Сварка трубной решетки с корпусом: почему она неизбежна и как низкое тепловложение ее контролирует

Искажение сборочного листа часто рассматривается как дефект изготовления. В большинстве кожухотрубных теплообменников это не так. Когда сборочный лист приваривается к корпусу с односторонним V-образным пазом с одной фаской, объем наплавленного металла на стороне корня и стороне разделки кромок не равен, и поперечная усадка неравномерна по толщине стенки. Результатом является угловое отклонение плоскости сборочного листа. Это искажение присуще и объективно существует: его можно контролировать и компенсировать, но нельзя устранить только более строгой процедурой сварки.

Два механизма действуют совместно.

Поперечная усадка по толщине.Сварной шов усаживается больше у стороны разделки кромок, чем у стороны корня. Поскольку усадка неравномерна по толщине, соединение вращается, а не просто укорачивается. Это вращение и вызывает наклон плоскости сборочного листа.

Угловое искажение из двух частей.Первая — это изменение угла между корпусом и сборочным листом, эквивалентное угловому искажению стыкового соединения двух пластин. Вторая — это угловое искажение самого сборочного листа, эквивалентное наплавленному металлу, нанесенному в виде наплавки на поверхность пластины. Две части складываются, и конечный наклон является их суммой.

Величина зависит от шести переменных: жесткость сборочного листа, угол разделки кромок, форма поперечного сечения сварного шва, подводимая теплота, объем наплавленного металла, практика сварки. Ни одна из них не является независимой от других: более широкий паз увеличивает объем наплавки; более высокая подводимая теплота увеличивает усадку за проход; менее жесткий сборочный лист преобразует ту же усадку в больший наклон.

Большинство искажений в полевых условиях сводится к четырем причинам, все из которых контролируемы:

• Направление сварки не соблюдено, как указано.Последовательность и направление являются частью процедуры, а не предпочтением оператора. Пропуск или изменение указанного направления концентрирует усадку на одной стороне.
• Необоснованные параметры сварки, вызывающие местный перегрев.Чрезмерный ток или низкая скорость перемещения увеличивают местную подводимую теплоту, расширяют зону усадки и увеличивают угловое отклонение.
• Не соблюдена последовательность сборки и сварки.Напряжения при сборке и последовательность сварки взаимодействуют: изменение последовательности после сборки приводит к тому, что сборочный лист воспринимает иной характер усадки, чем тот, для которого была написана процедура.
• Несоответствующие вспомогательные меры.Предварительная установка, стяжки, балансировка последовательности и охлаждение не являются необязательными дополнениями; при их отсутствии или непоследовательном применении одна и та же процедура дает разные результаты от узла к узлу.

Двухсторонняя сварка здесь, как правило, невозможна: сторона трубы занята пучком труб и перемычками сборочного листа, и доступ для удаления обратного валика и наплавки с обратной стороны отсутствует. Практический путь — односторонняя сварка с двухсторонним формированием. Этот путь имеет один специфический риск: если ток установлен достаточно высоким для обеспечения проплавления корня, он может прожечь и повредить соседние трубы теплообменника. Поэтому контроль заключается не в более горячей сварке для проплавления, а в низкой подводимой теплоте, уменьшенном общем тепле и увеличенной жесткости сборочного листа.

• Поддерживайте низкую и контролируемую подводимую теплоту.Малые проходы, контролируемая межслойная температура, диапазон тока, обеспечивающий проплавление корня без прожога.
• Увеличьте жесткость сборочного листа во время сварки.Стяжки, временное усиление и симметричная последовательность сопротивляются угловому вращению, не изменяя конструкцию.
• Контролируйте объем наплавленного металла.Угол разделки кромок и поперечное сечение сварного шва должны быть указаны, а не оставлены на усмотрение сварщика. Более узкий, правильно подобранный паз наплавляет меньше металла и меньше усаживается.
• Соблюдайте указанное направление и последовательность.Направление, последовательность и вспомогательные меры должны быть включены в процедуру, проверены на станции, а не решаться у детали.

Искажение в соединении сборочного листа с корпусом не является признаком того, что процедура неверна. Это признак того, что механизм понят, и что меры контроля направлены на фактическую усадку, а не на результат без искажений, который односторонняя сварка не может обеспечить.

Потому что поперечная усадка неравномерна по толщине: сторона разделки кромок наплавляет больше металла и больше усаживается, чем сторона корня, поэтому соединение вращается и наклоняет плоскость сборочного листа. Это присуще геометрии соединения, а не ошибке изготовления.

Она балансирует наплавку и уменьшает угловое отклонение, но, как правило, невозможна здесь, поскольку сторона трубы недоступна для удаления обратного валика. Односторонняя сварка с двухсторонним формированием является практическим путем, с низкой подводимой теплотой в качестве меры контроля.

Прожог: чрезмерный ток может проникнуть через корень и повредить соседние трубы. Правильный контроль — это квалифицированная процедура с низкой подводимой теплотой и достаточной жесткостью, а не увеличение тока.

Жесткость сборочного листа, угол разделки кромок, форма поперечного сечения сварного шва, подводимая теплота, объем наплавленного металла и практика сварки. Они взаимодействуют: более широкий паз и более высокая подводимая теплота увеличивают усадку, а менее жесткий сборочный лист преобразует ту же усадку в больший наклон.