Distorção da Soldagem Tubo-Chapa para Casco: Por que é Inerente e Como o Baixo Calor de Entrada a Controla

A distorção na soldagem da placa de tubos é frequentemente tratada como um defeito de mão de obra. Na maioria dos trocadores de calor casco-tubo, não é. Quando a placa de tubos é soldada ao casco com uma junta em V de chanfro único e inclinação única, o volume de metal depositado nos lados da raiz e da face não é igual, e a retração transversal não é uniforme através da espessura da parede. O resultado é uma deflexão angular do plano da placa de tubos. Essa distorção é inerente e objetivamente existe: pode ser controlada e compensada, mas não argumentada apenas com um procedimento de soldagem mais rigoroso.

Dois mecanismos agem juntos.

Retração transversal através da espessura. A solda encolhe mais perto da face do que perto da raiz. Como o encolhimento não é uniforme através da espessura, a junta gira em vez de apenas encurtar. Essa rotação é o que inclina o plano da placa de tubos.

Distorção angular em duas partes. A primeira é a mudança de ângulo entre o casco e a placa de tubos, equivalente à distorção angular de uma junta de topo entre duas placas. A segunda é a distorção angular da própria placa de tubos, equivalente ao metal de solda depositado como enchimento em uma superfície de placa. As duas partes se somam, e a inclinação final é a soma.

A magnitude depende de seis variáveis: rigidez da placa de tubos, ângulo do chanfro, forma da seção transversal da solda, entrada de calor, volume de metal depositado, prática de soldagem. Nenhuma é independente das outras: um chanfro mais largo aumenta o volume depositado; maior entrada de calor aumenta o encolhimento por passe; uma placa de tubos menos rígida converte o mesmo encolhimento em uma inclinação maior.

A maior parte da distorção em campo remonta a quatro causas, todas controláveis:

• Direção de soldagem não seguida conforme especificado. Sequência e direção fazem parte do procedimento, não preferência do operador. Pular ou reverter a direção especificada concentra o encolhimento em um lado.
• Parâmetros de soldagem irracionais causando superaquecimento local. Corrente excessiva ou baixa velocidade de avanço aumentam a entrada de calor local, ampliam a zona de encolhimento e aumentam a deflexão angular.
• Sequência de montagem e soldagem não seguida. Tensão de ajuste e sequência de soldagem interagem: mude a sequência após o ajuste e a placa de tubos absorve um padrão de encolhimento diferente do que o procedimento foi escrito.
• Medidas auxiliares inadequadas. Pré-ajuste, contraventamentos, balanceamento de sequência e resfriamento não são extras opcionais; omitidos ou aplicados inconsistentemente, o mesmo procedimento produz resultados diferentes de unidade para unidade.

A soldagem dupla face geralmente não é viável aqui: a face do lado do tubo é ocupada pelo feixe de tubos e pelo ligamento da placa de tubos, e o acesso para goivagem de raiz e deposição do lado de trás não está disponível. A rota prática é a soldagem de face única com formação dupla face. Essa rota tem um risco específico: se a corrente for definida alta o suficiente para garantir a fusão da raiz, ela pode queimar e danificar os tubos adjacentes do trocador de calor. O controle, portanto, não pode ser soldagem mais quente para penetração, mas baixa entrada de calor, calor total reduzido e rigidez aumentada da placa de tubos.

• Mantenha a entrada de calor baixa e controlada. Pequenos passes, temperatura interpasse controlada, uma faixa de corrente que atinge a fusão da raiz sem queimar.
• Aumente a rigidez da placa de tubos durante a soldagem. Contraventamentos, rigidez temporária e sequência simétrica resistem à rotação angular sem alterar o projeto.
• Controle o volume de metal depositado. O ângulo do chanfro e a seção transversal da solda devem ser especificados, não deixados para o soldador. Um chanfro mais estreito e corretamente dimensionado deposita menos metal e encolhe menos.
• Siga a direção e a sequência especificadas. Direção, sequência e medidas auxiliares pertencem ao procedimento, verificadas na estação, não decididas na peça.

A distorção em uma junta de placa de tubos a casco não é um sinal de que o procedimento está errado. É um sinal de que o mecanismo é compreendido e que os controles visam o encolhimento que realmente existe, em vez de um resultado sem distorção que a soldagem de face única não pode entregar.

Porque a retração transversal não é uniforme através da espessura: o lado da face deposita mais metal e encolhe mais do que a raiz, de modo que a junta gira e inclina o plano da placa de tubos. É inerente à geometria da junta, não um erro de mão de obra.

Ela equilibra a deposição e reduz a deflexão angular, mas geralmente não é viável aqui porque o lado do tubo não é acessível para goivagem de raiz. A soldagem de face única com formação dupla face é a rota prática, com baixa entrada de calor como controle.

Queima: corrente excessiva pode penetrar na raiz e danificar os tubos adjacentes. O controle correto é um procedimento qualificado de baixa entrada de calor com rigidez adequada, não mais corrente.

Rigidez da placa de tubos, ângulo do chanfro, seção transversal da solda, entrada de calor, volume de metal depositado e prática de soldagem. Eles interagem: um chanfro mais largo e maior entrada de calor aumentam o encolhimento, e uma placa de tubos menos rígida converte o mesmo encolhimento em uma inclinação maior.