管壳式换热器整体焊后热处理变形的原因分析
管壳式换热器管板裂纹及控制措施
管壳式换热器管板裂纹及控制措施杨冠珍(无锡市锅炉压力容器检验所)目前国内各炼油厂进口原油普遍存在含硫量高的问题,这增加了碳钢设备的湿硫化氢(Ｈ2Ｓ)应力腐蚀,容易造成换热器管板开裂。
某石油化工厂型号为ＢＪＳ1100 1.6 330 6/25 4的换热器投用不到半年,就发现焊缝开裂并扩展到管桥,文中分析其原因并对用于湿硫化氢应力腐蚀环境中的换热设备从设计及制造上提出几点避免产生裂纹的控制措施。
1管板开裂原因管板裂纹分布无规律。
在管子与管板的焊缝、管桥及换热管上均有不同程度的开裂,裂纹长度及深浅不一。
经用户与制造单位共同分析,认为是液化石油气中含有的Ｈ2Ｓ导致产生Ｈ2Ｓ应力腐蚀,造成局部开裂,难以修复,只能作报废处理。
2Ｈ2Ｓ应力腐蚀机理(1)湿硫化氢应力腐蚀开裂液化石油气介质中存在着Ｈ2Ｓ和Ｈ2Ｏ构成的腐蚀介质,Ｈ2Ｓ在液相水中产生电离。
Ｆｅ在硫化氢腐蚀下失去电子变成硫化亚铁,使金属表面形成小缺陷或者在划伤、焊缝咬边处被腐蚀,形成腐蚀开裂源,在拉应力的作用下开裂,尖角处产生新的暴露金属与介质中的硫化氢直接接触被腐蚀,在拉应力的作用下又发生开裂,周而复始,使开裂拉长变深,从而引发湿硫化氢应力腐蚀开裂。
(2)存在对应力腐蚀介质敏感的材料该设备管板材质16Ｍｎ锻件,管子材质为10#钢。
16Ｍｎ在饱和的Ｈ2Ｓ溶液中存在较强的应力腐蚀开裂敏感性。
3控制措施3 .1设计控制目前换热器设计图样大部分选用标准代号,实际使用的介质、操作压力和温度等在图样上很少注明,而介质通常只写液化石油气或其主要成分,基本上没有提到设备接触到的介质有湿硫化氢应力腐蚀倾向,这样制造单位就难以按湿硫化氢应力腐蚀的制造要求进行控制。
为此,建议凡使用含有湿硫化氢应力腐蚀的介质,应在设计图样上明确提出。
《压力容器安全技术监察规程》(99版)修订说明及条文解释(四)中对湿硫化氢腐蚀有详细说明,建议在换热器的设计图样上注明使用及材料的限制条件。
焊接热变形原理
焊接热变形原理焊接热变形原理是指在焊接过程中，由于热应力和热膨胀引起的焊接结构的形状和尺寸的变化。
焊接是一种通过加热和冷却来实现金属材料之间的连接的工艺。
在焊接过程中，焊接件会受到热应力的影响，从而发生变形。
了解焊接热变形原理对于控制焊接质量和加工精度非常重要。
焊接热变形的原理主要有以下几个方面：1. 焊接热源：焊接过程中产生的热量会使焊接件局部升温，从而引起热膨胀。
焊接热源可以是电弧、激光、火焰等。
2. 焊接材料：焊接材料的热膨胀系数不同，会导致焊接件在加热过程中发生形变。
不同材料的热膨胀系数差异大，会导致焊接件产生应力和变形。
3. 焊接过程：焊接过程中的温度变化会导致焊接件的热膨胀和冷却收缩。
焊接时产生的高温会使焊接件局部膨胀，而冷却后则会收缩。
热膨胀和冷却收缩的不均匀分布会导致焊接件产生应力和变形。
焊接热变形的主要类型包括纵向变形、横向变形和角度变形。
纵向变形是指焊缝沿焊接方向发生的拉伸或收缩变形；横向变形是指焊缝垂直于焊接方向发生的拉伸或收缩变形；角度变形是指焊缝产生的倾斜或扭曲变形。
为了控制焊接热变形，可以采取以下措施：1. 控制焊接温度：通过控制焊接的加热温度和冷却速度，可以减少焊接热变形。
选择合适的焊接工艺参数和焊接序列，可以最大限度地降低热变形。
2. 采用预热和后热处理：预热可以使焊接件均匀升温，减少焊接热应力。
后热处理可以通过再次加热和冷却来消除焊接残余应力，减少焊接热变形。
3. 采用适当的夹具和支撑：使用夹具和支撑可以限制焊接件的变形，保持焊接结构的形状和尺寸稳定。
夹具和支撑的设计应考虑焊接热变形的影响，使其能够承受焊接过程中产生的应力和变形。
4. 采用焊接变形补偿方法：通过设计焊接结构的形状和尺寸，可以在焊接过程中预留一定的变形空间，从而减少焊接热变形对焊接质量的影响。
焊接变形补偿方法包括焊前预制、焊后修正和热处理等。
焊接热变形是焊接过程中不可避免的问题，但通过合理的焊接工艺和控制措施，可以最大限度地减少焊接热变形对焊接质量的影响。
热处理变形的原因
热处理变形的原因在实际生产中，热处理变形给后续工序，特别是机械加工增加了很多困难，影响了生产效率，因变形过大而导致报废，增加了成本。
变形是热处理比较难以解决的问题，要完全不变形是不可能的，一般是把变形量控制在一定范围内。
一、热处理变形产生的原因钢在热处理的加热、冷却过程中可能会产生变形，甚至开裂，其原因是由于淬火应力的存在。
淬火应力分为热应力和组织应力两种。
由于热应力和组织应力作用，使热处理后零件产生不同残留应力，可能引起变形。
当应力大于材料的屈服强度时变形就会产生，因此，淬火变形还与钢的屈服强度有关，材料塑性变形抗力越大，其变形程度越小。
1.热应力在加热和冷却时由于零件表里有温差存在造成热胀冷缩的不一致而产生热应力。
零件由高温冷却时表面散热快，温度低于心部，因此表面比心部有更大的体积收缩倾向，但受心部阻碍而使表面受拉应力，而心部则受压应力。
表里温差增大应力也增大。
2.组织应力组织应力是因为奥氏体与其转变产物的比容不同，零件的表面和心部或零件各部分之间的组织转变时间不同而产生的。
由于奥氏体比容最小，淬火冷却时必然发生体积增加。
淬火时表面先开始马氏体转变，体积增大，心部仍为奥氏体体积不变。
由于心部阻碍表面体积增大，表面产生压应力，心部产生拉应力。
二、减少和控制热处理变形的方法1.合理选材和提高硬度要求对于形状复杂，截面尺寸相差较大而又要求变形较小的零件，应选择淬透性较好的材料，以便使用较缓和的淬火冷却介质淬火。
对于薄板状精密零件，应选用双向轧制板材，使零件纤维方向对称。
对零件的硬度要求，在满足使用要求前提下，尽量选择下限硬度。
2.正确设计零件零件外形应尽量简单、均匀、结构对称，以免因冷却不均匀，使变形开裂倾向增大。
尽量避免截面尺寸突然变化，减少沟槽和薄边，不要有尖锐棱角。
避免较深的不通孔。
长形零件避免截面呈横梯形。
3.合理安排生产路线，协调冷热加工与热处理的关系对于形状复杂、精度要求高的零件，应在粗、精加工之间进行预先处理，如消除应力、退火等。
焊接缺陷和焊接变形产生原因及预防措施通用工艺规程
吉林机械制造分公司企业标准Q/JJ112.11401.17-2011 预防焊接缺陷及焊接变形操作规程吉林机械制造分公司2010-12-30发布 2011-01-01实施1 目的为预防和减少焊接缺陷及焊接变形的产生，保证焊接质量，特制订本规程。
2 适用范围本规程适用于机械公司钢制容器的通用焊接管理。
3 引用标准3.1 GB150.1～4－2011《压力容器》3.2 TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》3.3NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》3.4 GB151-1999《管壳式换热器》4 管理内容和方法4.1 焊接缺陷焊接中的常见缺陷有气孔、夹渣、裂纹、未焊透、未熔合、焊缝外形尺寸和形状不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑等。
4.1.1 气孔气孔是指在焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而形成的空穴。
由于气孔的存在，使焊缝的有效截面减小，过大的气孔会降低焊缝的强度，破坏焊缝金属的致密性。
4.1.1.1气孔的产生原因坡口边缘不清洁，有水份、油污和锈迹；焊条或焊剂未按规定进行焙烘，焊芯锈蚀或药皮变质、剥落等。
此外，低氢型焊条焊接时，电弧过长，焊接速度过快；埋弧自动焊电压过高等，都易在焊接过程中产生气孔。
4.1.1.2预防产生气孔的措施选择合理的焊接线能量，认真清理坡口边缘水份、油污和锈迹，严格按规定保管、清理和焙烘焊接材料。
不使用变质焊条，当发现焊条药皮变质、剥落或焊芯锈蚀时，应严格控制使用范围。
电弧焊时，应控制好电弧长度；埋弧焊时，应选用合适的焊接工艺参数，特别是薄板自动焊，焊接速度应尽可能小些。
4.1.2 夹渣夹渣就是残留在焊缝中的熔渣。
夹渣也会降低焊缝的强度和致密性。
4.1.2.1夹渣的产生原因主要是焊缝边缘有气割或碳弧气刨残留的熔渣；坡口角度或焊接电流太小，或焊接速度过快。
在使用酸性焊条时，由于电流太小或运条不当形成“糊渣”；使用碱性焊条时，由于电弧过长或极性不正确也会造成夹渣。
分析管壳式换热器失效形式及处理对策
要： 作 为 化 工 领 域 的重 用 换 热 设 备 之 一 ， 管壳式换热器发挥着重大的作用， 并 得 到 了广 泛 的运 用 。 但 是 由 于
商品时代 物质速成这 一特征的影响， 使得换热器会 由于选材 的不 同， 加工制造不合理 ， 使用 不当等多方 面的因素 的影响， 换热器实效 的现象屡见不鲜。 换 热器 的失效 ， 可能会 给企 业带来 不可估 量的经济损 失， 因此对管 壳式换 热器 失效原 因、 形式、 及处理故 障的分析很重要。由于换 热器 内部运行 的复 杂性 ， 使 各种失效形式交错连接并存 在着 一定 的联 系和影 响， 造成各 种实施措施 不能够和谐统一 的进行。
领域 的重用 换热 设备之一 ，管壳式换热器在发挥着重大的作 （ １ ） 换 热器 壳 体 载荷 的温 度 较 高 ， 且 径 向 变 形 大 。 而 管 板 恰 恰
用 ，并 得 到 了广 泛 的运 用 。但 是 由于 商 品 时 代 物 质速 成这 一 相 反， 不 仅载荷温 度低 ， 变形 小， 同时由于管板的厚度较大对
加上外 因等 因素 比如 ： 管板与换热管的连接 不当、 焊后处理不 于 两个 直 管 段 热 变 形 不 均 匀 产 生 了温 差 应 力 ，应 力 之 间 相 互 及时合理 、 两者之间存在的温 差应 力、 板管和换热管所选择材 叠加 ， 促使弯管处拉应力的形成 。在腐蚀性介质的参与下 ， 加 料之间存在 的差异性等 ，都会成为管板和管 口连接处存在残 上换热器工作过程 中产生 的扭 曲振动和弯 曲振动 ，很容易造
问题 进 行 分 析 ， 找 出 管壳 式 换 热 器 最 容 易失 效 的 敏 感 部位 ， 并 管板较大刚度这一特征的存在 。所 以在 日常 的操作 中，可 根 通 过对 换 热 器 失 效 的 形 式 、 特征分析 ， 阐述 管 壳式 换 热 器 失 效 据实际的需要， 在达到 结构 刚度要求 的基础上 ， 可对管板 的厚 形 式对 应 的 处 理 方 式 。 ｌ 常见 的换 热 器 失 效 形式 敏 感 部位 之 一 ： 换 热 器 管 板 和 换 热 管 的 连接 处 。 在 换 热 器 管板 和 换 热 管 的连 接 处 会 出现 几 何 形状 的突变 ， 度进行适当的降低。 敏感部位之四： ｕ形弯管 。 对 不锈 钢 管 束 的 使用 中 ， Ｕ形 管 自身 的 形 态特 征 决 定 了它 的 塑性 变 形 ，在 对 其 进 行 运 用 时会 产 生残 余 拉应 力 。 这 是 由
换热器管板变形原因及工艺改善 刘兵
换热器管板变形原因及工艺改善刘兵摘要：压力容器属于危险性比较高的一类物品，很容易出现燃烧起火、爆炸等情况，对相关人员和单位造成一定的经济损失和伤害。
在压力容器在压力容器制造中，换热器管板的直径与筒体的板厚之比往往很大，这样在焊接过程中就不可避免的产生管板密封面的变形。
变形严重时，将直接影响密封效果，造成的严重后果会使管板局部范围变形较大，最终使管板密封面失效。
因此，需采用合理的制造工艺，防止管板密封面产生较大的变形，是换热器制造过程不可忽视的内容。
本文详细介绍了换热器管板变形的原因，主要是管板与筒体焊接过程产生的变形，提出了防变形的工艺对策。
关键词：换热器；管板；防变形；工艺对策一.管板与筒体变形的主要原因管板焊接变形的原因主要表现在两个方面。
一是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；二是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。
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。
二、控制管板变形的主体要方法1、管板和筒体的焊接次序在对筒体和管板进行焊接时，要先从焊接管板0°，90°。
180°，270°四个位置进行定位焊接，焊接长度不得少于200mm，定位焊接完实行对称焊接，焊接完一定长度后，转180进行另外位置焊接，依次进行。
2、防变形工装的使用在对压力容器管板进行焊接的过程中，常用的辅助方法有是为了防止形变，可以使用一个刚性比较高的零件进行固定，比如根据管板规格加装一个与管板厚度相当的防变形板进行刚性固定，使管板在焊接过程中难以进行收缩变形。
列管式换热器管板变形的原因及防止变形的工艺B
列管式换热器管板变形的原因及防止变形的工艺在石油化工装置中使用的列管式换热器大多是单件小批量生产。
换热器一般经过壳体下料、滚圆、焊接与管板下料、加工、钻(铰)孔等工序，最后完成组装。
由于列管式换热器大都是管板兼作法兰与壳体直接焊在一起的结构，管板直径与板厚之比往往很大，在加工、组焊、列管与管板的连接过程中，不可避免地产生管板密封面的变形。
变形严重时，将直接影响密封效果，导致恶性循环，使承受过大预紧力的螺栓(柱)断裂或加大管板的局部变形，最终使密封失效。
因此，采用合理的制造工艺，避免管板密封面产生过大的变形，是列管式换热器制造过程中不容忽视的重要内容。
本文根据1台蒸发器制造的现场实践，分析管板变形的原因。
进而讨论列管式换热器制造过程中防止管板变形的工艺对策，以达到提高制造工艺水平、满足生产工艺需要的目的。
1 管板变形原因蒸发器管板用OCrl8Ni9Ti钢板制造，其上有正三角形排列的 57．5管孔233个(见图1)。
管板与材料为OCrl8NigTi的 57 X 3．5的钢管胀作。
接。
管板与壳体为角焊缝连接(见图2)。
壳体为12mm厚的16MnR钢板。
蒸发器的壳程设计压力为0．5 MPa，管程设计压力为0．22 MPa。
设备制造完工后，对壳程进行0．85 MPa、对管程进行0．32 MPa的水压强度试验。
管板制造过程中的变形，主要是管板的加工变形和管板与壳体、换热管连接时产生的变形。
其原因是：(1)管板的加工变形。
管板的加工工序一般为下料(拼接成整圆下料，本例为整圆下料)、车加工外圆及密封面、划线、钻(铰)孔。
在整个加工过程中，管板变形主要是管孔加工过程中装夹定位的方式不当和钻孔轴向力引起的。
一般地，管孔的加工分为装夹定位、找正、钻孔、扩孔、铰孔等工序，为了排屑及冷却的需要，管板一般安装在两块方台上，其装夹方式和受力状态犹如固支圆平板(见图3)。
由于两块方台之间存在高度误差，用摇臂钻床钻孔时，轴向力的作用必然引起两端支反力的不等。
换热器管板的焊接变形与控制
收稿日期:20050102作者简介:时鸿儒(1971-),男,助理工程师,黑龙江省哈尔滨人,从事化工设备管理工作。
E 2mail :tianweihong2004@材料与设备换热器管板的焊接变形与控制时鸿儒,刘惠杰(哈尔滨气化厂,黑龙江依兰 154854) 摘要:换热器是化工企业中常见的设备,在其制造及维修过程中,有时会出现管板变形,造成密封面紧固不严。
对管板焊接变形现象作了简要探讨。
关键词:管板;变形;焊接中图分类号:TQ05115 文献标识码:A 文章编号:10067906(2005)03004602 哈尔滨气化厂每年需要制造、维修大批各种类型的换热器,以满足生产运行的需要。
在换热器制造及修复过程中,出现过多次管板变形,导致密封面紧固不严的情况,使换热器不能正常投入运行,造成了一定的经济损失。
经研究,通过改进加工工艺,较好地解决了管板焊接变形这一难题。
1 变形情况密封面变形不规则,呈波浪状,最大偏差为5mm ,一般偏差在1～3mm 之间,密封面封闭不严。
2 变形原因焊接变形的产生,其根本原因是在构件的焊接过程中,温度分布极不均匀,高温区域(焊缝处及焊缝的焊接侧)冷却后产生的收缩量大,低温区域收缩量小,这种不平衡的收缩导致了构件形状的改变。
对于某种具体结构,其最终的变形与焊缝的位置及焊缝本身的收缩量有关。
2.1 管板与壳体焊接引起的角变形焊道的横向收缩导致角变形,变形量与焊接线能量、板厚以及焊缝尺寸等有关,是使密封面变形的主要因素。
a )焊接线能量增加,受热点的热膨胀加剧,热膨胀的金属由于受到附近温度较低区金属的阻碍面的挤压,产生压缩塑性变形。
由于焊接面的温度高于背面,焊接面产生的压缩塑性变形比背面大,有时背面在弯矩作用下甚至可能产生拉伸变形,因此在冷却后会发生较大的角变形。
b )焊接坡口角度、组对间隙、焊角尺寸等过大,使焊缝横截面积增大,所需焊接线能量也随之增高,会产生更大的角变形。
c )管板较薄,刚性比筒体的小,在横向收缩应力作用下,更容易产生角变形。
【2019年整理】焊接变形产生的原因及预防措施
εT=ΔLT/L0=α(T-T0)（1-1）
式中α——金属的线膨胀系数，它的数值随材料及温度而变化。
外观变形率εe，可用下式表示：
εe=ΔLe/ L0（1-2）
同样，内部变形率ε用下式表示：
ε=ΔL/L0（1-3）
图1-1金属杆件的变形
图1-3钢板条中心加热和冷却时的应力与变形
a)原始状态b)、c)加热过程d)、e)冷却以后
(4)长板条一侧加热（相当于板边堆焊）引起的应力与变形如图1-4a所示的材质均匀的钢板，在其上边缘快速加热。假设钢板由许多互不相连的窄条组成，则各窄条在加热时将按温度高低而伸长，如图1-4b所示。但实际上，板条是一整体，各板条之间是互相牵连、互相影响的，上一部分金属因受下一部分金属的阻碍作用而不能自由伸长，因此产生了压缩塑性变形。由于钢板上的温度分布是自上而下逐渐降低，因此，钢板产生了向下的弯曲变形，如图1-4c所示。
3.金属组织的变化
钢在加热及冷却过程中发生相变，可得到不同的组织，这些组织的容也不一样，由此也会造成焊接应力与变形。
4.焊件的刚性和拘束
焊件的刚性和拘束对焊接应力和变形也有较大的影响。刚性是指焊件抵抗变形的能力；而拘束是焊件周围物体对焊件变形的约束。刚性是焊件本身的性能，它与焊件材质、焊件截面形状和尺寸等有关；而拘束是一种外部条件。焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越大，焊接变形越小，焊接应力越大；反之，焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越小，则焊接变形越大，而焊接应力越小。
第二节残余应力
一、焊接残余应力的分类
1．按应力在焊件内的空间位置分：
（1）一维空间应力即单向（或单轴）应力。应力沿焊件一个方向作用；
浅析金属材料热处理过程变形及开裂问题
浅析金属材料热处理过程变形及开裂问题金属材料热处理是指通过加热、保温和冷却等一系列工艺过程，使金属材料的晶粒细化、组织均匀化、消除内部应力和提高硬度、强度等性能的一种工艺。
但是在热处理过程中，往往会出现变形和开裂等问题，严重影响产品的质量和使用性能。
下面将从变形和开裂两个方面进行浅析。
一、热处理过程中的变形问题1. 变形的原因（1）过度变形温度：金属在过度变形温度下变形，晶粒发生细化并产生塑性变形。
在过温温度下发生的晶粒细化较快，可使金属工件获得较高的硬度。
（2）金属工件的形状和尺寸发生变化。
2. 变形的类型（1）弹性变形：金属在受力后，恢复原状的能力。
在金属达到塑性变形温度后受到的应力释放，金属工件形状不发生变化。
（2）塑性变形：金属在受力后，形状和尺寸发生变化，而且塑性变形是不可逆的。
3. 变形的控制（1）控制变形温度：在金属材料进行热处理时，必须控制好变形时的温度，以保证金属变形的塑性和韧性。
（2）合理选择工件的形状和尺寸：在进行热处理时，需要对金属工件的形状和尺寸做出合理的选择。
1. 开裂的原因（1）应力过度：金属在冷却过程中，由于内部晶粒的组织不均匀或者过大的体积应力使得工件内部产生应力过度，从而导致开裂。
（2）金属材料本身的缺陷：金属在热处理过程中，由于存在各种缺陷，如气孔、夹杂、夹沙等，使得内部应力不均匀，容易引起开裂。
（3）冷却速度过快：金属在冷却过程中，由于冷却速度过快，使得内部晶粒的温度不均匀，容易发生变形和开裂。
2. 开裂的类型（1）晶间开裂：金属在冷却过程中，由于晶界处的强度较弱，容易出现晶界开裂。
（2）应力开裂：金属在冷却过程中，由于内部应力过大，使得工件产生应力开裂现象。
3. 开裂的控制（1）控制好冷却速度：合理控制金属材料的冷却速度，避免冷却速度过快导致开裂。
（2）减少金属材料的缺陷：在生产过程中，要严格控制金属材料的质量，减少金属材料的缺陷。
（3）采用适当的窑炉：使用适当的窑炉进行热处理，使得金属材料的温度和冷却速度控制得更加精准。
钢管热处理变形的影响因素和减小措施
钢管热处理变形的影响因素和减小措施丛 超（天津钢管集团股份有限公司，天津 300301）摘 要：随着我国制造业的不断发展，钢管在城市化建设中得到了越来越广泛地应用。
但热处理变形问题仍十分常见，不仅导致钢管结构发生了改变，而且也使力学性能遭到了破坏。
基于此，笔者在文章中首先论述了钢管热处理变形的几种主要原因；针对加热、水淬以及矫直等环节的影响因素进行了探讨，同时结合实践经验提出了具体的控制方法，以供参考。
关键词：热处理；钢管变形；加热控制；矫直参数中图分类号：TG162.84 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2018）06-0230-2通常而言，热处理一般表现为管道的弯曲与椭圆度增大，且不同变形程度对钢管的质量也有着不同的影响。
尽管此前业界利用矫直机进行控制，也取得了立竿见影的效果。
但随着管端弯曲产品的大量应用，也使其难以达到预期的效果。
一旦出现了严重的变形弯曲，不仅给产品质量带来了负面的影响，而且也将给制造企业造成巨大的经济损失[1]。
可见，对当前钢管热处理变形的影响因素进行分析，并有针对性的提出行之有效的控制方法就显得至关重要了。
1钢管热处理变形的几种常见原因1.1 比容变形比容是指钢管重量与体积的比例关系，其取值恰好是密度的倒数。
由于钢管本身质量分布存在一定的不均匀问题，在热处理过程中体积、尺寸变化情况就必然会出现差异。
这一指标在金属热处理工艺中，能够优化工艺方案使钢管热轧更加均匀，力学性能更符合现实需求。
但比容变形不容易控制，通常在加工领域都呈现出不确定的方向性。
比如在钢管加工过程中，若其质量体积分布较为均匀，那么最终的变形情况在各矢量方向上是一致的。
而若钢管比容分布不均匀，那么最终热处理所得到的产品也将呈现出差异化的状态[2]。
而且这一变化情况只与钢管本事结构组织有关，而不受到热处理次数的影响。
1.2 内应力塑性变形笔者发现，目前业界钢管热处理工艺水平也参差不齐，达不到标准化的程度。
浅析金属材料热处理过程变形及开裂问题
浅析金属材料热处理过程变形及开裂问题金属材料热处理是一种常见的工艺，通过热处理可以改善金属的组织结构和力学性能，提高其硬度、强度、耐磨性等。
在热处理过程中，金属材料可能会发生变形和开裂等问题，影响热处理效果和制品质量。
本文将就金属材料热处理过程中的变形及开裂问题进行浅析。
1.1 变形的原因金属在加热和冷却过程中，会发生体积膨胀和收缩，由于材料的弹性变形和塑性变形，会导致材料发生变形。
在加热过程中，金属材料的晶粒会发生重新组织，晶粒的尺寸和形状发生变化，从而引起材料产生变形。
在冷却过程中，由于温度梯度和残余应力的存在，也会使得金属材料产生变形。
1.2 变形的表现金属材料热处理过程中的变形主要表现为尺寸变化和形状变化。
尺寸变化包括线膨胀、面膨胀和体积膨胀，形状变化包括挠曲、弯曲、翘曲等。
这些变形会影响工件的精度和质量，甚至导致工件无法使用。
1.3 变形的影响金属材料热处理过程中的变形会影响工件的尺寸精度和形状精度，降低工件的加工精度和装配精度，甚至影响工件的功能和使用寿命。
研究金属材料热处理过程中的变形问题，并寻求有效的控制措施，对于提高金属材料热处理质量具有重要意义。
2.1 开裂的原因金属材料在热处理过程中容易发生开裂，其主要原因包括内应力和组织缺陷。
在热处理过程中，由于金属材料的非均匀加热和冷却，会导致材料产生内应力，当内应力超过材料的承受能力时，就会引起裂纹的产生。
金属材料在制备过程中可能存在组织缺陷，如夹杂物、气孔等，这些缺陷也会成为裂纹的萌生点，易引发开裂。
2.2 开裂的表现金属材料热处理过程中裂纹的表现有很多种，主要包括表面开裂、内部裂纹、轧制裂纹等。
这些裂纹会降低金属材料的强度和韧性，影响其使用性能，甚至导致工件的失效。
3.1 完善工艺流程在金属材料热处理过程中，应根据材料的属性和工件的结构特点，合理设计和优化热处理工艺流程。
包括加热温度、保温时间、冷却速度等参数的选择，以及预热、均热、保温、淬火等工艺控制的改进，以减小工件的内应力和组织缺陷，降低变形和开裂的风险。
零件热处理变形
零件热处理变形一、引言零件热处理是一种重要的材料加工技术，它能够改善材料的性能和延长使用寿命。
然而，在零件热处理过程中，由于温度和应力的影响，零件可能会发生变形。
这种变形会对零件的尺寸和形状造成影响，从而影响其功能和性能。
因此，了解零件热处理变形的原因和控制方法对于保证零件质量和稳定性具有重要意义。
二、零件热处理变形原因1.温度梯度引起的变形在热处理过程中，由于加热和冷却速度不同，导致不同部位温度存在梯度差异。
这种温度梯度会引起材料内部应力分布不均匀，从而导致变形。
2.相变引起的变形在一些特殊的材料中，在热处理过程中会发生相变现象。
相变时产生的体积变化会导致材料产生应力分布不均匀，从而导致变形。
3.机械加工残余应力引起的变形在机械加工过程中，由于切削和加工等原因，零件内部会产生残余应力。
在进行热处理时，残余应力会被释放，从而导致变形。
4.材料的热膨胀引起的变形在热处理过程中，由于材料温度升高，导致材料发生热膨胀。
这种膨胀会导致材料产生应力分布不均匀，从而导致变形。
三、零件热处理变形控制方法1.优化加热和冷却方式在进行零件热处理时，可以通过优化加热和冷却方式来减少温度梯度的影响。
例如，在加热过程中采用均匀加热方式，在冷却过程中采用缓慢冷却方式等。
2.控制相变过程在进行特殊材料的热处理时，需要控制相变过程来减少变形。
例如，在进行淬火处理时可以采用间歇淬火或油淬等方式来控制相变速率。
3.预处理机械加工残余应力在进行零件热处理前，可以通过预处理机械加工残余应力来减少变形。
例如，在机械加工后进行热处理前可以进行退火处理来释放残余应力。
4.控制材料的热膨胀在进行零件热处理时，可以通过控制材料的热膨胀来减少变形。
例如，在加热过程中可以采用局部加热或多次加热等方式来控制材料的膨胀。
四、结论零件热处理变形是一个复杂的问题，其产生原因和控制方法需要综合考虑。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的控制方法来减少变形。
焊接变形原因及控制方法
焊接变形原因及控制方法焊接是一种常见的金属连接方法，但在实际应用中，我们常常会遇到焊接件变形的问题。
本文将探讨焊接变形的原因以及控制方法，帮助读者更好地理解和解决这一问题。
一、焊接变形的原因1. 焊接过程中的温度梯度：焊接时，焊缝区域受到高温的加热，而其它部位则保持较低的温度。
这种温度梯度会导致焊接件产生热应力，从而引起变形。
2. 残余应力的存在：焊接后，冷却过程中会产生残余应力。
这些应力会引起焊接件的变形，尤其是在焊接接头附近。
3. 材料的物理性质：不同材料在焊接过程中会由于热影响区域的不同导致不同的变形情况。
例如，具有较高热膨胀系数的材料在焊接后更容易发生变形。
二、焊接变形的控制方法1. 优化焊接工艺：通过合理安排焊接顺序、增加焊缝长度等方式来减小温度梯度，从而降低焊接变形的发生。
2. 使用预应力技术：在焊接过程中引入预应力，可以通过反向应力来抵消残余应力，从而减小焊接件的变形。
3. 控制焊接变形方向：合理预测焊接变形的方向，并采取相应的措施来控制变形。
例如，在设计中合理选择焊接结构和间隙，减小焊接残余应力对结构的影响。
4. 应用补偿技术：通过在焊接过程中进行额外的加工，例如机械加工或热处理等，来消除或减小焊接变形。
5. 使用支撑和夹具：通过设置支撑物或夹具来限制焊接件的变形，保持其形状和位置。
6. 使用适合的焊接方法：不同的焊接方法具有不同的变形控制效果。
在实际应用中，应根据具体情况选择适当的焊接方法，以减小焊接变形。
三、小结焊接变形是焊接过程中常见的问题，其产生原因主要包括温度梯度、残余应力和材料的物理性质。
为了控制焊接变形，我们可以通过优化焊接工艺、使用预应力技术、控制变形方向、应用补偿技术、使用支撑和夹具以及选择适合的焊接方法等方式进行控制。
只有在理解了焊接变形的原因并采取相应的措施后，我们才能更好地解决这一问题，并获得满意的焊接结果。
通过本文的探讨，相信读者对焊接变形的原因及其控制方法有了更深入的了解，这将有助于在实践中更好地应对焊接变形问题。
管壳式换热器失效问题的探讨
管壳式换热器失效问题的探讨摘要：本文阐述了管壳式换热器常见的失效形式，分析了其失效原因，并提出了预防措施。
关键词：管壳式换热器；失效；预防措施中图分类号：tu2 文献标识码：a 文章编号：1674－6708(2010)29－0098－020、引言管壳式换热器由于其结构简单，适用性强，所以是石油化工领域应用最广泛的换热设备。
但是由于选材、加工制造、使用等众多因素的影响，换热器的失效屡见不鲜。
企业也因此遭受了不可估计的经济损失。
所以对于工况苛刻的换热器，我们设计时应多加注意。
1、管壳式换热器失效分析及预防措施管壳式换热器的主要零部件包括：筒体、封头、管束、管板、折流板、支座、接管、法兰等。
在不同的工况和介质环境下，可能会发生多种形式的失效。
1.1 管束与管板的连接失效由于换热管与管板的连接位置属于几何形状突变部位，再加上温差应力的存在、焊缝缺陷的存在、换热管与管板材料选择的差异性等因素，使得此处会存在较大的残余应力。
在壳程介质的诱导振动和腐蚀性的双重作用下，换热管与管板连接处便出现应力腐蚀开裂、缝隙腐蚀和振动疲劳破坏。
以下措施对提高连接处的使用寿命有一定的意义。
1)连接方式采用先焊后胀的顺序，并且采用机械液压胀接，焊后要做相应的热处理。
换热管伸出管板的尺寸可以适当加长(立式换热器上管板不允许存液时，可适当选取几根换热管，管端与管板平齐焊接，用于放净液体)。
2)换热管的材质与管板的材质尽量匹配，这样可以消除不同材料接触所形成的电势差，有利于控制管程和壳程的双侧腐蚀问题。
同时换热管材质的硬度要低于管板材质的硬度，使管板与换热管的胀接得到最佳组合。
另外，焊条型号选择也要合适。
1.2 换热管与折流板接触面处振动引起的失效考虑到使用过程中换热管的热膨胀以及方便加工制造，通常在折流板与换热管的配合处留有一定的间隙。
在壳程流体的腐蚀或磨蚀下，此间隙逐渐加大，且折流板变薄，导致折流板切割换热管，从而引起管束振动和换热管的泄漏失效。
热处理变形与裂纹
热处理变形与裂纹工件热处理后常产生变形和开裂，其结果不是报废，也要花大量工时进行修整。
工件变形和开裂是由于在冷、热加工中产生的应力所引起的。
当应力超过弹性极限时，工件产生变形；应力大于强度极限时，工件产生裂纹。
热处理中热应力和组织应力是怎样产生的？只有不断认识这个问题，才能采用各种工艺方法来减小和近控制这两种应力。
在加热和冷却时，由于工件热胀冷缩而产生的热应力和组织转变产生的组织应力是造成变形和开裂的主要原因，而原材料缺陷、工件结构形状等因素也促使裂纹的产生和发展。
后面主要叙述热处理操作中的变形和开裂产生原因及一般防止方法，也讨论原材料质量、结构形状等对变形和开裂的影响。
一、钢的缺陷类型1、缩孔：钢锭和铸件在最后凝固过程中，由于体积的收缩，得不到钢液填充，心部形成管状、喇叭状或分散的孔洞，称为缩孔。
缩孔将显著降低钢的机械性能。
2、气泡：钢锭在凝固过程中会析出大量的气体，有一部分残留在处于塑性状态的金属中，形成了气孔，称为气泡。
这种内壁光滑的孔洞，在轧制过程中沿轧制方向延伸，在钢材横截面的酸浸试样上则是圆形的，也叫针孔和小孔眼。
气泡将影响钢的机械性能，减小金属的截面，在热处理中有扩大纹的倾向。
3、疏松：钢锭和铸件在凝固过程中，因部分的液体最后凝固和放出气体，形成许多细小孔隙而造成钢的一种不致密现象，称为疏松。
疏松将降低钢的机械性能，影响机械加工的光洁度。
4、偏析：钢中由于某些因素的影响，而形成的化学成份不均匀现象，称为偏析。
如碳化物偏析是钢在凝固过程中，合金元素分别与碳元素结合，形成了碳化物。
碳化物（共晶碳化物）是一种非常坚硬的脆性物质，它的颗粒大小和形状不同，以网状、带状或堆集不均匀地分布于钢的基体中。
根据碳化物颗粒大小、分布情况、几何形状、数量多少将它分为八级。
一级的颗粒最小，分布最均匀且无方向性。
二级其次，八级最差。
碳化物偏析严重将显著降低钢的机械性能。
这种又常常出现于铸造状态的合金具钢和高速钢中。
探讨管壳式换热器换热失效的原因及应对措施
探讨管壳式换热器换热失效的原因及应对措施管壳式换热器被工业生产广泛应用，它可以单独使用，也可以通过与各类压缩机配合使用来发挥作用。
为满足工艺工况的需要并实现连续稳定的生产，保持良好的管壳式换热器换热效果是相当有必要的。
本文对管壳式换热器换热效果失效的原因进行分析，并根据失效原因提出相应的解决措施。
一、管壳式换热器结构管壳式换热器主要包括管束、管板、外壳、封头以及折流板等部件，通过胀接、焊接、以及胀焊接等方式可以将管束与管板牢牢固定在一起，而与管板连接的是外壳。
封头上装有流体的出、入口，需要进行热质交换时，一种流体可通过管程流进换热器的管内流动，而另外一种流体则通过壳接管流进壳体与管束间隙内流动。
管束的换热面积为管束的表面积，流进换热器的两种流体温差可通过管壁实现换热。
二、换热器失效的原因管壳式换热器结构较为复杂，且使用条件多样，造成多种形式的换热器失效，本文主要从以下两个方面介绍换热器失效的原因：1.换热管与管板连接失效换热管与管板之间的连接可以根据使用条件的不同分为胀接、焊接以及胀焊接，不同的连接方法可能导致不同形式的失效：（1）胀接。
机械胀接可能会导致换热管过胀或欠胀，致使换热管内壁加工硬化，且与管板连接处的应力分布与其整个连接不一致。
若是遇到应力作用或温差变化的情况，细微的加工缺陷都可能使换热管与管板之间的连接失去效用。
并且，要不及时发现机械胀接引起的连接失效，可能导致整个连接都失去效用。
（2）焊接。
焊接接头附近出现组织塑性变形会形成极大的残余应力以及应力集中，可致使管板与换热器连接失效。
（3）胀焊接。
胀焊接集中了胀接与焊接的优势，但其操作要求较高，操作条件也较为严苛，稍有不当就可能导致连接失效。
2.管束失效结垢为管束失效埋下隐患，基础油流动引起管束振动加速了管束的失效，而管束腐蚀及应力腐蚀直接导致管束失去效用。
进入管束内壁的烘烤废气中灰粉以及未燃尽颗粒沉积结垢，污垢热阻使得换热器传热能力下降，致使原料基础油的出口温度不能满足预订需要，为管束失效埋下隐患。
焊接前后工件变形分析及解决方法
焊接件后工件变形分析焊接变形影响因素焊接变形的原因；由于焊接时局部加热膨胀作用和局部冷却时收缩作用造成的，即当局部加热膨胀时受到了未加热部分的压缩作用、和局部冷却收缩时受到了未加热部分牵拉作用。
所以经过焊接后的工件和材料本身就发生了尺寸的改变、形状的改变、和位置的改变。
焊接变形的方式：1、纵向应力变形：是指顺着焊缝方向发生的变形。
2、横向应力变形：是指在焊缝左右横向方面发生的变形。
3、弯曲变形：是指在焊缝垂直上下方向发生的变形。
焊接变形与内应力的关系:在钢板焊接时，当有较大热量输入量的情况下，1.板材越薄越容易产生较大变形，但板材内部的应力较小；2.板材越厚越不易产生变形，但板材内部可能存在较大应力；3.在板厚相同时，坡口尺寸越大，收缩变形越大，应力越多，越容易变形；4.焊缝面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大，焊缝面积对纵向、横向及角变形影响趋势是一致，且是主要的影响因素；减少或消除焊接内应力的主要措施从消除内应力原理上看：1.焊接时尽量减少热输入量和尽量减少填充金属。
2.阻焊结构应合理分配各个组单元，并进行合理的组队焊接。
3.位于构件刚性最大的部位最后焊接。
4.由中间向两侧对称进行焊接从设计角度看，防止措施：1.结构设计中尽可能减少不必要的焊缝2.结构设计中在保证结构承载能力条件下，尽量采用较小焊缝尺寸3.安排焊缝尽量对称于结构件截面中性轴从工艺角度看，焊接顺序的基本规则先焊对接焊缝，然后焊角焊缝或环焊缝；先焊短焊缝，后焊长焊缝；先焊对接焊缝，后焊环焊缝；当存在焊接应力时，先焊拉应力区，后焊剪应力和压应力区；操作者焊接前后减少或消除焊接内应力的主要措施1.预热法：构件本体上温差越大，焊接残余应力也越大。
焊前对构件进行预热，能减小温差和减慢冷却速度，两者均能减少焊接残余应力。
2.锤击：焊后用小锤轻敲焊缝及向邻近区域，使金属展开，能有效地减少焊接残余应力。
3.振动法：构件承受载荷应力达到一定数值，经过多次循环加载后，结构中的残余应力逐渐降低，即利用振动的方法可以消除部分焊接残余应力。
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技术交流
石油和化工设备2018年第21卷
管壳式换热器整体焊后热处理变形的原因分析
和凯
（中海油石化工程有限公司， 山东 青岛 266101）
[摘 要] 本文针对管壳式换热器整体焊后热处理发生变形的现象，从管理角度及发生变形的根本原因进行分析，提出质量控制的建议及措施，确保换热器整体焊后热处理的质量。
[关键词] 换热器；焊后热处理；变形；质量控制
作者简介：和凯（1985—），男，陕西人，西安石油大学毕业，
本科学历，中级职称。
现在中海油石化工程有限公司工作。
管壳式换热器是给各类生产装置提供能量交换的设备，在石化行业中发挥着重要作用。
管壳式换热器因设计参数的不同，可以采用不同的管壳式换热器类型，同时在选材方面也有很大的选择空间。
对于不同材质的管壳式换热器，在焊后热处理时要根据材质的特性、消除应力时所需的温度、是否采取防变形措施等因素选择热处理方案。
焊后热处理的目的是消除焊接残余应力，改善焊缝及热影响区的性能。
根据热处理方式的不同可分为：整体炉内焊后热处理、整体炉外焊后热处理、局部焊接热处理等多种方式。
1 管壳式换热器焊后热处理
近年来，在工程建设领域的承包方式中，EPC 模式越来越常见，且业主可以将风险转移至EPC 承包商，但是EPC 承包商为了保证其工程的利润，通常在招标过程中，采用低价中标的原则选择制造商，经验丰富的制造商可以给工程保值，而管理不善、经验缺乏者就会给工程带来负担。
某EPC 承包商应业主的要求，采用ASME 标准制造一台满足工艺要求及设计参数的换热器，一般情况下，EPC 承包商的设计方不直接对制造商出具设计、制造图纸，只提供设计参数，由制造商在合同工期内自主完成设计及制造过程，EPC 承包商只对其设计、制造过程的文件进行严格审查，确保满足工艺及质量要求。
制造商根据设计参数完成换热器的设计图纸，并交与EPC 承包商进行图纸审查，审查通过后制造商安排车间生产，由于采用ASME 标准，本次换热器的材质均为ASME 材质，主要热处理部件材
质如下：
(1)壳体材质、管箱材质、折流板材质均为：SA-516 70N ，属于中低温压力容器用钢板；
(2)管板材质为：SA-266，属于优质结构碳素钢；
(3)换热管材质为：SA-179，属于低碳无缝钢管。
制造商按照生产计划采购原材料并制造换热器，待所有焊接工艺结束后，消除换热器焊缝处的残余应力，对其实施焊后热处理，由于工期紧张，制造商给出的热处理工艺为整体热处理，同时此方案也通过了EPC 承包商的设计方认可，但是根据整体热处理方案实施后，壳程筒体鼓胀变形、管程扭曲、管板内凹变形，最终 EPC 承包商不接受变形的设备并要求重新制造。
2 焊后热处理变形原因分析2.1 管理原因
EPC 承包商采用低价中标。
一般情况下，EPC 承包商为了保证自己的利润，在定招标策略时，一般都会采用最低价中标原则。
从理论上讲，低价中标是一种完美的评标方法，它可以最大限度地节约建设资金，使得招标人获得最大的投资收益，但在实践中，由于种种原因，最低价中标原则的应用往往走样，背离初衷。
EPC 承包商前期在选择制造商时，就已经出现了制造水平参差不齐的现象，再加之市场竞争压力日趋严峻，很多制
- 71 -第5期
造商为了拿到国外的制造业绩，不惜利润代价，以成本价来获得本次机会，使得优质的制造商处于被淘汰的尴尬处境。
由于选择的制造商参差不齐，在经验和实力上都有欠缺，此时就应当加强对供应商的管理，充分发挥EPC承包商的管理作用。
但是制造商将设计完成后的图纸及热处理工艺送交EPC承包商的设计人员进行审核时，由于设计人员的疏忽大意，未及时发现不同材质的换热器整体焊后热处理的问题，同时制造商提供的焊后整体热处理方案中，仅体现了温度及时间的变化，未对不同材质整体焊后热处理的防变形措施加以说明，由此可见，管理的缺失也是最终导致换热器整体焊后热处理变形的重要原因。
制造商为了保证在合同工期内准时交货，对于消除焊接残余应力的热处理方式选择了效率较高的整体焊后热处理方式，由于经验不足，未对不同材质换热器的整体焊后热处理采取一系列防变形措施，如控制温度、减小壳体和管束之间温度差，同时制造商为了节约能源，不按照严格的热处理工艺进行加热和保温，最终导致了换热器的整体焊后热处理变形。
2.2 根本原因
当管壳式换热器整体焊后热处理时，壳体第一时间接触热源，壁温受热比较快，内部换热管由于空气隔热的作用导致受热比较慢，在温度差的作用下，导致壳体的热膨胀量大于换热管，壳体的伸长量又受到换热管及内部附件的约束，使得换热管受到较大的拉应力，壳体受到较大的压应力，再加之为了增大换热效率，换热管采用了非对称排列结构，内部出现受力不均匀现象；
出炉空冷时，由于内层换热管冷却速率明显低于外层换热管，外层换热管又低于壳程壁温的冷却速率，使得应力状态与加热时正好相反，换热管受到较大的压应力并超过其临界值时发生轴向失稳，内部管板、折流板又对换热管有约束力，使得本来就受热不均匀、失稳的换热管发生挤压收缩、扭曲变形。
管板与换热管管头焊接，由于换热管受力不均匀，在换热管冷却收缩时，对管板内侧产生不均匀的拉应力，使得管板也产生不平衡的拉应力，最终出现内凹变形。
因内部换热管及附件都已发生失稳变形，在不平衡的应力状态下，壳程最终出现鼓胀现象。
3 质量控制
从上述原因分析中可以看出，防止管壳式换热器整体焊后热处理变形的发生，需要层层把关，从招投标选择供应商、EPC承包商的管理以及制造商内部的管理等方面着手进行质量控制，才能确保制造质量，达到业主、EPC承包商、制造商“成本—效益”的统一。
(1)业主方应给EPC承包商合理的工程建设工期，合理的建设工期是保证工程建设质量的关键因素之一。
(2)EPC承包商在进行招投标时，尽量避免采用压缩工期、低价中标的原则进行定标，建议可以采用综合评标的原则来确保选择经验丰富的制造商，如果采用低价中标，应在招标前充分做足工作，如资格预审时应充分了解其生产经验、选择实力相当的供应商、招标文件应详尽、明确等。
(3)制造商应与EPC承包商充分沟通，对于EPC承包商审查制造商的设计文件等重要过程资料时，应充分发挥管理优势，担负起利益共同体的责任，严格把关。
(4)管壳式换热器在进行整体焊后热处理时，应充分论证，做好内部防变形措施，尤其是冷却时应控制温差，减小由于温差导致的应力不平衡。
(5)管壳式换热器在整体焊后热处理时推荐以下步骤：
①壳程筒体组焊完毕后，壳程筒体应先进行消除应力热处理；
②壳程筒体与管板、管板与换热管组焊完毕后，管头及壳程筒体与管板相焊的焊接接头采用电加热方法进行局部消除应力热处理，可以防止换热管发生应力失稳而变形。
◆参考文献
[1] GB150-2011，压力容器[S].
[2] GB/T 151-2014，热交换器[S].
[3] 宋天民编著. 焊接残余应力的产生于与消除[M].北京：中国石化出版社，2006.
收稿日期：2018-01-30；修回日期：2018-03-15
和凯 管壳式换热器整体焊后热处理变形的原因分析。