튜브시트-쉘 용접 변형: 내재적 이유와 저열 입력 제어 방법

튜브시트 용접 변형은 종종 시공 결함으로 취급됩니다. 대부분의 쉘-앤-튜브 열교환기에서는 그렇지 않습니다. 튜브시트가 단면 단일 베벨 V 홈으로 쉘에 용접될 때, 루트와 면 측의 용착 금속 부피가 같지 않고, 벽 두께를 통한 횡방향 수축이 균일하지 않습니다. 결과적으로 튜브시트 평면의 각도 편향이 발생합니다. 이 변형은 내재적이며 객관적으로 존재합니다. 더 엄격한 용접 절차만으로는 해결할 수 없지만, 제어하고 보상할 수는 있습니다.

두 가지 메커니즘이 함께 작용합니다.

두께를 통한 횡방향 수축. 용접은 루트 근처보다 면 근처에서 더 많이 수축합니다. 수축이 두께를 통해 균일하지 않기 때문에, 조인트는 단순히 짧아지는 것이 아니라 회전합니다. 그 회전이 튜브시트 평면을 기울게 하는 것입니다.

두 부분으로 나뉜 각도 변형. 첫 번째는 쉘과 튜브시트 사이의 각도 변화로, 두 판 사이의 맞대기 조인트의 각도 변형과 동일합니다. 두 번째는 튜브시트 자체의 각도 변형으로, 판 표면에 빌드업으로 용착된 용접 금속과 동일합니다. 두 부분이 더해져 최종 기울기가 됩니다.

크기는 여섯 가지 변수에 따라 달라집니다: 튜브시트 강성, 홈 각도, 용접 단면 형상, 열 입력, 용착 금속 부피, 용접 관행. 어느 것도 다른 것과 독립적이지 않습니다: 더 넓은 홈은 용착 부피를 증가시키고; 더 높은 열 입력은 패스당 수축을 증가시키며; 덜 강성인 튜브시트는 동일한 수축을 더 큰 기울기로 변환합니다.

대부분의 현장 변형은 네 가지 원인으로 거슬러 올라가며, 모두 제어 가능합니다:

• 지정된 대로 용접 방향을 따르지 않음. 시퀀스와 방향은 작업자 선호도가 아니라 절차의 일부입니다. 지정된 방향을 건너뛰거나 반대로 하면 수축이 한쪽에 집중됩니다.
• 국부 과열을 유발하는 불합리한 용접 매개변수. 과도한 전류 또는 낮은 이동 속도는 국부 열 입력을 높이고, 수축 영역을 확대하며, 각도 편향을 증가시킵니다.
• 조립 및 용접 시퀀스를 따르지 않음. 조립 응력과 용접 시퀀스가 상호 작용합니다: 조립 후 시퀀스를 변경하면 튜브시트는 절차가 작성된 것과 다른 수축 패턴을 흡수합니다.
• 부적절한 보조 조치. 사전 설정, 스트롱백, 시퀀스 균형 및 냉각은 선택 사항이 아닙니다. 생략하거나 일관성 없이 적용하면 동일한 절차라도 장치마다 다른 결과를 초래합니다.

양면 용접은 일반적으로 여기서는 실현 가능하지 않습니다: 튜브 측면은 튜브 번들 및 튜브시트 리간트로 점유되어 있으며, 백 그루빙 및 뒷면 증착을 위한 접근이 불가능합니다. 실용적인 경로는 양면 형성을 갖춘 단면 용접입니다. 이 경로는 특정 위험이 있습니다: 루트 융합을 보장할 만큼 전류가 충분히 높으면, 연소되어 인접한 열교환기 튜브를 손상시킬 수 있습니다. 따라서 제어는 침투를 위한 더 뜨거운 용접이 아니라, 낮은 열 입력, 감소된 총 열 및 증가된 튜브시트 강성으로 이루어져야 합니다.

• 열 입력을 낮고 제어된 상태로 유지하십시오. 작은 패스, 제어된 인터패스 온도, 연소를 통한 루트 융합을 달성하는 전류 범위.
• 용접 중 튜브시트 강성을 높이십시오. 스트롱백, 임시 보강 및 대칭 시퀀스는 설계를 변경하지 않고 각도 회전을 방지합니다.
• 용착 금속 부피를 제어하십시오. 홈 각도와 용접 단면은 용접공에게 맡기지 않고 지정해야 합니다. 더 좁고 올바르게 크기가 지정된 홈은 금속을 덜 증착하고 덜 수축합니다.
• 지정된 방향과 시퀀스를 따르십시오. 방향, 시퀀스 및 보조 조치는 절차에 포함되어야 하며, 작업물에서 결정되는 것이 아니라 스테이션에서 확인되어야 합니다.

튜브시트-쉘 조인트의 변형은 절차가 잘못되었다는 신호가 아닙니다. 이는 메커니즘이 이해되었고, 단면 용접이 제공할 수 없는 변형 없는 결과를 추구하는 것이 아니라 실제로 존재하는 수축을 목표로 하는 제어가 이루어지고 있다는 신호입니다.

두께를 통한 횡방향 수축이 균일하지 않기 때문입니다: 면 측이 루트보다 더 많은 금속을 증착하고 더 많이 수축하므로, 조인트가 회전하여 튜브시트 평면을 기울게 합니다. 이는 조인트 기하학에 내재된 것이지 시공 오류가 아닙니다.

증착을 균형 있게 하고 각도 편향을 줄이지만, 튜브 측면이 백 그루빙을 위해 접근할 수 없기 때문에 일반적으로 여기서는 실현 가능하지 않습니다. 양면 형성을 갖춘 단면 용접이 실용적인 경로이며, 낮은 열 입력이 제어 수단입니다.

연소: 과도한 전류는 루트를 관통하여 인접한 튜브를 손상시킬 수 있습니다. 올바른 제어는 더 많은 전류가 아니라, 적절한 강성을 갖춘 자격을 갖춘 저열 입력 절차입니다.

튜브시트 강성, 홈 각도, 용접 단면, 열 입력, 용착 금속 부피 및 용접 관행. 이들은 상호 작용합니다: 더 넓은 홈과 더 높은 열 입력은 모두 수축을 증가시키고, 덜 강성인 튜브시트는 동일한 수축을 더 큰 기울기로 변환합니다.