SA302Gr.B余热回收锅炉汽包制造

一 2 0 一 论文广场 石油与 化工 设备 2 01 O 年第1 3 卷 S A 3 0 2 G r B 佘热回收锅炉汽包制造 王建明，胡林 ，王娟 ( 四川 川润股份有限公司 ， 四川 自贡 6 4 3 0 0 0 ) 摘 要 采用热卷、热校的方法，成功完成了单层板焊结构余热回收锅炉汽包的制造，阐述了M n - M o 钢板 ( S A 3 0 2 G ： B )和 1 5 C r M o 锻件的热成形、焊接 、热处理等制造技术。 关键词S A 3 0 2 G ： B ；1 5 C r M o ；锅炉汽 包；热成形；焊接 ；热处理；制造 汽 包 是 锅 炉 装 置 中 的 关键 设 备 ，我 公 司 为某 公司制造的余热回收锅炉汽包，直径 2 0 3 9 mm， 简体壁厚1 0 5 mm，主体材料选用S A3 0 2 Gr B 钢板， 接管选用1 5 C r Mo锻件。因公司首次承接S A3 0 2 G r B 钢板的焊接 ，且在制造过程中因公司卷板能力不 足 ，无法实现 冷卷成形 。为此 ，对该材料进行 了 表 1 产品主要技术特征 最高工作压力 ( M P a ) 1 0 6 最高工作温度 ( ) 3 1 5 3 最高允许工作压力 ( M p a ) 1 O 6( a t 3 l 5 3 ) 工作介质 水、蒸汽 腐蚀裕量 壳体：3 m m ，接管：l m m 最低设计 金属温度 ( M D M T ) 4 8 ( a t 1 0 6 M P a ) 容积 ( m ) 4 5 7 焊缝系数 1 0 筒体内径与擘厚 ( m m ) D K 1 8 2 9 l O 5 相关工艺性试验 ，并对焊接材料 、热处理进行 了 大量工艺试验 ，成功解决了热卷单层板焊结构余 热回收锅炉汽包 的制造。 1 产 品技术特征和结构特点 产品主要技术特征见表 1 ，主要受压件材料见 表2 。 该汽包 由简体 、左右 封头 、接管3 个 部分组 成，简体内径 1 8 2 9 mm，用1 0 5 mm钢板单层板卷 制 ；左右封头为标准椭 圆封头，尺寸为 1 8 2 9 9 5 mm，装焊有 内径DN4 0 0 ，1 5 C r Mo I I 1 人孔加强 环及接 管；左右封头与简体焊接处采用简体端部 削薄对接。结构简图如图l 。 表2 主要受压件材料 零部件 名称 材料牌号 简体、封 头 S A 3 0 2 G r B 加厚接管、人孑 L 盖 1 5 C r M o 锻件 图1 设备结构简图 2主要材料 2 1主材钢板按AS ME S A3 0 2 Gr B 标准要求 ，全部 在 国 内采购 ，钢板 供货 状态 为热轧 状态 。 2 2 钢板 的化 学成 分应符 合表 3 的规定 ，钢板 经正 火 十 回火后 的力学性 能应符合表4 的规定。钢板应逐 张进行超声波检测 ，检测方法和合格等级应符合 作者简介：王建明 ( 1 9 6 5 一)，男，焊接责任工程师，主要从 事锅炉压力容器焊接技术 、工艺工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第1 2 期 王建明等S A 3 O 2 Gr B 余热回收锅炉汽包制造 一 2 J B T 4 7 3 0 _ 3 2 0 0 5 承压设备无损检测规定的 I I 级要求 。 表3 S A 3 0 2 G r B 钢板化学成分( ) 元素项 目 C M n M o S i P S 熔炼分析 O 2 5 1 1 5 1 5 O O 4 5 O 6 O 0 1 5 0 4 0 0 0 2 0 O O l O 成品分析 0 2 5 1 0 7 1 6 2 0 4 1 0 6 4 O 1 3 O 4 5 0 0 2 0 O O l O 表4 S A 3 0 2 G r B 钢板力学性能 抗拉强度 R m M P a 屈服强度 R e l M P a 伸长率 A 冲击功 A K V ( 0 C) 冷弯1 8 0 。 5 5 0 6 9 0 3 4 5 l 8 4 1 J D = 3 a 3材料工艺性试验 3 1 焊接性试验 ( 1 )斜Y型坡 口焊接裂纹试验 试验 选 用 S A3 0 2 Gr B钢 板 6=7 0，规格 ： 2 0 0 mm X 7 5 ，按 GB 4 6 7 5 1 进 行4 组 试 验 。焊 接 方 法为手 工焊 条 电弧焊 ，焊 材 采用 大西 洋C HE 5 5 7 R H 中4 焊条 ，预热温度分 别为常温 、5 0 、1 0 0 、 1 5 0 条件施焊 ，焊后4 8 h 进行表面及 断面检查 。 结果在预热 1 0 0 后其表面裂纹率 、根部裂纹率 、 断面裂纹率均为0 。故可确定该钢焊接预热温度不 得低于 1 0 0 。 ( 2 )层状撕裂敏感性试验一z 向拉伸试验 试 验 选 用 S A3 0 2 Gr B钢 板 6= 4 0 ， 规 格 ： 1 0 0 mm 2 0 0 ，焊 材采 用大 西洋 CHE 5 5 7 RH焊 条 ， 焊 前 对 试 件 进 行 1 2 0预 热 。 参 照 日本 WE S 1 1 0 4 1 9 8 0 标准进行2 组试验 。断面收缩率一 件为2 6 、另一件为4 0 ，试验结果表 明该钢具有 优 良的抗 层状 撕裂 性 能 。 3 2 材料气割试验 由于S A3 0 2 Gr B 材 料 强度 高 ，淬硬 倾 向严 重 ， 为 了解 材料气 割下料 或碳 弧气刨清 根后，材料 受 热表面情 况。为此 ，对材料进行 了气割面硬度 、 热 影 响 区 宽度 、热 影 响 区 组织 及 晶粒 度 和 淬 硬 层 深度 工艺试 验 。 ( 1 )气割面硬度 气割表 面硬度测 量值( HB)：2 2 9 、2 3 4 、 22 4。 ( 2 )气割面热影响区宽度为4 5 4 mm，热影响 区组织为粗大 贝氏体组织，晶粒度为3 级 。 ( 3 )气割面淬硬层深度为0 4 3 mm。 4焊 接材 料及热处理工艺选择性试验 由于该汽包筒节纵缝须经过热校圆 、正火 、 回火、消 除应力热处理4 个加热过程。根据相关资 料介绍及 以往产 品制造经验 ，焊缝经过高温加热 后其强度大幅度 下降 ( 其强度降低约2 0 0 MP a )。 为满足产 品纵焊缝最终强度大于5 5 0 MP a ，同时兼 顾母材最 终性 能指标( 正火+回火 )符合标准 要 求 ，选择满足纵焊缝性能 的焊材 以及相应的热处 理 制度 成 为一大 难题 。 通 过 对 H 1 0 M n 2 N i M O A +S J 1 l 5、 H l 0 M n2 Ni M o A+SJ 3 0 3、 H 1 0M n 2 N i M o A+SJ 1 0 5、 H 0 8 Mn 2 Mo A+ s J 1 0 2 B不同焊丝与焊剂进行 匹配， 经过不 同热处理制度进行 了大量工艺性试验 。最 终 确 定 选 用 H1 0 Mn 2 Ni Mo A焊 丝 配 S J 1 0 5 焊 剂 ， 9 7 0 2 5 h 空 冷 + 9 3 0 3 5 h 水 冷 + 6 3 0 5 h 空 冷 + 6 1 0 6 7 h 消除应力热处理的热处理工艺方案 。 试板力学性能检测结果见表5 。 表5 试板力学性能检测结果 全焊缝抗拉 焊接接头抗拉 侧弯D = 3 t 焊材牌号 材料 冲击功A K v ( 0 C ) 强度 ( M P a ) 强度 ( M P a ) 1 8 O 。 焊缝 ：2 0 2 、2 2 0 、2 1 2 H 1 0 M n 2 N i M o A + S J 1 O 5 S A 3 0 2 B 6 1 O 5 6 3 0 、6 3 5 6 7 0 、6 4 0 、6 0 0 、6 1 5 4 件完好 热影 响区： 1 0 8、 1 5 4、 1 34 5制造难 点及解 决措 施 5 1 筒 节 严格控制筒节 直径偏差及椭 圆度 ，同时保证 钢材 ( 正火+ 回火 )的力学性能。措施如下： ( 1 )筒节采用热卷、热校成形，按热卷成形 扣 除伸长量后下筒节展开尺寸 ，在9 m rj 边机上刨 好 纵缝 坡 口。钢 板在 1 2 m正火 炉 中进行 加 热 ，加 热 前 涂 高 温 涂 料 。在 卷 制 和 校 圆过 程 中 为保 证 几 何 尺寸 ，卷板机一直转动，直到筒节温度降到5 o 0 以下才取出筒节。 ( 2 )S A3 0 2 Gr B钢板 的加热温 度须严 格控 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 2 2 一 论文广场 石油与化工设备 2 0 1 0 年第1 3 卷 制 ：钢板加热温度 ：9 7 0 C1 0 2 5 h；正火温 度 ：9 3 0 l 0 3 5 h ；回火温度 ：6 3 0 1 0 5 h ，正火冷却将筒节整体放入水中冷却。 5 2接管与筒体焊接 接管与筒体焊接因壁 厚较厚 ，两者焊接 属异 种钢焊接 ，焊接难度大且淬硬倾 向严重 ，极易产 生冷裂 纹 。措 施如 下 ： ( 1 )焊前对施焊部位进行彻底清理，直至露 A 类 蚺潋口 出金属光泽 。同时严格控制好预热和层问温度 ， 焊后立即进行消氢处理。 6焊接 6 1焊接方法选择：汽包筒体的A类焊缝采用双面 埋弧 自动焊 ；B类环焊缝外侧焊缝采用埋弧 自动 焊 ，内侧焊缝采用焊条电弧焊；D类接管采用氩弧 焊打底加焊条电弧焊填充、盖面 ；焊接坡 口形式 见图2 。 B 类 口 2 、 I ： D 类 日 图2 焊接坡 口形式 6 2焊接 工艺 焊前预热温度控制在 l 0 0 1 5 0 ，层间温度控制在1 0 0 3 0 0 C，焊后立即进行3 0 0 3 5 0 2 3 h 消氢 处理，焊接工艺参数见表6 。 表6 焊接工艺参 数 焊接电流 焊接电压 焊接速度 焊缝代号 焊接层次 焊接方法 电流极性 焊接材料 ( 工 ) ( V ) ( c m m i n ) 外焊缝 S A W 直流 反接 H 1 0 M n 2 N i M o A 5 0 S J l 0 5 6 2 0 6 5 0 2 8 3 O 4 6 - 5 0 A 类 内焊缝 S A W 直流反接 H I O M n 2 N i M o A 5 O S j l O 5 6 3 0 6 5 0 2 8 - 3 0 4 6 5 0 外焊缝 S A W 直流返接 H 1 0 M n 2 N i M o A 5 O S J 1 0 5 6 3 0 6 5 0 2 8 - 3 0 4 6 5 0 B 类 内焊缝 S M A W 直流反接 C H E 5 5 7 R H 4 0 1 6 0 2 0 0 2 0 2 5 1 2 1 5 内焊缝 S M A W 直流反接 C H E 5 5 7 R H 5 0 2 0 0 2 3 0 2 0 - 2 5 1 2 - 1 5 打底 G T A W 直流正接 C H G 一 5 5 B 2 由2 4 1 3 O 一 1 5 O l 5 2 O 5 1 0 1 S M A W 直流 反接 C H E 5 5 7 R H 3 2 1 3 0 1 4 0 2 0 - 2 5 1 2 1 5 D 类 2 S M A W 直流反接 C H E 5 5 7 R H 4 0 1 6 O 一 2 0 0 2 4 2 8 1 2 1 5 3 填满 S M A W 直流反接 C H E 5 5 7 R H 5 0 2 0 0 2 3 0 2 6 3 O 1 2 1 5 6 _ 3焊接控制要点 ( 1 )采用 自制 火 焰加 热工 装 预热 ，外 焊 缝焊 接 时在 内侧用火焰伴热维持焊接层问温度 ，内焊 缝焊接时外侧用火焰伴热 维持焊接层问温度 ；预 热范围为坡 口两 J 2 5 0 mm的范围。 ( 2 )接管焊接采用 自制火焰加热工装在外侧 预热 ，焊接 时在 内侧用火焰伴热维持焊接层 间温 度 。同时接管焊接 由两名焊工对称焊接 ，接头相 互交错。 7热处理 本汽 包 热处 理方 式采 用整 体 消除应 力热 处 理，热处理参数为6 1 O C1 O 6 7 h ，在内腔尺寸 为4 2 m4 5 m3 0 5 m天然气热处理炉中进行。 8产 品检验 8 1 水压 试验 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第1 2 期 王建明等S A3 0 2 Gr B 余热回收锅炉汽包制造 一 2 3一 水压试验时金属壁温应 2 0 ，按 “ 水压试验规程 加压、保压，水压试验一次成功 。 8 2试板力学性能试验结果 ( 1 )母材试板力学性能试验结果见表7 。 表7 S A 3 0 2 G r B 钢板正火+ 回火 ( t = l O 5 m m )力学性能试验结果 ( 2 )产品纵缝、环缝试板力学性能试验结果见表8 、表9 、表 1 0 。 表8 产品纵焊缝试板力学性能试验结果 表9 产品环焊缝试板力学性能试验结果 抗拉 强度R m M P a 冲击值 A K V( O C) 弯 曲D = 3 a ，a = 1 8 0 。 6 5 5 、6 6 0 、6 6 0 、6 3 5 1 2 9 、1 0 9 、8 4 D = 3 a合格 表 1 O 产品纵缝 试板全焊缝拉伸试验结果 9结语