パイプを管板に溶接する: 方法と探傷 (説明書) 

30秒で重要なこと

• 接続の重要度:フレアリングは機械的な固定のみを提供します。 「パイプグリッド」アセンブリの気密性と強度は溶接によってのみ実現され、周期的な熱衝撃や振動に耐える必要があります。
• 方法の選択:高圧システム (石油とガス、エネルギー) では、人的要因を排除し、溶接ルートの安定した溶け込みを保証する自動軌道 TIG 溶接またはレーザー溶接が優先されます。
• 品質管理:重要なコンポーネントについては、目視検査 (VT) だけでは十分ではありません。必須のステップは、特に二相鋼やチタンを扱う場合、微小亀裂がないことを確認する浸透探傷試験 (PT) と浸透深さを評価する超音波探傷 (UT) です。

プロセスの物理とエッジ準備の要件

熱交換パイプと管板（シートボード）の接続は、シェルアンドチューブ装置の最も脆弱な要素です。ここで、最大の温度勾配と応力集中が発生します。溶接モードや表面処理の計算に誤りがあると、漏れが発生するだけでなく、進行性の応力腐食が発生し、運転後 6 ～ 8 か月以内に熱交換器全体が損傷する可能性があります。

私たちのエンジニアリング業務では、パイプとグリッド開口部の間のギャップの準備の品質が低いことによる結果に繰り返し遭遇しました。最適なラジアルクリアランスは 0.2 ～ 0.4 mm である必要があります。隙間が0.5 mmを超えると、パイプ内の溶接池が「破壊」したり、継ぎ目の根元に溶け込み不足が形成される危険があります。隙間が０．１ｍｍ未満であると、充填材の毛細管吸引が困難となり、気孔が発生してしまう。

溶接作業を開始する前に、パイプの端の表面とグリッドの穴を金属光沢が出るまできれいにする必要があります。特にアルミニウムまたはチタン合金上の酸化膜の存在は容認できません。非鉄金属に鉄粒子を混入させることなく、研磨剤を使用した機械洗浄を行った後、アセトンまたはイソプロピルアルコールで脱脂します。この段階を無視することは、溶接前の準備の時間を節約しようとする請負業者によくある間違いです。

エンジニアリングに関するアドバイス:継手を設計するときは、特にパイプの肉厚が 2 mm を超える場合は、溶接アークが継手の根元に到達しやすくするために、常にパイプの端に 15 ～ 20 度の角度で面取りを行ってください。

基本的な溶接方法: 手動アークからレーザーまで

溶接技術の選択は、パイプの材質 (炭素鋼、ステンレス鋼、銅、チタン)、肉厚、および性能要件によって異なります。現代の機械工学で使用される最も一般的な方法を考えてみましょう。

1. 手動アルゴンアーク溶接（TIG/GTAW）

修理や小規模シリーズのデバイスの製造に今でも広く使用されている伝統的な方法。利点は柔軟性です。溶接工はその場でパラメータを調整できます。ただし、大量生産の場合、この方法には人的要因による高いリスクが伴います。溶接の品質は、オペレータの資格、疲労、溶接領域の視認性に直接依存します。

手動溶接時の安定性を確保するには、パルス モードを使用して入熱を制御し、薄肉パイプ (厚さ 1 ～ 1.5 mm) の焼けを防ぐ必要があります。アルゴンの消費は厳しく規制されなければなりません。根の酸化を防ぐために、継ぎ目の裏側の局所的なガス保護（ブローイング）がしばしば必要となります。

2. 自動軌道溶接（軌道TIG）

高圧業界のゴールドスタンダード。特殊な溶接ヘッドが各パイプに取り付けられ、プログラム可能な速度でパイプ軸の周りでタングステン電極を回転させます。これにより、以下が提供されます。

• 全周にわたって縫い目が完全に対称になっています。
• 結果の再現性: パラメータ「電流の強さ」と「回転速度」はプログラムで設定されており、パイプごとに変わりません。
• 密集した管束の届きにくい場所でも溶接が可能。

生産サイクルにおいて無錫開盛電力石油化学設備有限公司当社は、ASME Section VIII Div 規格への準拠が必要な注文向けに、自動軌道溶接システムを積極的に導入しています。 1. これにより、不均一な継ぎ目幅や円弧の始点/終点のクレーターなどの欠陥がないことを保証できます。

3. レーザー溶接

熱影響部 (HAZ) を最小限に抑える最もハイテクな方法。レーザー ビームは直径 0.5 mm 未満の点に集束するため、毎分最大 3 ～ 5 メートルの速度で溶接が可能になります。これは、何千ものチューブを含む大型の熱交換器にとって重要です。

レーザー溶接は、薄肉のステンレス鋼やチタンのパイプに最適です。小さな継ぎ目幅で深い溶け込みが得られるため、管板の残留変形が軽減されます。ただし、この方法では組み立てにピンポイントの精度が必要です。穴の中心に対するパイプの位置が 0.1 mm を超えてずれると、欠陥が発生する可能性があります。

4. シールドガス中での溶接（MIG/MAG）

使用頻度は低く、主に非重要な環境の厚肉炭素鋼パイプに使用されます。高い堆積速度は高い入熱によって補われますが、これにより薄いチューブシートの反りが生じる可能性があります。金属スパッタを除去するために、その後の継ぎ目の機械的処理が必須となります。

エンジニアリングに関するアドバイス:業者を選ぶ際には、どのような設備で溶接を行っているのかを確認しましょう。オービタルヘッドのフリートの存在は、メーカーが重要な注文に対応する準備ができていることを示していますが、手動溶接のみに依存することは、パラメータが低い機器の場合にのみ許容されます。

溶接継手の探傷と品質管理

パイプを管板に溶接する作業は、アークが消えても終了しません。最も重要な段階が始まります - 品質検証です。 TR CU 010/2011 および GOST R 59971 規格 (ISO 15614 に類似) の要件に従って、制御はマルチレベルである必要があります。

視覚および測定制御 (VIK / VT)

プライマリ ステージ。100% の接続で実行されます。検査官は以下をチェックします。

• 外部の亀裂、毛穴、たるみ、アンダーカットはありません。
• 継ぎ目の形状: 補強材の高さは 1 ～ 1.5 mm を超えてはならず、継ぎ目の幅は均一である必要があります。
• 継ぎ目の色 (ステンレス鋼とチタンの場合): 金色または銀色はガス保護が良好であることを示します。青または灰色の色合いは、過熱と耐腐食性の喪失を示します。

浸透剤制御(PVC/PT)

すべての密閉接続に必須です。洗浄した表面に浸透剤（浸透液）を塗布し、微小亀裂に浸透させます。余分な物を取り除いた後、現像液を塗布します。幅数ミクロンの亀裂でも、真っ赤な線として見えます。この方法では、目には見えない表面欠陥が明らかになります。

よくある間違い: 脱脂が不十分な表面に浸透剤を塗布する。油分や湿気によってインジケーターの浸透が妨げられ、縫い目の品質について誤った結果が得られます。

超音波検査（UZK / UT）

溶け込みの深さを評価し、内部欠陥（溶け込みの欠如、スラグの混入）を特定するために使用されます。小径パイプ (20 mm 未満) の場合、表面の曲率により標準的な超音波探傷器の使用は困難です。このような場合、小さなプリズムまたは集束トランスデューサーを備えた特殊なセンサーが使用されます。

会社内無錫開勝電力石油化学設備有限公司品質管理は認定された超音波装置を使用して実行され、パイプとグリッドの接続領域をさまざまな角度からスキャンできます。これは特にクラッド複合管板に当てはまり、溶接中に爆発溶接部に損傷を与えず、層間剥離がないようにすることが重要です。

油圧および空気圧試験

デバイス全体の気密性の最終テスト。熱交換器には、使用圧力の 1.3 ～ 1.5 倍を超える圧力の水 (空気圧の場合は空気/窒素) が充填されています。圧力の低下や環内の水滴の出現は、溶接部にフィステルが存在することを示しています。この方法では漏れの事実は記録されますが、その原因は示されないため、常に非破壊検査と組み合わせて行われることに注意することが重要です。

エンジニアリングに関するアドバイス:製品パスポートとともに PT (PT) および超音波検査 (UT) プロトコルの提供が必要です。これらの文書が存在しないということは、管理が行われていないか、結果が隠蔽されていることを意味します。

代表的な不具合とその防止方法

熱交換装置の故障を分析したところ、問題の 85% が溶接技術の違反に関連していることがわかりました。主な欠陥とそれらに対処する方法を見てみましょう。

1. 縫い目の根元の貫通不足。電流が小さすぎる場合や溶接速度が速すぎる場合に発生します。攻撃的な環境が蓄積するための隙間が生じ、隙間腐食を引き起こすため危険です。解決策:溶け込みをより適切に制御するためにパルスモードを使用して、各シフトの前に溶接機を校正します。
2. 気孔率。不十分なガス保護 (ドラフト、低品質アルゴン、汚れたノズル) または湿った材料の結果。細孔は接続強度を低下させ、腐食の原因となります。解決策:高純度アルゴン (99.99%) を使用し、ガス流量 (10 ～ 15 リットル/分) をチェックし、電極とパイプを乾燥した部屋に保管します。
3. アンダーカット。継ぎ目の端に沿って溝を作り、パイプの断面を弱めます。手溶接時に電極の傾斜角度が間違っているためによく発生します。解決策:電極の角度と位置が機械的に固定される自動軌道溶接に移行します。
4. 酸化物含有物。アルミとチタンの特性。縫い目の脆弱性につながります。解決策:溶接前に徹底的な機械洗浄を行い、セラミックガイドを使用して溶接領域を空気から保護します。

異種金属の溶接には特に注意を払う必要があります。たとえば、銅とニッケルのパイプを鋼製格子 (またはクラッド格子) に溶接する場合です。これには、脆い金属間化合物の形成を避けるために、遷移層またはバイメタルブッシングを使用する必要があります。私たちの生産経験複合チューブシート遷移ゾーンを適切に準備すると、ノードのリソースが 2 ～ 3 倍増加することがわかります。

物流と信頼できるサプライヤーの選択

溶接の品質は技術だけでなく、生産文化によっても決まります。熱交換機器の供給パートナーを選ぶ際には、認証と生産拠点に注意してください。

会社名無錫開盛電力石油化学設備有限公司上海経済区に生産拠点を有しており、物流面での独自の利点を持っています。上海の港と空港に直接アクセスできるため (2 時間の距離)、製品を世界中のどこにでも船で迅速に発送できます。ヨーロッパとロシアからの顧客の場合は、鉄道ルートを利用して、従来の船便よりもはるかに速い 15 日以内に配達を提供します。

ASME U、PED 4.3、ISO 9001/14001/45001 証明書、TR CU (EAC) および BV の承認が利用可能であるため、当社の溶接手順が独立した機関によって合格していることが確認されます。当社は単に金属を販売するだけではなく、強度計算と各溶接接合部の気密性の保証に裏付けられたエンジニアリング ソリューションを提供します。

当社の製品群には、標準的なシェルアンドチューブ熱交換器だけでなく、H タイプのフィン付きチューブ、スパイラル チューブ、空気冷却器などの複雑なコンポーネントも含まれています。すべての製品は、材料の分光分析や熱影響部の硬度試験など、多段階の試験を受けます。

結論: 信頼性への投資

パイプを管板に溶接するプロセスは、製造段階での節約が作業中に複数の損失をもたらすプロセスです。正しい溶接方法 (できれば自動) を選択し、厳格な非破壊検査を行うことが、プラントの長期的な安全性を確保する唯一の方法です。

プロセスの整合性を危険にさらさないでください。機器の製造は、明白な歴史、最新の溶接設備、実績ある国際的評価を持つ企業に任せてください。

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