虞國(guó)鋒(南通萬(wàn)達(dá)鍋爐有限公司 南通 226005)
珠光體耐熱鋼膜式水冷壁制造工藝優(yōu)化
虞國(guó)鋒
(南通萬(wàn)達(dá)鍋爐有限公司 南通 226005)
本文簡(jiǎn)要介紹了膜式水冷壁管屏制作工藝過(guò)程和珠光體耐熱鋼水冷壁管屏制造過(guò)程中易產(chǎn)生的缺陷分析,通過(guò)改進(jìn)優(yōu)化成排彎曲模具,焊前清理、預(yù)熱,避免外側(cè)管橢圓度、焊接氣孔、咬邊等缺陷。結(jié)合工藝試驗(yàn)分析了珠光體耐熱鋼管屏熱矯正后不恰當(dāng)?shù)睦鋮s方式引起延遲裂紋的原因,從而總結(jié)出珠光體耐熱鋼水冷管屏焊后熱矯正時(shí)需特別注意的加熱方法、加熱溫度及冷卻方式,確保產(chǎn)品質(zhì)量。
膜式水冷壁管屏 焊接缺陷 熱矯正
膜式水冷壁管屏(結(jié)構(gòu)如圖1所示)是鍋爐的主要輻射受熱面,吸收爐膛輻射熱,并用以保護(hù)爐墻,是電站鍋爐中不可或缺的重要部件。某公司開(kāi)發(fā)的循環(huán)流化床鍋爐、400t/d垃圾爐、秸稈爐中都采用了膜式水冷壁結(jié)構(gòu)。珠光體耐熱鋼是以鉻、鉬為主的低合金鋼,基體組織為珠光體和少量鐵素體(如:12CrMo、15CrMo、12Cr1MoVG等)。此類低合金鋼具有較好的抗氧化性能及較高的高溫強(qiáng)度。因而,在大容量、高參數(shù)電站鍋爐中的水冷壁管屏較多的采用了珠光體耐熱鋼。生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明,對(duì)這類低合金鋼管屏制作過(guò)程中,應(yīng)嚴(yán)格控制成排彎?rùn)E圓度、管屏的焊接質(zhì)量、管屏焊后熱矯正的過(guò)程,才能制造出質(zhì)量?jī)?yōu)良的產(chǎn)品,使產(chǎn)品在市場(chǎng)中具有競(jìng)爭(zhēng)力。
圖1 膜式水冷壁示意圖
膜式管屏制作工藝流程如圖2所示。
圖2 膜式管屏制作工藝流程圖
此類低合金鋼管屏制作過(guò)程中常見(jiàn)主要缺陷:成排彎管屏兩側(cè)管子橢圓度超差;焊縫的氣孔、咬邊現(xiàn)象;熱矯正等過(guò)程控制不合理產(chǎn)生延遲裂紋等傾向。
3.1 成排彎外側(cè)管子橢圓度控制
水冷壁成排彎一般在管屏彎曲專機(jī)上彎曲,生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)成排彎外側(cè)兩根管子易產(chǎn)生橢圓度超差。通過(guò)分析,一般由于管屏彎曲專機(jī)的彎曲輥輪為光輥(無(wú)防變形槽)。因而對(duì)外側(cè)管子沒(méi)有定位約束力,而中間管子受外側(cè)管子、扁鋼剛性體約束,起到抗變形作用,所以中間橢圓度不易超差。通過(guò)試驗(yàn),對(duì)管屏彎曲機(jī)彎管輥進(jìn)行改造(如圖3所示),在原彎管輥輪的一端安裝一固定擋環(huán),另一端安裝一活動(dòng)擋環(huán),外加一個(gè)可移動(dòng)又可固定的法蘭。調(diào)節(jié)螺栓壓緊扁鋼、管子。通過(guò)一段時(shí)間的實(shí)踐,彎管輥上的結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)對(duì)控制管屏外側(cè)管子橢圓度效果較理想。
圖3 改造管屏彎曲機(jī)彎管輥示意圖
式中:Dmax、Dmin—彎頭同一斷面上的最大和最小外徑。
彎頭的橢圓度a按下式計(jì)算并應(yīng)符合表1的要求:
表1 彎頭的橢圓度計(jì)算式
3.2 焊縫氣孔、咬邊、延遲裂紋現(xiàn)象
焊接過(guò)程中常常因?yàn)楹讣砻娌磺鍧嵍斐珊缚p出現(xiàn)氣孔現(xiàn)象。這種不潔物主要有鐵銹、氧化皮、油污和水份等,其中鐵銹、氧化皮、水份影響特別大。鐵銹、氧化皮是金屬腐蝕后的產(chǎn)物,其主要是由Fe3O4、Fe2O3、結(jié)晶水等組成,對(duì)熔池金屬一方面有氧化作用,另一方面又析出大量的氫,使焊縫中產(chǎn)生氣孔。
由于管子氧化皮的存在,在焊接過(guò)程中造成在沿焊趾的母材部位燒熔形成溝槽或凹陷,產(chǎn)生咬邊。因而焊前對(duì)管子必須進(jìn)行認(rèn)真拋光處理。
筆者公司膜式水冷壁采用德國(guó)Babcook公司生產(chǎn)的膜式壁專機(jī),焊接形式采用埋弧自動(dòng)焊。因而焊劑烘干對(duì)減少氣孔的產(chǎn)生也至關(guān)重要。同時(shí)焊接電流過(guò)大也易引起焊絲離工件較遠(yuǎn),從而焊劑覆蓋焊縫較少,引起氣孔。
對(duì)于珠光體耐熱鋼水冷壁管屏,在焊縫熱影響區(qū)容易形成冷裂紋。冷裂紋是焊接接頭冷卻到100℃以下溫度出現(xiàn)的一種裂紋,通常在焊后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才出現(xiàn)的宏觀裂紋,亦稱延遲裂紋。冷裂紋一般主要由淬硬組織、氫的富集和拘束應(yīng)力三要素共同作用的結(jié)果。因而焊接低合金鋼管屏?xí)r,對(duì)車(chē)間空氣的相對(duì)濕度必須有足夠的重視。最直接且經(jīng)濟(jì)有效的辦法是焊前的預(yù)熱,預(yù)熱溫度一般控制在100~150℃。同時(shí),對(duì)于焊后熱矯正的過(guò)程控制也非常重要。
3.3 焊后熱矯正工藝過(guò)程的控制
由于焊接應(yīng)力的存在,水冷壁管屏焊后變形較大。因而,管屏的焊后矯正是一道必須且重要的工序。
矯正分為機(jī)械矯正法和火焰矯正法。管排由于變形較不規(guī)則,一般采用火焰矯正法?;鹧娉C正就是利用火焰加熱產(chǎn)生的熱壓縮塑性變形與結(jié)構(gòu)已發(fā)生的變形相抵消。而對(duì)于珠光體合金鋼管屏的熱矯正尤其重點(diǎn)控制:加熱的方法、加熱的溫度、冷卻方式。
●3.3.1 火焰矯正的加熱方法(見(jiàn)表2)
表2 火焰矯正的加熱方法
●3.3.2 加熱溫度
熱矯正加熱溫度一般控制在600℃~800℃,但對(duì)珠光體耐熱鋼管屏熱矯正加熱溫度必須控制在Ac1線以下。加熱位置盡可能遠(yuǎn)離焊縫。
表3 常用水冷壁管屏低合金鋼材料的Ac1值
●3.3.3 冷卻方式
冷卻方式分為空冷和水冷。對(duì)珠光體耐熱鋼管屏熱矯正時(shí),嚴(yán)禁噴水冷卻,因?yàn)榈秃辖痄摷訜岬紸c1線左右屬不完全重結(jié)晶區(qū),加熱后急劇冷卻極易產(chǎn)生淬硬的馬氏體組織,從而產(chǎn)生延遲裂紋的傾向。
筆者公司制作一臺(tái)高壓鍋爐頂棚過(guò)熱器管屏?xí)r做了一工藝試驗(yàn):用該管屏同樣結(jié)構(gòu)、材質(zhì)的試件,管子2×5(材質(zhì):15CrMoG)和扁鋼-6×42(材質(zhì):12CrMo)組焊后成排彎,熱矯正時(shí)加熱到800℃,噴水冷卻,將試件沿彎管處切開(kāi)。
通過(guò)宏觀檢查發(fā)現(xiàn),在彎管部分有極細(xì)小的裂紋由管子內(nèi)壁(焊縫熱影響區(qū))向角焊縫處擴(kuò)展;
微觀金相分析,焊縫熱影響區(qū)組織含有馬氏體組織,且為非常脆硬的高碳馬氏體與原來(lái)未轉(zhuǎn)變的鐵素體和部分未轉(zhuǎn)變的珠光體等形成很復(fù)雜的混合組織,導(dǎo)致性能變得很脆。
根據(jù)管屏裂紋的位置、形態(tài)看,裂紋屬脆性開(kāi)裂。
裂紋原因分析:熱矯正后用水急劇冷卻產(chǎn)生淬硬馬氏體組織,彎管后應(yīng)力及焊接應(yīng)力組成拘束應(yīng)力,從而為冷裂紋產(chǎn)生提供了條件。
因而,珠光體耐熱管屏的制作應(yīng)對(duì)以下過(guò)程嚴(yán)格控制:
1)管屏焊前對(duì)管子認(rèn)真進(jìn)行清銹、拋光處理。清除鐵銹、氧化皮等。埋弧焊焊劑嚴(yán)格烘干處理。
2)管屏焊前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱處理(如12Cr1MoV、15CrMo、12CrMo一般預(yù)熱至100~150℃)。
3)管屏熱矯正加熱溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在Ac1線以下溫度,(生產(chǎn)中一般控制在720℃以下),溫度的控制應(yīng)采用光學(xué)高溫檢測(cè)儀等專用儀器測(cè)量(如紅外線測(cè)溫儀),不得采用目測(cè)方法來(lái)估計(jì)加熱溫度。
4)管屏的熱矯正冷卻方式必須采用空冷,嚴(yán)禁用水冷卻,且在冷卻過(guò)程中不得接觸潮濕物品。
5)熱矯正時(shí)盡量避免在焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行加熱。
珠光體耐熱鋼水冷壁管屏制作時(shí)相對(duì)有一定難度,通過(guò)優(yōu)化制造工藝及嚴(yán)格的過(guò)程控制,缺陷基本可以避免,從而制造出質(zhì)量?jī)?yōu)良的產(chǎn)品。
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Discussion about 0ptimizing the Manufacture process of the Pearlitic Refractory Steel Panelized-tube-wall Section
Yu Guofeng
(NanTong Wanda Boiler Co., Ltd. Nantong 226005)
This article briefly analysis the manufacture procedure of the water wall and the possible defects which may be generated during the manufacture of the perlite refractory steel water wall. The defects such as outside tube ovality, welding porosity and undercut, can be effectively avoided by means of improving the mould of the panel bending, cleaning up and preheating before welding. This article analyses the cause of the post cooling crack caused by the inappropriate cooling of the perlite refractory steel water wall and concludes the correct heating and cooling procedure, which is a strong assurance for the quality of the product.
panel wall ellipticity weld defect heat straightening
X924.4
A
1673-257X(2014)07-31-03
虞國(guó)鋒(1971~),男,高級(jí)工程師,從事鍋爐制造工藝研究。
2014-03-04)