超超临界锅炉水冷壁成排弯成型技术的研究.docx

超超临界锅炉水冷壁成排弯成型技术的研究 为了解决目前高效率、低排放的能源和环保要求，大容量、高参数的煤电机组是当前锅炉技术的发展趋势，随着超超临界技术的大量推行，其高性能、高效率、低排放的优势浑然体现；但对于锅炉中要求结构紧凑、运行参数极高的受热面元件，其制作难度大大提高，尤其是锅炉水冷壁的成排弯技术；管子材料等级高、刚性强、延伸率低、弯曲半径小、回弹量难以控制等特点，使管屏的成排弯技术提出新的挑战；为此，江苏汇能锅炉有限公司针对超超临界锅炉水冷壁成排弯的上述技术难点，成立了技术攻关小组进行仔细研究、分析，并通过多频次的反复工艺试验，解决了高等级材料成排弯质量和尺寸控制的难题，具体措施如下：1. 材料性能指标分析：1.1. 常用材料化学成分C%Mn%Si%P%S%Cr%Mo%V%Ni%15CrMoG0.120.180.400.7001.70.370.0250.0150.801.100.400.55-12Cr1MoVG0.080.150.400.70.170.370.0250.0100.901.200.250.350.150.30T120.050.150.300.61 0.50 0.0250.0250.801.250.440.65T230.040.100.100.600.50 0.0300.0101.902.600.050.300.200.300.40SA213-T910.07-0.140.30-0.600.20-0.500.0200.0108.0-9.50.85-1.050.18-0.250.401.2. 常用材料机械性能分析bMPasMPa5%Hardness15CrMoG44064029521-12Cr1MoVG47064029521-T1241522030163HBWT2351040020220HBWSA213-T9158541520250HBW1.3. 常用材料的性能参数分析1.3.1. 从国产材料的性能参数可看，其材料的合金成分相对较低，使抗拉强度、屈服强度相对较小；试验结果其延伸性能较好，说明国产材料抗变形能力小，容易收缩变形，延展性较好；1.3.2. 从ASME材料的性能看，其材料除T12的合金成分相对较低，使抗拉强度、屈服强度相对较小外，其它材料的合金成分较高，抗拉强度和屈服强度均相对较高，试验结果其延伸性能也较差，说明ASME材料抗变形能力较强，不容易收缩变形，延展性较差；2. 成排弯质量的影响因素分析2.1. 材料性能强度的影响2.1.1. 材料合金成分和强度高低对成排弯的影响：材料合金成分越高，其材料的强度越高、延展性越差，抗变形能力强、成排弯时的回弹量大，弯曲角度较难控制；2.1.2. 表面硬度和延伸率对成排弯的影响：表面硬度值也越大、延展性越差，不容易收缩变形，成排弯时的回弹量较大，弯曲角度难以控制；而且表面硬度越高，弯曲变形后越易产生裂纹和表面硬化；2.2. 弯曲半径对成排弯质量的影响2.2.1. 弯管原理，见下图2.2.2. 弯曲半径越大，管子弯曲变形越小、弯曲曲率越小，成排弯越容易弯制，弯头尺寸也容易控制，弯头尺寸指标（椭圆度、减薄率、波浪率和外形尺寸等）越能满足标准要求；2.2.3. 弯曲半径越小，管子弯曲变形越大、弯曲曲率越大，成排弯越难易弯制，弯头尺寸难以得到保证，弯头椭圆度、减薄率容易超标，管子内测容易产生波浪率，外观尺寸较差，越难满足标准要求-见下图；2.3. 薄壁管对成排弯质量的影响2.3.1. 薄壁管的含义：管子名义壁厚与管子公称外径之比（t/Dw）小于等于10%的管子；薄壁管抗变形的刚性较差，成排弯过程中极易变形，难以保证弯头尺寸指标；2.3.2. 薄壁管的影响因素：管子材质性能、成排弯的弯曲半径、弯曲角度、弯曲过程中滚轮和拖板的夹紧力大小，都会对水冷壁成排弯管子的椭圆度、减薄率、波浪度和弯头外形尺寸造成较大影响；2.4. 弯管模具对成排弯质量的影响；2.4.1. 由于无芯弯管是在外力作用下，依靠滚轮和靠模的外形尺寸决定管子弯头形状和尺寸，故模具的加工曲线（双曲线）对管子弯曲变形后的尺寸极为重要；2.4.2. 模具的外形曲线对不同刚性和强度的管子，变形量也不同，从而经常使弯管后的弯头存在机损、压痕和拉伤；为此，在调试过程中进行必要的修正；2.4.3. 由于水冷壁成排弯是管子拼排后成屏状弯制的组合弯，采用一组靠模组合弯制，靠模的间距和平行状况，对成排弯的弯制质量影响很大；再者，管屏的节距大小存在误差，因而要求靠模的间距随管屏节距的变化而随机调整，才能有效保障管子弯头外形尺寸和外观质量；2.5. 成排弯制时，管子温度对弯管质量也存在影响；对成排弯进行适当内测加热，可改善成排弯时的弯曲成型、弯曲角度和弯后相关尺寸；3. 弯管工艺和技术改进3.1. 增加预弯试验：3.1.1. 对不同材料的水冷管屏，根据其不同的屈服强度、钢性强、硬度值、延伸率、弯曲回弹量等不同，分别进行弯管试验，寻找出成排弯曲半径、弯角度与材料性能指标之间的关联度，并加以汇总比对，得出不同材料在不同弯曲半径下，不同的回弹系数，并在成排弯时增加不同的弯曲回弹量；3.1.2. 对材料硬度值高、屈服强度大的材料，成排弯时增加了内测预热（温度控制范围在AC3以下，加热范围包含整个弯曲变形区域，温差均匀），改善外侧拉伸、内测挤压的变形状态，防止外侧裂纹的产生和内测波浪度的出现；3.2. 优化弯管模具外形尺寸；3.2.1. 成排弯的弯管成型尺寸和外观质量，与滚轮和靠模的外形尺寸息息相关；为此，我们对弯管模具的理论双曲线线性进行了修正，确保在成排弯的弯制前，管子外形产生一定的反变形，时管子在弯制过程中与弯模贴合更紧密，改善了弯头椭圆度、减薄率，同时有效控制了内测波浪度的产生；3.2.2. 由于水冷壁成排弯需一组靠模组合而成进行弯制，靠模间的间距和平行度对成排弯的弯头质量影响很大；考虑到管屏节距偏差，我们对靠模的间距和平行状况进行了改进，对模具轴进行了必要的润滑，使其在成排弯弯制过程中随管屏节距的变化而自由调节，保证了弯制过程中管屏的弯偏现象；3.2.3. 通过对模具双曲线开口的修正和靠模之间平行度的调整，克服了弯头表面容易产生机损、压痕和拉伤等问题，使弯头的弯后成型满足了标准要求；3.2.4. 通过对靠模之间增加內衬圆钢，解决了成排弯内测易产生的波浪度的现象，同时也改善了管子变形造成的椭圆度；3.3. 增加成排弯弯前预热3.3.1. 通过增加弯前管子内侧预热，对刚性强、延伸率低的管材，改善了其弯管性能，防止了弯管过程中易产生外侧裂纹、内侧产生波浪度的可能性；3.3.2. 通过成排弯靠模间增加內衬和弯前管子的预热，完善了成排弯对薄壁管的弯后成型，防止了薄壁管的椭圆度、减薄率的超标和波浪度的产生，同时也保证了弯头外形和表面质量；4. 超临界锅炉水冷壁成排弯的技术研究成果通过公司团队多方面的共同努力，包括材料工程师对不同合金材料性能的分析，工艺工程师对材料的机械性能和影响因素的解剖，并对弯管机设备调整、改善和增加弯前的预热等，生产车间不厌其烦的设备调试和成