Distorsi Pengelasan Sambungan Pipa ke Cangkang: Mengapa Itu Melekat, dan Bagaimana Masukan Panas Rendah Mengendalikannya

Distorsi pengelasan tubesheet sering dianggap sebagai cacat pengerjaan. Pada sebagian besar penukar shell-and-tube, hal itu tidak terjadi. Ketika tubesheet dilas ke shell dengan alur V tunggal di satu sisi, tunggal-bevel, volume logam yang dideposisikan di sisi akar dan muka tidak sama, dan penyusutan transversal tidak seragam di seluruh ketebalan dinding. Hasilnya adalah defleksi angular dari bidang tubesheet. Distorsi ini melekat dan ada secara objektif: dapat dikendalikan dan dikompensasi, tetapi tidak dapat dibantah hanya dengan prosedur pengelasan yang lebih ketat.

Dua mekanisme bekerja bersama.

Penyusutan transversal di seluruh ketebalan. Las menyusut lebih dekat ke muka daripada ke akar. Karena penyusutan tidak seragam di seluruh ketebalan, sambungan berputar alih-alih hanya memendek. Putaran itulah yang memiringkan bidang tubesheet.

Distorsi angular dalam dua bagian. Yang pertama adalah perubahan sudut antara shell dan tubesheet, setara dengan distorsi angular sambungan butt antara dua pelat. Yang kedua adalah distorsi angular dari tubesheet itu sendiri, setara dengan logam las yang dideposisikan sebagai build-up pada permukaan pelat. Kedua bagian itu bertambah, dan kemiringan akhir adalah jumlahnya.

Besarnya tergantung pada enam variabel: kekakuan tubesheet, sudut alur, bentuk penampang las, input panas, volume logam yang dideposisikan, praktik pengelasan. Tidak ada yang independen dari yang lain: alur yang lebih lebar meningkatkan volume yang dideposisikan; input panas yang lebih tinggi meningkatkan penyusutan per lintasan; tubesheet yang kurang kaku mengubah penyusutan yang sama menjadi kemiringan yang lebih besar.

Sebagian besar distorsi lapangan disebabkan oleh empat penyebab, yang semuanya dapat dikendalikan:

• Arah pengelasan tidak diikuti seperti yang ditentukan. Urutan dan arah adalah bagian dari prosedur, bukan preferensi operator. Melewatkan atau membalikkan arah yang ditentukan memusatkan penyusutan di satu sisi.
• Parameter pengelasan yang tidak masuk akal menyebabkan panas berlebih lokal. Arus berlebihan atau kecepatan gerak lambat meningkatkan input panas lokal, memperbesar zona penyusutan, dan meningkatkan defleksi angular.
• Urutan perakitan dan pengelasan tidak diikuti. Tegangan kesesuaian dan urutan pengelasan berinteraksi: ubah urutan setelah kesesuaian dan tubesheet menyerap pola penyusutan yang berbeda dari yang ditulis dalam prosedur.
• Tindakan tambahan yang tidak sesuai. Pra-pengaturan, strongbacks, penyeimbangan urutan, dan pendinginan bukanlah tambahan opsional; jika dihilangkan atau diterapkan secara tidak konsisten, prosedur yang sama menghasilkan hasil yang berbeda dari unit ke unit.

Pengelasan dua sisi umumnya tidak layak di sini: muka sisi tabung ditempati oleh bundel tabung dan ligament tubesheet, dan akses untuk pengikisan akar dan deposisi sisi belakang tidak tersedia. Rute praktis adalah pengelasan satu sisi dengan pembentukan dua sisi. Rute itu memiliki satu risiko spesifik: jika arus diatur cukup tinggi untuk menjamin fusi akar, itu dapat terbakar dan merusak tabung penukar panas yang berdekatan. Oleh karena itu, kontrolnya bukanlah pengelasan yang lebih panas untuk penetrasi, tetapi input panas rendah, total panas berkurang, dan kekakuan tubesheet meningkat.

• Jaga input panas tetap rendah dan terkontrol. Lintasan kecil, suhu antar-lintasan terkontrol, rentang arus yang mencapai fusi akar tanpa terbakar.
• Tingkatkan kekakuan tubesheet selama pengelasan. Strongbacks, pengaku sementara, dan urutan simetris menahan rotasi angular tanpa mengubah desain.
• Kendalikan volume logam yang dideposisikan. Sudut alur dan penampang las harus ditentukan, tidak diserahkan kepada tukang las. Alur yang lebih sempit dan berukuran tepat mendepositkan lebih sedikit logam dan menyusut lebih sedikit.
• Ikuti arah dan urutan yang ditentukan. Arah, urutan, dan tindakan tambahan termasuk dalam prosedur, diverifikasi di stasiun, tidak diputuskan di benda kerja.

Distorsi pada sambungan tubesheet-ke-shell bukanlah tanda bahwa prosedur salah. Ini adalah tanda bahwa mekanisme dipahami, dan bahwa kontrol ditujukan pada penyusutan yang sebenarnya ada daripada pada hasil bebas distorsi yang tidak dapat diberikan oleh pengelasan satu sisi.

Karena penyusutan transversal tidak seragam di seluruh ketebalan: sisi muka mendepositkan lebih banyak logam dan menyusut lebih banyak daripada akar, sehingga sambungan berputar dan memiringkan bidang tubesheet. Ini melekat pada geometri sambungan, bukan kesalahan pengerjaan.

Ini menyeimbangkan deposisi dan mengurangi defleksi angular, tetapi umumnya tidak layak di sini karena sisi tabung tidak dapat diakses untuk pengikisan akar. Pengelasan satu sisi dengan pembentukan dua sisi adalah rute praktis, dengan input panas rendah sebagai kontrolnya.

Terbakar: arus berlebihan dapat menembus akar dan merusak tabung di dekatnya. Kontrol yang benar adalah prosedur input panas rendah yang terkualifikasi dengan kekakuan yang memadai, bukan arus yang lebih besar.

Kekakuan tubesheet, sudut alur, penampang las, input panas, volume logam yang dideposisikan, dan praktik pengelasan. Mereka berinteraksi: alur yang lebih lebar dan input panas yang lebih tinggi keduanya meningkatkan penyusutan, dan tubesheet yang kurang kaku mengubah penyusutan yang sama menjadi kemiringan yang lebih besar.