チューブ シート から シェル 溶接 の 歪み: なぜ 固有 で ある の で,低 熱 入力 が どの よう に 制御 する か

チューブシート溶接の歪みは、しばしば作業上の欠陥として扱われます。シェル・アンド・チューブ式熱交換器のほとんどでは、そうではありません。チューブシートがシェルに片面シングルベベルV溝で溶接される場合、ルート側と面側の溶着金属量は均等ではなく、横方向の収縮も肉厚全体で均一ではありません。その結果、チューブシート面が角度的にたわみます。この歪みは固有のものであり、客観的に存在します。制御および補償は可能ですが、単に溶接手順を厳格にするだけでは解決できません。

2つのメカニズムが組み合わさって作用します。

肉厚方向の横方向収縮。溶接はルート側よりも面側でより収縮します。収縮が肉厚全体で不均一であるため、継手は単に短くなるのではなく回転します。その回転がチューブシート面を傾ける原因です。

角度歪みは2つの部分から成ります。1つ目はシェルとチューブシートの間の角度変化で、2枚のプレート間の突合せ継手の角度歪みに相当します。2つ目はチューブシート自体の角度歪みで、プレート表面への肉盛り溶接に相当します。この2つが加算され、最終的な傾きはその合計となります。

その大きさは6つの変数に依存します：チューブシートの剛性、溝角度、溶接断面形状、熱入力、溶着金属量、溶接方法。どれも他の変数と独立していません：溝が広いと溶着量が増加します；熱入力が高いとパスあたりの収縮が増加します；チューブシートの剛性が低いと、同じ収縮でもより大きな傾きに変換されます。

現場での歪みのほとんどは、すべて制御可能な4つの原因に起因します：

• 指定された溶接方向が守られていない。順序と方向は、作業者の好みではなく、手順の一部です。指定された方向をスキップしたり逆にしたりすると、収縮が片側に集中します。
• 不当な溶接パラメータによる局所的な過熱。過剰な電流または低い移動速度は、局所的な熱入力を増加させ、収縮領域を拡大し、角度歪みを増加させます。
• 組立および溶接順序が守られていない。フィットアップ時の応力と溶接順序は相互に作用します：フィットアップ後に順序を変更すると、チューブシートは手順書に記載されたものとは異なる収縮パターンを吸収します。
• 不適切な補助対策。プリセット、ストロングバック、シーケンスバランス、冷却はオプションの追加料金ではありません。省略されたり一貫性がなく適用されたりすると、同じ手順でもユニットごとに異なる結果が生じます。

両面溶接は通常、ここでは実現不可能です。チューブ側はチューブバンドルとチューブシートの連結部で占められており、裏側削り出しと裏側溶着のためのアクセスがありません。実用的な方法は片面溶接と両面成形ですが、それには特有のリスクがあります。ルート溶着を保証するのに十分な電流を設定すると、溶け落ちて隣接する熱交換器チューブを損傷する可能性があります。したがって、制御は浸透のためのより高温の溶接ではなく、低い熱入力、減少した総熱量、および増加したチューブシート剛性でなければなりません。

• 熱入力を低く、管理された状態に保つ。小さなパス、管理されたパス間温度、溶け落ちなしでルート溶着を達成する電流範囲。
• 溶接中のチューブシート剛性を高める。ストロングバック、一時的な補強、対称的な順序は、設計を変更せずに角度回転に抵抗します。
• 溶着量を制御する。溝角度と溶接断面は、溶接工に任せるのではなく、指定されるべきです。より狭く、適切にサイズ設定された溝は、より少ない金属を堆積させ、収縮も少なくなります。
• 指定された方向と順序に従う。方向、順序、および補助対策は手順書に記載され、現場で検証されるべきであり、ワークピースで決定されるべきではありません。

チューブシートとシェルの接合部の歪みは、手順が間違っている兆候ではありません。それはメカニズムが理解されており、制御が片面溶接では達成できない歪みのない結果ではなく、実際に存在する収縮に向けられている兆候です。

横方向の収縮が肉厚全体で均一ではないためです。面側はルート側よりも多くの金属を堆積させ、より収縮するため、継手は回転し、チューブシート面を傾けます。これは継手形状に固有のものであり、作業上のエラーではありません。

堆積をバランスさせ、角度歪みを軽減しますが、チューブ側が裏側削り出しのためにアクセスできないため、通常はここでは実現不可能です。両面成形による片面溶接が実用的な方法であり、低い熱入力が制御となります。

溶け落ち：過剰な電流はルートを貫通し、隣接するチューブを損傷する可能性があります。正しい制御は、より多くの電流ではなく、十分な剛性を備えた、資格のある低熱入力手順です。

チューブシートの剛性、溝角度、溶接断面、熱入力、溶着金属量、および溶接方法です。これらは相互に作用します。溝が広く、熱入力が高いと、どちらも収縮を増加させ、チューブシートの剛性が低いと、同じ収縮でもより大きな傾きに変換されます。