熱交換器におけるチューブ-と-のチューブシートの溶接: 認定と一般的な欠陥

このガイドでは、ASME セクション IX が管と管板の溶接をどのように認定するのか、その認定を必須とする建設法規、およびコストのかかるやり直しを避けるために検査官や製造者が管理する必要がある特定の欠陥モードについて説明します。{0}{1}

管-対-の溶接には開先溶接とは別の資格が必要なのはなぜですか?

チューブ-と-のチューブシートの接合には、その形状、アクセス、破損モードが標準的な開先溶接とは根本的に異なるため、専用の認定が必要です。また、平らな溝のクーポンで認定された溶接機や手順が、この構成で健全な漏れのない接合を生成できることが自動的に証明されるわけではありません。-

開先溶接テストクーポンは、開いた障害物のない状態で、接合部の両側に完全にアクセスできる状態で溶接されます。管-と-管板の接合部は、管壁と管板の穴あけ穴の間の密閉された環状空間で溶接されます。多くの場合、隣接する管穴は数ミリメートルしか離れておらず、片側からのみアクセスできます。管壁自体は薄い - で、多くの場合 3 mm - 未満であるため、非常に焼き付きやすくなっています。-、一方、管板は大きなヒートシンクとして機能する厚いブロックであり、接合部全体に不均一な熱分布を生じさせます。

これらの条件により、開先溶接では発生しない欠陥モード - バーンスルー-、ジョイント ルートでの溶融の欠如、不十分な最小リーク パス - が発生します。そのため、ASME セクション IX では、管-対-の溶接を標準の開先または隅肉溶接ルールに組み込むのではなく、独自の認定カテゴリとして扱っています。

ASME セクション IX に基づく 2 つの資格パスとは何ですか?

ASME セクション IX では、管と管板の溶接手順と溶接工を認定するための 2 つの異なるルートが規定されています。1 つは QW-193 に基づくデモンストレーション モックアップ、もう 1 つは QW-202 に基づく従来の開先または隅肉溶接テストで、どちらのルートが必須であるかは適用される建設規格によって決まります。

予選ルート比較

ASME セクション IX QW-202.6 およびセクション VIII ディビジョン 1 UW-28(b)/UW-29 (2021 年版) による。ディビジョン 2 パラ. 6.3.4. プロシージャーの認定に必要な変数は QW-288 に記載されています。溶接工および溶接オペレーターのパフォーマンス資格に関する必須変数は、QW-387 および QW-388 に示されています。資格ルートを選択する前に、最新のエディションの要件とクライアント固有のオーバーライドを必ず確認してください。

両方の重要な変数テーブルは、基本的な溶接プロセス テーブルと組み合わせて適用されます。{0}{1}たとえば、GTAW 管-から-管板への手順は、表 QW-256 の標準 GTAW 変数と、管の外径、管板の厚さの範囲、管の穴の状態、継手の設計などの項目をカバーする表 QW-288.1 の管-から-管板固有の変数の両方を満たさなければなりません。

モックアップ溶接は何回必要で、何に合格する必要がありますか?

QW-193 モックアップ ルートを使用する場合、少なくとも 5 つの溶接を作成し、そのすべてが目視検査、液体浸透試験、およびマクロセクション検査に合格する必要があります。-1 つの溶接の失敗はモックアップ全体を無効にし、スポット修理ではなく完全な再溶接が必要になります。-

目視検査 (QW-193.1.1): 拡大せずに実施し、完全な溶融、溶け落ち、気孔率、亀裂を確認します。

液体浸透試験 (QW-193.1.2): ASME セクション V、第 6 条に従って、肉眼では見えない表面破壊の不連続性を検出するために有資格者によって実施されます。

マクロ-断面検査（QW-193.1.3）: モックアップを直径に沿って切断して 4 つの表面を露出させ、その後 10 倍から 20 倍の倍率で検査して、完全な融合、亀裂の有無、および最小リーク パスが設計要件を満たしていることを確認します。-

モックアップ アセンブリ自体は、基本的に、QW-288 の必須変数の制限内で、生産で使用されるチューブの穴の構成とジョイントの設計を複製する必要があります。つまり、チューブの直径、チューブシートの厚さ、ジョイントの形状はすべて、単なる便利なテストピースではなく、構築される実際の熱交換器を表す必要があります。

セクション VIII ディビジョン 1 対ディビジョン 2: QW-193 はいつ必須ですか?

ASME セクション VIII ディビジョン 2 では、管-間の溶接手順の認定に QW-193 モックアップが必須となっていますが、セクション VIII ディビジョン 1 ではそれがメーカーのオプションとして残されており、この区別は、熱交換器の製造計画において最も重要であり、最も誤解されやすい点の 1 つです。

ASME セクション VIII ディビジョン 1 UW-28/UW-29 (2021 年版以降)、セクション VIII ディビジョン 2 パラ. 6.3.4、およびセクション I PFT-12 による。基本コードで要求されていない場合でも、クライアントの技術仕様により QW-193 が課されることがよくあります。認定計画を最終決定する前に、必ず注文書とプロジェクトの溶接仕様を確認してください。

管{0}}と-の溶接で最も一般的な欠陥は何ですか?

チューブ-と-のチューブシート接合部を損なう欠陥として最も多いのは、チューブ-と-チューブシートの境界面での融着の欠如、チューブ-壁の焼き付き-、不十分な最小リークパス、気孔率、熱影響-ゾーン-の亀裂-です。各チューブの接合部は手作業またはオービタルヘッドで個別に溶接されるため、欠陥率が高くなる傾向があります。疲労による立ち上がり、一貫性のない接合部の取り付け、および多数のチューブにわたる不適切な表面処理が原因です。-

ASME セクション IX QW-193.1 要件と、シェル-熱交換器の製造と修理に関する業界の現場経験に準拠した故障モードと検出方法。

硫黄の回収、精製、プロセス冷却の用途における現場での経験によると、チューブ-から-への繰り返しの漏れは、元の製造時に導入された浸透の欠如と溶融の欠如に遡ることが多い-。製造時の NDE だけでは検出が難しく、繰り返しの熱サイクルにより未溶融の根元から亀裂が伝播した後に初めて明らかになる傾向があります。

最小リーク パス (MLP) はどのように検証され、なぜ重要なのでしょうか?

最小リーク パスは、チューブの根元からチューブシートの溶接部までのあらゆる方向の最短距離です。{0}{1}これは、強度{2}}溶接接合部が実際に圧力を保持し、相互汚染を防止できるかどうかを決定する寸法であるため重要です。-接合部の設計基準を満たしていないにもかかわらず、過小な MLP は表面的な目視検査に合格できます-。

MLP は、認定モックアップを直径に沿って切断し、溶接断面を露出させ、設計基準から計算された最小値に対して 10 倍から 20 倍の倍率で融着経路を測定することによって検証されます。{0}}

最大クレジット MLP 値は、その寸法を超えてどの程度追加の溶接金属が堆積されるかに関係なく、チューブの壁の厚さで制限されます。

管の外面または管板の穴のボアの長手方向の傷は、接合部に平行に走る傷が溶接溶融ゾーンを完全に迂回する漏れ経路を形成する可能性があるため、モックアップ評価中に高いリスクとして扱われます。

MLP は代表的なモックアップを切り開くことによってのみ破壊的に確認できるため - -、すべての製造接合部ではなく手順の適格性確認中に検証されます。まさにこれが、生産溶接中の規律ある再現可能なプロセス管理が非常に重要である理由です。実証済みの MLP で WPS が認定されると、有効性を維持するには同じ必須変数エンベロープ内で生産溶接を実行する必要があります。-

どの検査方法が始動前に管{0}}から-管板の欠陥を検出しますか?

積層検査シーケンス - 目視検査、液体浸透試験、ヘリウム リーク テスト - は、熱交換器バンドルを閉じて使用する前に、チューブ-から-までの欠陥の大部分を検出します。ヘリウム リーク テストは、この継手タイプに一般的に適用されるどの方法よりも壁からのリークに対して最高の感度を提供します。-

目視検査は、-焼き抜け、不完全な融合、表面の気孔率の最初のパス スクリーニングとして、すべての製造溶接で実行されます。-

ASME セクション V 第 6 条に従って実施される液体浸透試験は、肉眼では見えない表面破壊亀裂や気孔を検出します。通常、ルートと最終パスの両方に適用されます。-

ヘリウム漏れ試験では、熱交換器を 5 ～ 10 psi のヘリウムで加圧し、質量分析計を使用して、水圧試験で解決できるよりもはるかに小さい漏れ量を検出します。これは、ヘリウム原子が十分小さいため、水を通さない不連続部を通過できるためです。このテストは通常​​、すべてのチューブ端部の溶接後、ただしチューブの拡張前に実行されるため、機械的拡張 - ではなく溶接部分 - のみが評価されます。

すべての欠陥モードを単一の方法で捕捉できるわけではありません。目視および液体浸透試験は、表面に接続された不連続部には効果的ですが、表面下の融合の欠如または過小な MLP は、認定中の破壊的なマクロ切断によってのみ確認できます。-これが、認定試験と製造 NDE が冗長ではなく補完的である理由です。- 認定は、その手順で健全なジョイントを生成できることを証明し、製造 NDE は、チューブ数全体にわたってその機能が一貫して実行されたことを確認します。

通常の配管溶接よりも、管と管板の接合部において認定の厳格さが重要なのはなぜですか?{0}}-

チューブ-から-のチューブシートの認定の厳密さは、通常の配管溶接よりも重要です。これは、製造後に発見された 1 つの系統的欠陥により、チューブ全体の再交換が必要になる可能性があるためです。-、各熱交換器には、同じ手順で溶接された数百から数千の個別の接合部が含まれている可能性があるためです-。つまり、限界の WPS や訓練が不十分な溶接工では、不良溶接が 1 つ発生するのではなく、多数発生します。-

配管周囲溶接欠陥は通常、単独で修理されます。対照的に、欠陥のある手順または不適格な技術によって引き起こされるチューブ対-の欠陥モードは系統的です。1 つの故障を引き起こした接合部の設計、入熱、または表面処理ステップがバンドル全体に一貫して適用されている場合、その条件下で溶接されたすべての接合部が疑わしいことになります。

適切に資格のある WPS、十分な訓練とテストを受けた溶接工、規律ある製造検査シーケンスに投資することは、起動後に - を発見したり、さらに悪いことに、数年間の使用熱サイクル後にチューブ束の大部分を交換する必要があることが判明した場合に比べて-大幅にコストを下げることができます。-

よくある質問

Q: ASME セクション VIII ディビジョン 1 では、管-と管板の溶接に QW-193 モックアップ認定が必要ですか?

A: いいえ、ディビジョン 1 は QW-193 をメーカーオプションとして残します。 QW-202.2 および QW-202.4 に基づく開先溶接テストは、クライアントの技術仕様でモックアップ ルートが必要でない限り、代替として受け入れられます。

Q: モックアップによるチューブからチューブシートへの手順を認定するには、何本のチューブを溶接してテストする必要がありますか?{0}}-

A: 少なくとも 5 つのモックアップ溶接を作成し、その 5 つすべてが QW-193.2 に基づく目視検査、液体浸透剤検査、マクロ断面検査に合格する必要があります-。単一の欠陥があるとモックアップ全体が無効になり、完全な再溶接が必要になります。

Q: 最小リークパスとは何ですか?また、そのキャップがチューブの壁の厚さで制限されているのはなぜですか?

A: 最小リーク パスは、溶接ルートから最も近い自由表面までの最短の溶融距離です。追加の溶接金属がどれだけ堆積されるかに関係なく、それが継手の漏れのない断面の物理的限界であるため、チューブの壁の厚さでキャップが付けられます。-

Q: 開先溶接クーポンの資格を持つ溶接工は、QW-193 モックアップで認定された WPS に基づいて管と管板の接合部を溶接できますか?{0}{1}

A: 該当する建設基準自体が性能認定に QW-193 を必要としない場合は、はい。手順の認定とパフォーマンスの認定は、ASME セクション IX では相互に排他的な要件として扱われます。

Q: チューブとチューブシートの溶接部では、静水圧試験よりもヘリウム漏れ試験が好まれるのはなぜですか?{0}}-

A: ヘリウムの原子サイズが小さいため、静水圧（水）試験では検出できない不連続部を通過することができるため、ヘリウム漏れ試験の感度が大幅に高まり、起動前に管の端または部分的に融合した管{0}}と-の接合部を特定できます。