει να καθορίζονται, όχι να αφήνονται στον συγκολλητή. Μια στενότερη, σωστά διαστασιολογημένη λοξότμηση εναποθέτει λιγότερο μέταλλο και συρρικνώνεται λιγότερο.
• Ακολουθήστε την καθορισμένη κατεύθυνση και ακολουθία. Η κατεύθυνση, η ακολουθία και τα βοηθητικά μέτρα ανήκουν στη διαδικασία, επαληθεύονται στον σταθμό, όχι αποφασίζονται στο έργο.

Η παραμόρφωση σε μια σύνδεση ελασματοειδούς πλάκας-κελύφους δεν είναι σημάδι ότι η διαδικασία είναι λανθασμένη. Είναι σημάδι ότι ο μηχανισμός είναι κατανοητός, και ότι οι έλεγχοι στοχεύουν στη συρρίκνωση που πραγματικά υπάρχει παρά σε ένα αποτέλεσμα χωρίς παραμόρφωση που η μονόπλευρη συγκόλληση δεν μπορεί να παραδώσει.

Επειδή η εγκάρσια συρρίκνωση δεν είναι ομοιόμορφη καθ' όλο το πάχος: η πλευρά της όψης εναποθέτει περισσότερο μέταλλο και συρρικνώνεται περισσότερο από τη ρίζα, οπότε η σύνδεση περιστρέφεται και γέρνει το επίπεδο της ελασματοειδούς πλάκας. Είναι εγγενής στη γεωμετρία της σύνδεσης, όχι σε σφάλμα κατασκευής.

Εξισορροπεί την εναπόθεση και μειώνει τη γωνιακή εκτροπή, αλλά γενικά δεν είναι εφικτή εδώ επειδή η πλευρά του σωλήνα δεν είναι προσβάσιμη για αφαίρεση ράχης. Η μονόπλευρη συγκόλληση με διπλής όψης σχηματισμό είναι η πρακτική οδός, με χαμηλή θερμική εισαγωγή ως έλεγχο.

Διάτρηση: υπερβολικό ρεύμα μπορεί να διαπεράσει τη ρίζα και να καταστρέψει τους γειτονικούς σωλήνες. Ο σωστός έλεγχος είναι μια πιστοποιημένη διαδικασία χαμηλής θερμικής εισαγωγής με επαρκή ακαμψία, όχι περισσότερο ρεύμα.

Ακαμψία ελασματοειδούς πλάκας, γωνία λοξότμησης, σχήμα διατομής συγκόλλησης, θερμική εισαγωγή, όγκος εναποτεθειμένου μετάλλου και πρακτική συγκόλλησης. Αλληλεπιδρούν: μια ευρύτερη λοξότμηση και υψηλότερη θερμική εισαγωγή αυξάνουν τη συρρίκνωση, και μια λιγότερο άκαμπτη ελασματοειδής πλάκα μετατρέπει την ίδια συρρίκνωση σε μεγαλύτερη κλίση.