[焊接技术] 预防热交换器管板管角焊缝焊接变形措施

[焊接技术] 预防热交换器管板管角焊缝焊接变形措施

      热交换器的制造中，往往由于管板刚性不足（管板较薄）、组装与施焊的顺序不当、坡口形式、焊接熔敷量过大、焊接工艺参数选择的不合理，易引起管板焊接变形。 鉴于公司在制作热交换器时，筒体与管板的焊接而引起的管板密封面的变形事故越来越多，有必要对管板组装焊接进行规范化操作。

1 管板焊接变形

1.1管板焊接变形的不利影响及的形式 焊接变形造成的不利影响是导致管板密封不严，管子拉脱；管板焊接变形常见的有二种形式：

（1）管板与壳体焊接后的角变形；

（2）管板面拱形变形；

（3）管板波浪变形。 管板与壳体焊接后的角变形引起了管板面的拱形变形和管板面波浪变形。

1.2管板焊接变形的原因

   管板焊接变形的原因主要是由于筒体与管板焊接的横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布引起的；管板与筒体的焊缝一般为单面单边V型坡口，焊接时焊缝的背面和正面的熔敷金属的填充量不一致，造成了构件平面的偏转，所以这种变形在客观上是绝对存在的； 管板与筒体焊接角变形主要由两种变形组成，即筒体与管板角度变化和管板本身的角变形，前者相当于两个工件对接焊接引起的角变 形，后者相当于在管板上堆焊时引起的角变形；而焊接变形的大小的主要取决于管板的刚性、焊接线能量、坡口角度、焊缝截面形状、熔敷金属填充量焊接操作等因素有关；

引起焊接变形的主要原因有以下几方面：

①组装与施焊的顺序不当；

②焊接方向不正确；

③焊接参数不合理，引起局部过热；

④未采用适当的辅助措施。 根据管板变形的原因及影响因素，由于管板焊接不能实现双面焊，焊接时电流过大会引起烧穿伤及换热管，所以管板与壳体的焊接应考虑减少管板受热和提高管板刚性以减少变形。

 

2 控制压力容器管板焊接变形的措施

 

2.1冷作方面 提高管板刚性，是减小管板与壳体角变形的措施之一，管板刚性越大，变形量越小；

（1）设计方面，从防止焊接变形方面考虑，适当提高管板的厚度，可进一步提高管板结构的稳定性和刚性，控制焊接变形；

（2）拉杆刚性固定法 用6-15根带螺纹的拉杆从管板面的换热管孔中穿过，两端采用螺母把紧，提高管板的刚性，以控制变形量；拉杆数量应视筒体尺寸而定，拉杆的直径不小于换热管直径的三分之二以上，例如换热管直径为ф25㎜，拉杆直径既为ф16㎜。拉杆从管板的外周向内，在管 板面上均布，拉杆数量如下： 筒体直径㎜ 拉杆数量（根） ф2000以上热交换器 拉杆数不少于13根 ф1000-ф2000热交换器 拉杆数不少于10根 ф1000以下热交换器 拉杆数不少于6根。

（3）提高管板法兰刚性减小变形 对刚性小的结构为了进一步提高刚性，采用专用的夹具、支撑杆、管箱等等提高管板的刚性可以减小焊接变形； 如带管箱热交换器，可将管箱法兰与管板用螺栓螺母把紧，再进行焊接（注意把管箱时必须按照设备管口方位进行定位，否则会造成变形不一致的问题）； 可以在管板和法兰的侧面采用螺栓或U型夹连接管板与防变形法兰（固定板）的方法进行提高管板的刚性，控制管板焊接角变形。

（4）管板留加工余量进行焊后进行二次加工 对于小直径薄管板（不锈钢及较薄的管板，可增加管板厚度，留有焊后加工余量以便进行二次机加工密封面。

 2.2 焊接接头结构和工艺防变形措施

 (1)合理选择坡口角度 坡口角度及施焊截面形状对焊接接头的角变形影响很大，坡口角度越大，焊接接头上部及下部横向收缩量差别就越大，引起的筒体与管板的角变形越大，坡口角度越大，填充金属量越大，引起的管板变形越大，因此，，在保证焊透和的前提下，a角、h值应尽量 小，既减小焊接填充金属量，减小变形。焊接坡口的角度控制在焊接工艺卡上反映。

（2）合理选择焊缝尺寸 在保证接头承载能力的条件下，设计应该尽量采用较小的焊缝尺寸，尽量减小焊角高度。在焊接工艺上反映；

（3）焊接层数 在同样焊接条件下，连续焊接时，焊接层数道次越多，角变 形越大。因此，为了控制管板焊的焊接角变形，由于焊接采用多层多道间断焊，因为焊接变形主要发生在焊接的前几道次，随焊接层道次的增加，焊接接头的刚性增大，焊接变形将减小；

（4）合理选择焊接规范 通过选用合理的线能量，在不用任何反变形或夹具的情况下同样可以克服焊接变形，进行管板焊接时，应尽量采用小参数施焊，低的层间温度，在层间温度降到100℃以下再进行后层道次的焊接，避免局部过热引起热变形。一般在焊接薄壁管板时，在氩弧焊打底后，应采用Φ3.2的焊条进行填充和盖面以控制焊接热输入；

（5）焊接顺序 采用对称施焊，对于有色金属板对接的焊接，应采用直线运枪的方法，不得横向摆动，焊接管板与筒体。管板与筒体焊接，在保证管 板溶合的条件下，采用打底后水平压道焊，即电弧直指壳体，在壳体上一层一道进行水平压道完成管板角焊缝的焊接，不得直接在管板与壳体进行45°斜角焊，每层焊缝应分段对称进行。每层焊缝应错开180度。两端各焊一层，交替操作，直至焊完。

（6）要确保焊缝组队间隙均匀，在施 图3 管板焊接顺序图 焊管板组合接头打底焊时，氩弧焊分段进行打底（不低于两层），焊接速度和焊接填充量应尽量均匀，保证打底质量；

2.3强制冷却法 对于非淬硬金属可采用强制冷却方式，来限制和缩小焊接热场的分布，从而避免因受热不均而引起变形。

 

3．人员方面

 

1．工艺人员应对换热器的管板焊接作为工艺检查和指导的工作重点，特别是现场的焊接指导工作；

2．部门领导应将管板的焊接工作当作重点任务来安排，安排合适的人员并增加重视程度。安排工作时应明确告知，管板焊接造成变形的危害性；

3.焊工班组应加强管板焊焊接变形和防变形措施宣传，冷作和焊接操作人员的技术素质和操作技能，加强每一位冷作和焊接操作员工管板焊接变形的学习和防犯意识。

4．具体负责相关设备的冷作和焊接操作人员要有责任心，必须严格按照工艺和规范操作；相互间与工艺技术人员间加强交流，及时总结，提高防止管板焊接变形的理论、技能和经验水平； 对于上述措施，要求各部门严格按照要求执行，凡没有按照要求造成重大问题的，将追究其责任；对于提出改进措施经使用的人员将申报总经理进行奖励。

(4)组装顺序。将拉杆、定矩管、折流板组装在管板上，然后穿管子，将管束装入筒体并组对管板与简体，接着组对另一端管板与筒体，将管子引出管板，并调整伸出长度。

(5) 焊接管板与筒体。管板与筒体焊接，每层焊缝应分段对称进行。每层焊缝应错开180℃。两端各焊一层，交替操作，直至焊完。

(6) 从管板与筒体环缝先焊完一端，每一层应尽量采用位焊接，一层层向外施焊，两端管板交替进行，对称施焊。

(7)辅助措施。常用的辅助措施有三种方法，一是用一长螺栓从管板中间穿过，两头用螺母锁死(管束与管板无焊接时用此法)。二是紧固一只刚性较大的零件(如与其相配的法兰)，以抵抗变形。