ความบิดเบี้ยวของการเชื่อมแผ่นท่อ (tubesheet) มักถูกมองว่าเป็นข้อบกพร่องด้านฝีมือการทำงาน แต่ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อส่วนใหญ่แล้วไม่ใช่เช่นนั้น เมื่อแผ่นท่อถูกเชื่อมเข้ากับเปลือกด้วยร่องบากรูปตัววี (V-groove) ด้านเดียวและเอียงด้านเดียว ปริมาณโลหะที่เติมในด้านราก (root) และด้านหน้า (face) จะไม่เท่ากัน และการหดตัวตามแนวขวางจะไม่สม่ำเสมอตลอดความหนาของผนัง ผลลัพธ์ที่ได้คือการบิดเบี้ยวเชิงมุมของระนาบแผ่นท่อ ความบิดเบี้ยวนี้เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นโดยธรรมชาติและมีอยู่จริง สามารถควบคุมและชดเชยได้ แต่ไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยขั้นตอนการเชื่อมที่เข้มงวดขึ้นเพียงอย่างเดียว
กลไกสองอย่างทำงานร่วมกัน
การหดตัวตามแนวขวางตลอดความหนา การเชื่อมจะหดตัวมากกว่าบริเวณด้านหน้าเมื่อเทียบกับบริเวณราก เนื่องจากความหดตัวไม่สม่ำเสมอตลอดความหนา ข้อต่อจะเกิดการหมุนแทนที่จะเพียงแค่สั้นลง การหมุนนั้นคือสิ่งที่ทำให้ระนาบแผ่นท่อเอียง
ความบิดเบี้ยวเชิงมุมแบ่งออกเป็นสองส่วน ส่วนแรกคือการเปลี่ยนแปลงมุมระหว่างเปลือกและแผ่นท่อ ซึ่งเทียบเท่ากับความบิดเบี้ยวเชิงมุมของข้อต่อชนระหว่างแผ่นสองแผ่น ส่วนที่สองคือความบิดเบี้ยวเชิงมุมของแผ่นท่อเอง ซึ่งเทียบเท่ากับโลหะเชื่อมที่เติมเป็นชั้นบนพื้นผิวแผ่น ทั้งสองส่วนจะรวมกัน และการเอียงสุดท้ายคือผลรวม
ขนาดขึ้นอยู่กับตัวแปรหกประการ: ความแข็งของแผ่นท่อ มุมร่องบาก รูปร่างหน้าตัดรอยเชื่อม ความร้อนที่ใส่ ปริมาณโลหะที่เติม และแนวทางการเชื่อม ไม่มีตัวแปรใดเป็นอิสระจากตัวแปรอื่น ๆ: ร่องบากที่กว้างขึ้นจะเพิ่มปริมาณโลหะที่เติม ความร้อนที่ใส่สูงขึ้นจะเพิ่มการหดตัวต่อรอบการเชื่อม และแผ่นท่อที่แข็งน้อยลงจะแปลงการหดตัวเท่ากันให้เกิดการเอียงที่ใหญ่ขึ้น
ความบิดเบี้ยวส่วนใหญ่ที่เกิดขึ้นในสนามงานมีสาเหตุมาจากสี่ประการ ซึ่งทั้งหมดสามารถควบคุมได้:
การเชื่อมสองด้านโดยทั่วไปไม่สามารถทำได้ที่นี่ เนื่องจากด้านท่อถูกครอบครองโดยชุดท่อ (tube bundle) และช่องว่างระหว่างท่อ (ligament) และไม่สามารถเข้าถึงเพื่อการเซาะร่องด้านหลัง (back-gouging) และการเติมโลหะด้านหลังได้ เส้นทางปฏิบัติคือการเชื่อมด้านเดียวด้วยการขึ้นรูปสองด้าน เส้นทางนั้นมีความเสี่ยงเฉพาะอย่าง: หากตั้งกระแสไฟสูงพอที่จะรับประกันการหลอมละลายที่ราก อาจเกิดการทะลุ (burn through) และสร้างความเสียหายให้กับท่อแลกเปลี่ยนความร้อนที่อยู่ติดกัน ดังนั้น การควบคุมจึงไม่สามารถเป็นการเชื่อมที่ร้อนขึ้นเพื่อการเจาะลึก แต่เป็นการใช้ความร้อนต่ำ ปริมาณความร้อนรวมที่ลดลง และความแข็งของแผ่นท่อที่เพิ่มขึ้น
ความบิดเบี้ยวในข้อต่อแผ่นท่อกับเปลือกไม่ใช่สัญญาณว่าขั้นตอนการทำงานผิดพลาด แต่เป็นสัญญาณว่ากลไกได้รับการทำความเข้าใจ และมาตรการควบคุมมุ่งเป้าไปที่การหดตัวที่มีอยู่จริง แทนที่จะเป็นผลลัพธ์ที่ปราศจากความบิดเบี้ยวซึ่งการเชื่อมด้านเดียวไม่สามารถให้ได้
เนื่องจากการหดตัวตามแนวขวางไม่สม่ำเสมอตลอดความหนา: ด้านหน้าเติมโลหะมากกว่าและหดตัวมากกว่าด้านราก ดังนั้นข้อต่อจึงหมุนและทำให้ระนาบแผ่นท่อเอียง เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นโดยธรรมชาติกับรูปทรงของข้อต่อ ไม่ใช่ข้อผิดพลาดด้านฝีมือการทำงาน
เป็นการปรับสมดุลการเติมโลหะและลดการบิดเบี้ยวเชิงมุม แต่โดยทั่วไปไม่สามารถทำได้ที่นี่เนื่องจากไม่สามารถเข้าถึงด้านท่อเพื่อการเซาะร่องด้านหลังได้ การเชื่อมด้านเดียวด้วยการขึ้นรูปสองด้านเป็นเส้นทางปฏิบัติ โดยใช้ความร้อนต่ำเป็นการควบคุม
การทะลุ (Burn-through): กระแสไฟที่มากเกินไปสามารถเจาะทะลุรากและสร้างความเสียหายให้กับท่อที่อยู่ติดกัน การควบคุมที่ถูกต้องคือขั้นตอนการทำงานที่ใช้ความร้อนต่ำซึ่งผ่านการรับรอง พร้อมด้วยความแข็งที่เพียงพอ ไม่ใช่การเพิ่มกระแสไฟ
ความแข็งของแผ่นท่อ มุมร่องบาก หน้าตัดรอยเชื่อม ความร้อนที่ใส่ ปริมาณโลหะที่เติม และแนวทางการเชื่อม ปัจจัยเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กัน: ร่องบากที่กว้างขึ้นและความร้อนที่ใส่สูงขึ้นจะเพิ่มการหดตัว และแผ่นท่อที่แข็งน้อยลงจะแปลงการหดตัวเท่ากันให้เกิดการเอียงที่ใหญ่ขึ้น
