管板溶接歪み抑制：シェルアンドチューブ熱交換器の9つの対策

チューブシート溶接の歪みは、単一の対策では除去できません。歪みを発生させる要因（溶着金属量、熱入力、継手形状、仮組み順序、拘束）に作用することで制御されます。以下の9つの対策は、生産における適用順序に従っています。まず継手設計と溶着制御、次に仮組み、溶接順序、拘束、冷却です。

1. 溶接パス数とフィレット脚長を制限する。角度歪みはパス数と密接に関連しています。パス数が多いほど金属が溶着され、収縮も大きくなります。資格のある手順で許可されている最小限のパス数に抑え、設計と強度計算で許容される場合はフィレット溶接脚長を短くしてください。目的は、継手の要件を満たす最小限の資格のある溶接であり、それ自体が小さい溶接ではありません。
2. 資格のある継手詳細内で開先角度を小さくする。溶接面の形状と開先角度は、角度変化に強く影響します。開先角度が大きくなると、ルート側と開先側の両方で横方向の収縮が増加します。溶融、アクセス、検査が許容する範囲で開先角度を小さくしてください。溝幅が狭いほど溶着金属が少なくなり、収縮も少なくなります。
3. 低い溶接パラメータを使用する。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、収縮を狭い領域に集中させます。溶融と溶け込みを達成し、裏はつりを起こさない最低限の電流範囲を使用し、パス間温度を制御してください。これは、ルート側が裏はつりできない場合に特に重要です。

4. 正しい組立順序に従う。まずチューブシートにバッフル、スペーサー、タイロッドを取り付け、次にチューブを挿入し、バンドルをシェルにロードします。チューブシートをシェルに仮組みし、次に反対側のシェル・ツー・チューブシート継手を仮組みし、最後にチューブをチューブシートに通して突き出し量を指定寸法に調整します。仮組み後に順序を変更すると、チューブシートが見る収縮パターンが変わります。
5. 円周継手を分離されたセグメントに分割し、バランスの取れたパターンで溶接する。溶接ゾーンを別々に溶接し、クロスパターンで両端から中央に向かって実行し、隣接するセグメントの開始を180度ずらします。円周方向のバランスの取れた溶着は、チューブシート平面の正味の角度回転を減らします。
6. チューブ・ツー・チューブシート溶接順序を制御する。チューブシートの中央から開始し、反対側のチューブシートに移動する前に、チューブ端の3分の1以上を完了します。一方のチューブシートの半分が溶接されたら、もう一方の端に切り替え、次に残りのセクションを完了するために戻ります。これにより、収縮がチューブシートに集中するのではなく、チューブシート全体に分散されます。
7. 残りのチューブ端を円周継ぎ目から外側に向かって溶接する。シェル・ツー・チューブシート円周継ぎ目から開始し、両端から中央に向かう対称的なクロスパターンを使用して、層ごとに徐々に外側に向かって作業します。対称性は、チューブシートが一方向に引っ張られるのを防ぎます。

8. 補助拘束を使用する。剛性のある治具または両端にナットが付いた長いセンタリングボルトは、溶接中の角度回転に対する抵抗を増加させます。拘束は、歪みが出現した後に追加するのではなく、手順の一部として計画する必要があります。
9. 硬化感受性鋼に制御された強制冷却を適用する。材料が硬化感受性であり、手順で許可されている場合、制御された強制冷却はホットゾーンを収縮させ、不均一な収縮を制限できます。これは溶接手順で指定する必要があり、継手の冶金的要件を損なうものであってはなりません。

9つの対策は、手順に書き込まれ、ステーションで検証されて初めて機能します。パス数、開先角度、電流範囲、セグメント順序、チューブ端順序、拘束、冷却方法です。歪み制御は、最後に追加されるステップではなく、継手詳細、仮組み、順序の各段階での決定の累積結果です。

各パスは金属を溶着し、収縮を加えるため、角度歪みはパス数とともに増加します。パスは資格のある最小限に抑え、設計と強度で許容される場合はフィレット脚長を短くしてください。

開先角度が小さいと、溶着金属とルート側および開先側の両方での横方向の収縮が減少します。限界は溶融、アクセス、検査です。資格のある継手詳細内でのみ小さくしてください。

チューブシートの中央から開始し、反対側のチューブシートに移動する前に、チューブ端の3分の1以上を完了します。一方のチューブシートの半分で、もう一方の端に切り替え、次に完了するために戻ります。

鋼が硬化感受性であり、手順で許可されている場合、制御された強制冷却はホットゾーンと不均一な収縮を制限します。これは手順で指定する必要があり、継手の冶金を損なうものであってはなりません。