第2-12章-锅筒制造.ppt

第2篇第12章锅筒制造 12 1锅筒筒节的制造工艺12 2封头的制造工艺12 3锅筒与管件的连接12 4锅筒的组焊与总装工艺12 5锅筒制造中的热处理12 6锅筒制造中的检验 第12章锅筒制造 配300MW火力发电机组的锅炉 1025t h 锅筒全焊接结构 重210t 直径1 782m 长30m 中国一重生产第一台千吨级反应器 12 1锅筒筒节的制造工艺12 1 1筒节制造工艺流程1 筒节制造工艺主要程序原材料检验 划线 气割 涂料 加热 卷板 划割间隙 焊接 涂料 正火 校圆 清理 磨光 探伤 缺陷退修 机加 2 工艺简要说明 1 原材料检验 超声波 化学成分 力学性能 2 划线 划毛坯下料线同时要留出焊接试板 加工余量及收缩余量并打上各种标记钢印 3 气割 可采用半自动气割或手工气割下料 4 涂料 为防止产生卷轧出凹陷 钢坯料在卷板前 校圆和正火加热前涂刷一层耐高温抗氧化涂料 可以显著减少工艺减薄量 氧化皮 12 1锅筒筒节的制造工艺2 工艺简要说明 5 加热 筒体毛坯或封头毛坯的加热是给卷板 冲压及校圆做准备 可在煤气加热炉内进行 加热温度要在再结晶温度以上 6 卷板 钢板卷制成筒体可在卷板机和弯板机以及水压机上进行 7 划割间隙 装配纵向焊缝的坡口间隙 为纵向焊缝焊接作准备 8 纵缝焊 采用电渣焊 窄间隙焊或其它组合焊接方法焊接筒节纵向焊缝 9 涂料 钢坯料在校圆加热前涂刷一层耐高温抗氧化的涂料 这种涂料可以显著减少工艺减薄量 氧化皮 12 1锅筒筒节的制造工艺2 工艺简要说明 9 正火 电渣焊后细化焊缝晶粒 改善接头性能 正火可在煤气加热炉内进行 10 校圆 消除卷板过程中形成的不圆度 11 清理 清理氧化皮 12 磨光 纵缝焊后应磨光焊缝表面 呈现出金属光泽 为无损探伤做准备 13 无损探伤 指进行超声探伤 磁粉探伤 X线探伤 检查焊缝及接头质量 14 缺陷退修 对发现缺陷进行修理和清除 15 机加 指筒节端面坡口加工 筒体端面坡口加工可在边缘车床上进行 加工时要注意加工质量 否则给装配 焊接造成困难 12 1锅筒筒节的制造工艺12 1 2筒节划线下料筒节划线工作就是在钢板上划出筒节展开图 1 筒节的划线 1 首先检查钢板来料 如来料为毛边钢板 钢板边缘容易形成夹层等缺陷 在筒节划线前 必须先划出边缘切割线 进行筒节划线工作 2 划线时 筒节展开尺寸 以筒节平均直径为计算依据 对热态弯卷筒节 则应考虑到热卷后钢板伸长 下料尺寸应比展开尺寸小一些 通常缩短0 5 左右 冷态弯卷时 钢板也有少量伸长 大约7 8mm左右 另外 卷制后 钢板的厚度也有所减薄 一般热卷时约减薄3 4mm 冷卷及热校圆时约减薄lmm左右 12 1 2筒节划线下料1 筒节的划线 3 划线时 还需要考虑筒节的机械加工余量 包括直边切割和坡口加工余量 4 根据展开图划出锅筒纵向中心线 并打上铳眼 作为筒节装配及锅筒排孔划线的基准线 5 筒节划线十分重要 若出错 将导致整个筒节报废 划线完成后 必须进行认真仔细检验 近年来 划线工序用电子计算机数控划线与电子照相划线 使划线劳动量降低 速度快 2 筒节的下料 1 划线后 选合适切割方法进行毛坯直边切割 2 根据板厚可以选择机械切割 火焰切割 可选取半自动 全自动火焰切割 12 1 3筒节的弯卷1 筒节的弯卷变形是弯曲塑性变形 塑性变形沿厚度变化 其外圆周伸长 内圆周缩短 中间层保持不变 为保证锅筒制造质量 根据长期实践积累的经验 冷态弯卷时 最终外圆周伸长率应限制在 对碳素钢 外圆周伸长率 5 低合金高强度钢 外圆周伸长率 3 2 冷态和热态弯卷 1 对厚板或小直径筒节采用热态弯卷 热态可以减轻卷板机所需功率 防止冷作硬化 但问题 钢板加热到较高温度会产生严重氧化 操作困难 热卷时 钢板的轧薄较严重 氧化皮严重 使筒节表面产生麻点和压坑 2 温卷 钢板加热至500 600 实质属冷加工 12 1 3筒节的弯卷3 压弯和卷弯 1 钢板成型是弯卷筒体的基本方法 厚板弯卷成型方法 国内外两条路线并存 一条是压弯原理的弯板机和水压机压弯成型 一条是卷弯原理的卷板机卷弯成型 二者壁厚均已达到380mm水平 3 压弯和卷弯 2 筒节的压弯筒节的弯制工作通常是在弯板压力机或水压机上进行的 采用压弯塑性变形原理将平板压弯成两个或多个圆筒形瓦片 该方法板厚几乎不受什么限制 但需要焊接两条以上纵向焊缝 水压机压弯的瓦片 筒节的油压机压弯制造过程 3 压弯和卷弯 3 筒节的卷弯筒节卷弯是在卷板机上进行 常用卷板机可分为三辊卷板和四辊卷板机两类 三辊卷板机上辊从动 上下移动 上辊对钢板加压力 下辊主动 旋转运动 使钢板在上下辊之间来回移动 上海锅炉厂三辊卷板机意大利PROMAU公司生产 热卷厚度250mm 3 压弯和卷弯 3 筒节的卷弯因下辊只能转动 钢板两端有平直段 预弯 造头 预弯可在压力机上进行 或用预弯模在三辊卷板机上进行 图 筒节的三辊卷板机卷制过程 3 压弯和卷弯 3 筒节的卷弯四辊卷板机四辊卷板机设备庞杂 投资费用较高 近年来 有逐渐被各种新型三辊卷板机所代替的趋势 上辊主动 转动 下辊从动 上下移动两侧辊可沿斜向升降 对钢板施加变形力 也可以进行预弯工作 筒节的四辊卷板机卷制过程 3 压弯和卷弯 4 压弯和卷弯工艺 3 压弯和卷弯 4 压弯和卷弯工艺 12 1 4筒节纵环缝焊接1 厚壁筒体焊接方法 1 常规埋弧自动焊纵焊缝 环焊缝 焊缝体积大 2 电渣焊纵焊缝 焊缝体积大 接头韧性不佳 3 电子束焊纵焊缝 环焊缝 不开坡口 接头韧性高 4 窄间隙 埋弧自动焊 焊道熔敷技术纵焊缝 环焊缝 焊缝体积小 接头韧性高 12 1 4筒节纵环缝焊接1 厚壁筒体焊接方法 4 窄间隙焊道熔敷技术 NarrowGap 1 窄间隙焊接是一种坡口间隙远小于焊件厚度的电弧焊接方法 它不是一种新的焊接过程 而是一种特殊的焊道熔敷技术 有人将其特征归纳为 是利用了现有电弧焊接方法的一种特殊技术 多数采用I形坡口 坡口间隙窄 坡口角度小 多层焊接 自下而上的各层焊道数目相同 采用小或中等线能量进行焊接 有全位置焊接的可能性 12 1 4筒节纵环缝焊接 4 窄间隙焊道熔敷技术2 窄间隙焊接优点1960 s中期提出 厚板焊接显示明显优越性 坡口窄小 焊缝截面积明显减小 大大提高焊接速度和焊接生产效率 坡口窄小 大大节约焊接材料和电能消耗 降低焊接生产成本 焊接热输入量小 热影响区狭窄 接头冲击韧性好 焊后残余应力低 焊缝中氢含量少 发生焊接裂纹的可能性降低 焊缝体积小 焊接收缩量小 因坡口角度很小 故焊接变形也很小 12 1 4筒节纵环缝焊接 4 窄间隙焊道熔敷技术3 窄间隙坡口 对接直口型坡口制备简单 费用低廉 难以保证侧壁焊透 根部需永久性或临时垫板 坡口间隙将逐渐变小 对接U型坡口制备复杂 费用较高 能保证侧壁焊透 根部不需永久性或临时垫板 焊缝收缩时 能保证坡口间隙不变 12 1 4筒节纵环缝焊接 4 窄间隙焊道熔敷技术4 窄间隙焊接种类窄间隙熔化极气体保护焊 NG MIG焊 窄间隙钨极气体保护焊 NG TIG焊 窄间隙埋弧焊 NG SAW焊 窄间隙电渣焊 NG ESW焊 NG MIG焊最先用于窄间隙焊焊接方法 电弧易于观察 质量好 生产率高 侧壁缺陷敏感性大 飞溅大 电弧磁偏吹 因此 保证侧壁焊透是窄间隙MIG焊的关键 12 1 4筒节纵环缝焊接 4 窄间隙焊道熔敷技术4 窄间隙焊接种类 NG MIG焊a 双丝焊接法单根焊丝居中双丝左右b 麻花丝电弧旋转c 波形或折曲焊丝电弧左右摆动d 旋转焊丝电弧旋转 12 1 4筒节纵环缝焊接 4 窄间隙焊道熔敷技术4 窄间隙焊接种类 NG TIG焊焊接电流和填充焊丝可分别调整 焊接线能量和熔敷速度可分别选择 焊接质量好 但焊接效率低 采用热丝焊接 热丝NG TIG焊焊丝加热电源 引起磁偏吹 关键是防止和消除磁偏吹 使用不同相位电源 12 1 4筒节纵环缝焊接4 窄间隙焊接种类 NG SAW焊全自动化操作 生产率高 缺陷产生率低 关键 确保侧壁熔合自动脱渣 接头力学性能好焊剂 焊丝匹配 a 铰接导丝头窄间隙焊确保侧壁焊透 融合 避免侧壁夹渣 b 前后双丝焊窄间隙焊前丝 电流大 熔深 后丝 电压高 熔宽 12 1 4筒节纵环缝焊接2 焊接坡口 1 选择锅筒坡口基本原则1 尽量采用全焊透焊接坡口 2 尽量减小焊缝截面积 减少焊接材料消耗 3 尽量减小筒体内部工作量 改善劳动条件 2 坡口加工 刨边 车削 碳弧气刨清焊根 3 常规埋弧自动焊坡口1 若板厚 14mm 可不开坡口2 板厚为14 22mm时 多开V形坡口 3 板厚 22mm时 多开单U形坡口 双U形坡口 双V X 形坡口和U V混合形坡口 12 1 4筒节纵环缝焊接2 焊接坡口 4 窄间隙埋弧自动焊坡口厚壁容器壳体采用以下三种坡口 1 带固定衬垫的单面焊坡口 筒体纵缝 a 2 带陶瓷衬垫的单面焊坡口 筒体纵缝 b 3 背面封底的单面焊坡口 筒体纵 环缝 c 12 1 4筒节纵环缝焊接3 焊前准备 1 手工焊1 检查坡口及装配质量 间隙均匀 高低平整 2 坡口及边缘10 20mm范围清除油 锈 水 3 焊条经250 400 2h烘干 随取随用 2 埋弧自动焊1 坡口装配质量和清理要求同手工焊 2 清除坡口及边缘 焊丝表面锈蚀 油污 焊丝如有局部弯折必须在盘丝时校直 3 焊剂经250 300 烘干2h后待用 2 焊前准备 3 电渣焊1 坡口清理 平整 光滑 2 工件装配间隙一般为20 40mm 3 一次焊接成形 加入填充金属量较多 焊缝收缩量较大 装配间隙应留有收缩余量 4 焊缝始端装焊引弧板 焊缝末端装焊引出板5 焊丝除油锈 有局部折弯处盘丝时校直 6 焊剂经250 300 2h烘干 7 焊前应对焊机各部分进行检查调试 水冷却铜块要预先通水试验 8 准备适量石棉泥 以便发生漏渣时及时堵塞 避免破坏电渣过程 2 焊前准备 4 窄间隙埋弧自动焊 焊前准备同常规SAW 3 焊接工作1 根据板厚选择坡口和焊道数每层单道焊适用于70 150mm厚度工件 每层双道焊适用于100 300mm厚度工件 每层三道焊适用于在300mm厚度焊件 3 焊接工作2 根据材料 焊接方法选择焊接规范 12 2封头的制造工艺封头有各种结构形式 1 低压锅炉常采用平封头或碟形封头 2 中压锅炉 一般采用椭球封头 3 高压以上锅炉 则采用半球形封头 制造工艺难度依次增加 承载后应力水平逐渐降低 12 2封头的制造工艺12 2 1封头的制造工艺过程1 工艺流程原材料检验 划线 切割下料 加工拼接的焊接坡口 封头毛坯拼板的装配与焊接 毛坯成型 热处理 封头边缘余量切割 坡口加工 质量检验 2 工艺简要说明 1 加工拼接的焊接坡口 毛坯可以拼接 2 边缘余量切割 获得确定尺寸的直边 12 2 2封头毛坯展开尺寸计算1 平封头毛坯尺寸的计算平封头毛坯尺寸有下列两种计算方法 1 周长法 假定毛坯直径D0等于平封头纵截面的周长 并考虑一定的加工余量 D0 d2 r S 2 2h0 2 式中 封头边缘的机械加工余量 12 2 2封头毛坯展开尺寸计算其余各符号见图12 13 生产实践表明 按此式计算所得的平封头毛坯直径是偏大的 应按实际生产进行适当修正 下式是以周长法为基础的经验计算式 D dn r 1 5S 2h0当h0 5 dn时 式中2h0以h0 3 dn 2 面积法假定封头毛坯面积等于成型封头的面积 再考虑一定加工余量 此时 计算公式为 D02 dn S 2 dn S hn 12 2 2封头毛坯展开尺寸计算2 椭球形封头毛坯尺寸的计算椭球形封头的形状较复杂 通常其毛坯直径都是用近似计算方法来确定的 D0 k dn S 2h0式中k 经验系数 可根据椭圆半长轴a与半短轴b的比值按表12 4确定 12 2 2封头毛坯展开尺寸计算锅筒所用的椭球形封头 截面一般为标准形椭圆 即 a b 2 0的椭圆 锅筒标准椭球形封头毛坯直径k 1 19 12 2 2封头毛坯展开尺寸计算3 球形封头毛坯尺寸的计算球形封头的毛坯尺寸通常根据面积法计算 此时 D02 2dn2 4dn hn 也可用近似公式D0 1 43dn 2h0 12 2 3封头的冲压成型与受力分析锅筒封头的冲压成型 一般在800 8000t的冲压水压机或油压机上进行 4000t水压机冲压封头 1 通用无孔封头的冲制过程 12 2 3封头的冲压成型与受力分析2 封头冲压后壁厚变化 1 椭球形封头 在接近大曲率部位变薄最大 碳钢封头减薄可达8 10 S 2 球形封头在接近底部范围内减薄较严重 可达10 14 S 12 2 3封头的冲压成型与受力分析2 带孔封头 1 一种结构是封头冲制后 再切割人孔 焊上加强圈 2 另一种结构是在钢板上割出人孔预切椭圆 在热态下进行翻孔工序 采用何种结构型式由设计者根据批量 工厂条件 经济性与经验决定 封头冲制后再在翻孔模上进行外翻孔 扳出 如图所示 化工容器应用较多 工业锅炉封头人孔的内翻孔工序 一般是在封头冲压过程中进行的 12 2 3封头的冲压成型与受力分析先在钢板坯料上割出人孔预切椭圆 上冲模在此起着冲封头凸模和翻孔冲环两个作用 其典型结构如图12 19所示 上冲模1的内部是中空的 有圆角r的内圈相当于内翻孔的冲环 在压力机下抵铁的冲环3下面 另安装一个人孔翻边冲头4 因此 钢板坯料被上冲模压下后 先经封头冲压成形 继续下降 再经人孔翻孔扳边工序 区别于图12 18的只是翻孔冲头在此是固定的 也可下板铁向上运动翻孔 运动着的上冲模内孔起翻孔的冲环作用 12 2 4封头冲压工艺与质量影响因素分析两次成形法 1 对薄壁封头 D0 dn 45S 即使采用有压边圈一次成形法 也会有鼓包和皱折 常采用两次成形法 图 a 2 第一次冲压采用比上冲模直径小200mm左右的下冲模 将毛坯冲压成碟形 可将2 3块毛坯重叠起来进行成型 2 第二次采用与封头规格相配合的上下模具 冲压成形 12 2 4封头冲压工艺与影响质量因素分析2 厚壁封头压制对厚壁封头 D0 dn 45S 因毛坯较厚 边缘部分不易压缩变形 尤其是球形封头 在成形过程中边缘厚度会急剧增加 需要很大冲压力 并导致底部材料过分拉薄 先将毛坯车成斜面 然后再进行冲压 12 2 4封头冲压工艺与影响质量因素分析3 封头热态和冷态冲压 依据材料性能和坯料尺寸 1 封头材料性能常温塑性好材料可采用冷冲压 如铝及铝合金 热塑性较好钢材 一般应采用加热冲压 冲压过程中受力复杂 变形大 热冲压利于材料变形 避免加工硬化和裂纹 能保证封头质量 2 封头坯料尺寸主要看封头坯料D0与厚度S的关系 当封头较薄时 采用冷冲压 S D0 100 0 5 碳素钢或低合金钢 S D0 100 0 7 不锈钢或合金钢 当封头较厚时 采用热冲压 S D0 100 0 5 碳素钢或低合金钢 S D0 100 0 7 不锈钢或合金钢 材料如下 12 2 4封头冲压工艺与影响质量因素分析3 封头是采用热态还是冷态冲压 3 设置压边圈的条件一般来说 当满足下式时 便需要采用压边圈 S D0 100 4 5 1 K 式中D0 封头毛坯直径 S 封头毛坯厚度 K 材料拉伸系数 通常0 75 0 80 在实际生产中 往往需要根据具体情况确定需要采用压边圈的范围 12 2 4封头冲压工艺与影响质量因素分析例如 根据国内某些厂的实践经验 对于椭圆形热压封头的压边范围为 D0 dn 18 20 S式中D0 封头毛坯直径 dn 封头内径 S 封头壁厚对于球形封头 压边范围为 D0 dn 14 15 S对于平封头 压边范围为 D0 dn 2l 22 S封头冲压时常采用润滑剂如表 12 2 5封头的爆炸成型爆炸成型是一种高能成型工艺 它是利用炸药爆炸时所产生的高温高压气体 通过介质的传递 在极短的时间内 通常在0 001s内 产生巨大的冲击波施加于毛坯钢板上 使之产生塑性变形 从而获得设计上所要求几何形状和尺寸 爆炸成型具有下列特点 1 质量好 确保工件达到所要求的几何尺寸 表面光洁 壁厚减薄现象不严重 工件经退火处理后 机械性能可进一步得到改善 12 2 5封头的爆炸成型 2 设备简单 不需要大型的复杂设备 3 操作方便 生产率高 成本低 对于成批生产的封头尤为显著 爆炸成型可分有模成型和自由成型两类前者是指毛坯在爆炸冲击波作用下迅速贴向模壁 形成与模具形状相同零件 后者是指毛坯各部分在不同压力冲击波的作用下发生自由变形 形成所需形状的零件 封头的爆炸成型通常采用自由成型方式 12 2 6封头的旋压成型1 应用条件随着压力容器的大型化 大型薄壁及厚壁封头的制造成为迫切需要解决的问题 此时 如果仍采用冲压成型法 不但需要吨位大 工作台面宽大的水压机 冲压模具成本高 而且制造质量不能保证 旋压成型法就是在这样条件下逐渐得到广泛采用的 12 2 6封头的旋压成型2 旋压成型法优点 1 投资省 能适应大型化产品发展 体积小 重量轻 模具费用低 适合单件小批量生产 只需要几套简单的压鼓模和翻边内滚轮 就可旋压多种尺寸规格封头 因而模具费用低 且灵活性大 2 成本低 节约能源 操作简单 劳动条件好 总的来说 采用旋压法还是冲压法来制造封头主要取决于两方面的因素 一是生产批量问题 单件小批生产以旋压法较经济 成批生产可采用冲压法 二是尺寸问题 薄壁大直径封头以采用旋压法较合理 厚壁小直径封头用冲压法较适宜 12 2 7成型封头的端面加工与质量检验1 边缘切割和端面坡口加工冲压或旋压封头 边缘挤压后 直边参差不齐 须切除 同时将封头端面加工出焊接坡口 以使与锅筒筒身焊接 切割边缘可以用火焰切割 端面坡口多在立式车床上进行加工 12 2 7成型封头的端面加工与质量检验2 封头的质量检验包括封头表面状况 几何形状和几何尺寸等 封头表面状况的检查主要是检查其表而是否有起皱裂纹 划痕 凹坑及起包等 封头不允许有裂纹 重皮等缺陷 对于微小的表面裂纹和距人孔圆弧起点大于5mm处的裂口 经检验部门同意可进行修磨或补焊 但修磨后的钢板厚度应在厚度的允许偏差范围之内 对于起包 凹陷和划痕等缺陷 当其深度不超过件厚的10 且最大不超过3mm时 可将其磨光 但需保证平滑过渡 12 3锅筒与管件的连接12 3 1排孔划线与钻孔1 纵向中心线在锅筒上进行排孔划线应以钢板下料时划出的锅筒纵向中心线 纵向基准线 为依据 但由于在锅筒制造过程中 此基准线可能产生偏差 因此在排孔划线前 应予以校核 将锅筒在滚轮架上旋转 并使纵向基准线处于其顶部 然后在锅筒一端搁置直尺 用水平仪找平直尺 在直尺两端挂线与锅筒外壁相切 在直尺一端用锅筒的外半径长度在锅筒顶部划出中心点 用同样方法以直尺另一端为中心 也在锅筒上划出中心点 根据在锅筒两端两个中心线点 定出锅筒的纵向中心线 12 3 1排孔划线与钻孔因锅筒由几段筒节和两个封头拼接而成 制成后锅筒总长度往往与图纸上尺寸有偏差 根据生产实践经验 当环缝采用埋弧焊时 锅筒总长度一般比规定尺寸略长 当采用手工焊时 锅筒的总长度一般比规定尺寸略短 2 横向中心线为确保管孔位置准确性 锅筒的横向中心线 横向基准线 应根据锅筒中间一段筒节来确定 根据中间筒节两端焊缝中心之间的距离定出横向中心点 在锅筒的外圆周上每隔45度划出一个横向中心点 连接这些点 使得到横向中心线 横向基准线 然后以横向中心线为依据 按图纸要求 向锅筒两端排出管孔位置 12 3锅筒与管件的连接12 3 1排孔划线与钻孔3 钻孔管孔的加工往往需分几步进行 1 首先是用直径较小 通常为24mm左右 的麻花钻头在锅筒上管孔中心钻出定位孔 作为大直径钻头的定位对中孔 2 用大直径钻头或扩孔割刀进行扩孔 直至所需的孔径 3 第三步进行端面扩钻 加工出管座 对于胀接管孔 最后还需进行一次精加工 以保证管孔表面有足够光洁度 以满足胀接的要求 三轴钻扩孔 12 3锅筒与管件的连接12 3 2管座坡口结构1 锅筒与管件管座坡口结构实际上是指管件和筒体焊接接头的型式 该型式影响接头连接强度和应力状态 管件和筒体焊接接头整体上属于角接接头或T型接头 其连接强度应力状态不及对接接头 连接处存在应力集中 管件和筒体连接结构有平齐式 插入式 联合角接 对接式 整体锻造式 翻边式对接式 电站锅炉锅筒或集箱筒体上管件一般采用平齐式的全焊透角接接头 工业锅炉锅筒或集箱筒体上管件一般采用插入式未焊透角接接头 未焊透角接全焊透T型全焊透角接 联合角接 对接整体锻造对接翻边对接 12 3 2管座坡口结构2 集箱筒体焊接短管接头集箱筒体上广泛采用联合角接 对接式接管 实现管件和筒体对接 保证根部焊透 实现双面焊 内壁采用不加焊丝的小规范TIG焊 该结构只适宜于短管 但其总体结构仍属于角接接头 12 3 2管座坡口结构3 集箱筒体焊接长管接头八十年代引进国外技术后 集箱采用长管接头 管座坡口结构采用阶梯形和盆形未焊透结构 12 3 2管座结构4 翻边管座翻边管接头就是从筒壁上直接顶拉或冲压出一个管接头 以便与管子连接 将角接或T型接头转变成对接接头 极大改善焊缝受力状态 1 与普通补强接管相比 应力集中明显降低 抗疲劳性能大大提高 适合调峰机组 2 管接头与容器壁是圆滑过渡 流动介质不易形成涡流 故介质流动阻力小 I II 12 3 2连接方法选择4 翻边管座翻边管接头的制造工艺过程是 1 先在筒节 或封头 右图 上预开出适当尺寸孔 2 然后进行局部加热 消除冷作硬化 3 加热后通过模具 依靠液压千斤顶进行预拉 也可依靠各种压力机进行冲压翻边 武汉锅炉厂1987年曾将翻边管接头用于410t h锅炉集中下降管 现场测试 内壁最大应力集中系数为2 1 和焊接管接头相比 应力集中系数下降约30 12 3 2管座结构4 翻边管座近几年 燃气 蒸汽联合循环发电技术蓬勃兴起 余热锅炉的制造工艺也广泛采用翻边管接头 主要原因 余热锅炉采用密集模块式对流管束 质量要求高 翻边管接头能保证对接焊缝质量 12 3锅筒与管件的连接12 3 3连接方式1 焊接连接 焊接连接能保证连接部分具有较高强度和较好的严密性 但需消耗焊接材料 2 胀接连接 胀接连接具有操作简便 消除间隙 更换管子方便 不需消耗其他焊接材料等优点 但连接处强度和严密性相对较差 3 胀焊结合 分别利用焊接和胀接各自优势 分先胀后焊和先焊后胀4 中压 高压 超高压及更高压力的锅炉 锅筒承压高 保证连接强度和严密性成为主要矛盾 此时应采用焊接连接 12 3锅筒与管件的连接12 3 3连接方式5 对于低压水管锅炉和火管锅炉 可以用胀接连接 但这类低压锅炉胀口运行过程中由于原先胀接力的不均匀和胀接力随着时间延长而减小出现泄漏等情况 作为强度连接已少用 但广泛用于消除管子和管孔内壁的间隙 12 3锅筒与管件的连接12 3 4焊接对大型锅炉来说 一般都是先在锅筒上焊以管接头 短管 在锅炉安装时 再将筒体上的管接头与管件或管束端口对接焊合 工业锅炉一般分快装 组装和散装出厂 小容量的工业锅炉为快装 10t h 可在制造厂完成管束和筒体的装配焊接 容量35t h D 10t h的工业锅炉可组装出厂 管束和筒体可在制造厂组装焊接 仅留下少数连接管现场组焊 容量容量 35t h的工业锅炉多为散装出厂 锅筒与管件连接方式和电站锅炉一样 锅筒筒体短管接头 锅筒筒体管束接头 集箱筒体长管接头 集箱筒体长管接头 12 3 4焊接1 手工电弧焊管接头的数量很多 焊接工作量大 焊接围绕管接头在筒体弧形表面上进行 两者壁厚相差悬殊 过去未能实现焊接自动化 一直使用手工电弧焊 目前 对于大直径管接头 已推广半自动焊或全自动焊接 12 3 4焊接2 半自动焊目前 大型制造企业已经采用药芯焊丝CO2气体保护焊 GMAW 代替了手工电弧焊 SMAW 劳动生产率大大提高 手工电弧焊 SMAW FCAW CO2气保焊 12 3 4焊接3 全自动焊使用埋弧焊和气体保护焊 工效提高 可比SMAW节省30 工时 12 3 4焊接锅筒和管件焊接时 需注意下列几点 4 焊接管孔最小允许节距焊接热影响区是焊接连接中组织和性能较差的部位 往往在此区域引发裂纹 导致破坏 避免两相邻焊缝的热影响区重合 是确定两相邻焊缝间所允许的最小距离的基本出发点 图 5 焊缝的形状锅筒与管件的焊接连接一般均为角接焊缝 角接焊缝抗剪面为45 方向 图中 a 截面 凸形截面角焊缝 c 与母材之间为突变式过渡 应力集中系数大 而凹形截面角焊缝 b 与母材间为平滑过渡 其应力集中程度较小 S d 2 k 2 HAZ 12 3 4焊接6 焊脚高度尺寸的确定角焊缝形状确定后 焊脚高度尺寸k值大小直接关系到角接焊缝的抗剪面的大小 通常可以根据管件的壁厚确定焊脚高度尺寸 也可按下表确定 12 3 5胀接胀接是采用胀形冲压工艺使直径较小的管坯沿径向向外扩张 依靠在管坯外壁和管孔内壁产生的残余应力作为紧固力 从而获得足够的连接强度和严密性的一种机械连接方法 主要用于锅筒和水管以及管板和烟管的连接 1 胀接连接原理残余应力形成的紧固力是管孔周围材料发生不均匀变形得不到充分回复所致 12 3 5胀接2 影响胀接质量的因素 1 胀管率 胀接后管孔产生塑性变形程度 H也称内径增大率 E称为壁厚减薄率 2 胀接材料的匹配管子材料强度 管板或锅筒材料强度 0 6 0 84 3 匹配材料的硬度管端材料硬度低于锅筒材料硬度 约低20 30HB否则 应将管端胀接段退火 管端应磨光至发出金属光泽 12 3 5胀接2 影响胀接质量的因素 4 管子和管孔的配合间隙间隙太小 装配管子困难 间隙太大 管子需发生较大的塑性变形 最好能控制在0 2 0 8mm 5 管孔表面粗糙度粗糙度大 紧固力大 但严密性差 6 胀接长度 影响严密性 不低于12mm 7 管子壁厚 太薄 易发生破裂 太厚所需要的胀接力太大 12 3 5胀接3 胀接方法 1 机械胀接法 机械胀接是通过胀管器实现的连接方式 胀接动力手动 风动 电动和液压驱动 12 3 5胀接3 胀接方法 1 机械胀接法常用的自进式胀管器 依靠锥形杆和滚柱之间产旋转产生的摩擦力使滚柱沿径向扩张 直至将管壁胀紧到管孔中 机械胀接设备简单 操作方便 但紧固力误差达50 左右 管壁面容易产生缺陷 生产率低 3 胀接方法 2 爆炸胀接法 爆炸胀接是把一定量炸药制成长柱形炸药包塞入已装配好的管中 引爆后 管子和管孔壁在爆炸冲击波作用下 发生瞬间变形 形成胀接连接 为防止冲击波对管壁的损伤 炸药的周围有一管状缓冲填料 粘性物或塑料等 使压力能均匀地传递到管壁上 工艺工装简单 生产效率极高 适合数量较多的厚管板换热器 但对炸药储藏及场地有一定要求 不利于城市中工厂使用和管理 另外管内壁容易污染 其次紧固性误差仍达30 左右 12 3 5胀接3 胀接方法 3 柔性可控胀接法 液压胀接和橡胶胀接 液压胀接是把高压液体通过液袋作用于管内 使管内壁和管孔壁产生需要的变形量 橡胶胀接是在胀接部位的管内塞入软质橡胶圈 通过加压杆使橡胶圈受到轴向压缩 施加径向力于管子和管孔壁 产生需要的变形量 其优点 胀紧程度均匀 紧固力误差仅5 12 3 5胀接4 胀接技术 1 胀焊结合一般选择先焊接后胀工艺顺序 先焊后胀 焊接时产生大量气体可由管 孔间隙逸出 减少产生气孔机率 先焊后胀 机械胀接油污对焊接质量无影响 先焊后胀 连接部位存在的残余应力较小 若先胀后焊 因焊接应力和收缩变形 致使胀接处会出现缝隙 引起应力腐蚀开裂 根据作用不同 又可有三种配合方式 强度焊配合强度胀 强度焊配合贴胀 密封焊配合强度胀 12 3 5胀接4 胀接技术 1 胀焊结合a 强度焊和强度胀是指连接接头的强度和严密性均由焊接或胀接单独给予保证 b 贴胀是指胀接只起到使管子外壁与管孔内壁紧密贴合消除间隙作用 胀管率H一般 1 c 密封焊是指焊缝主要起保证接头严密性的作用 而焊缝的强度可能不满足连接强度的需要 日本规定 对于碳素钢 采用 3 2或 4 0mm以下的焊条 只焊一道的焊缝作为密封焊 美国凯洛格公司规定 凡焊缝抗剪面长度小于1 4倍管子实际壁厚时的焊缝作为密封焊 12 3 5胀接4 胀接技术 2 胀接中心距须根据胀接管孔间最小允许节距来确定胀接管孔之间距离 3 胀接管孔型式压力较低时 可采用光管孔 压力较高时 应选沟槽管孔 4 管端扳边 为增加牢固性 管端可扳成12 15 喇叭口 当与高烟温接触时 还应进行90 扳边 12 4锅筒装配和组焊工艺12 4 1纵向与环向焊缝的装配组焊锅筒焊接前的装配工作直接影响锅筒的焊接质量 锅筒焊接包括纵向和环向焊缝装配 1 纵向焊缝装配 不同焊接方法对装配要求不同SAW装配间隙一般c 1mm 窄间隙SAW坡口 12 18mm 坡口错边量 10 S且 3mm ESW装配间隙一般c 28 36mm 错边量 3mm 最大和最小间隙之差小于 3mm 12 4锅筒装配和组焊工艺12 4 1纵向与环向焊缝的装配和组焊2 环向焊缝装配和组焊 环向焊缝的装配比纵向困难 因封头筒节间圆周长度 直径不同SAW装配间隙一般1mm 窄间隙SAW坡口 12 18mm 坡口错边量 15 S且 5mm 12 4锅筒装配和组焊工艺12 4 1纵向与环向焊缝的装配2 环向焊缝装配和组焊 12 4锅筒装配和组焊工艺12 4 2总装工艺1 总装工艺要求 1 保证锅筒制造公差 2 缩短制造周期 3 改善内部预埋件施工条件 4 合理利用组装场地与设备 6 适应传统生产习惯 2 总装工艺方法可归纳为下面四种组合方式 1 按管接头在总装中组装程度不同 分两种 1 大段筒体上先焊好管接头 再合拢成锅筒 其中仅有妨碍在滚轮架上滚动的几排管接头 待合拢后再补焊上 12 4 2总装工艺2 大段筒体合拢成锅筒后 再装焊全部管接头 这一方法又有两种不同程序 大段筒体先钻好管孔后进行合拢 大段筒体合拢后再切割管孔和钻孔 2 按锅筒内部预埋件组装程度不同 两种 1 壳体合拢前 先焊好预埋件 也有两种程序 留一端或两端封头 待预埋件焊好后 再焊上 两大段分焊预埋件 合拢后补焊合拢处预埋件 2 封头 筒节总装成壳体后 再焊全部预埋件 为缩短制造周期 可用总装前大段筒体焊好管接头和总装合拢后焊预埋件的组装方法 传统工艺为总装合拢后再焊全部管接头和预埋件 12 4锅筒装配和组焊工艺12 4 3集箱和封头的组焊集箱一般采用无缝大口径管制造 当管径再大时 采用和锅筒相同的卷弯或压弯制造方式 无缝管集箱筒体和封头组焊有两种 1 集箱筒体 冲压封头集箱直径 219mm 其制造工艺和锅筒制造相同2 集箱筒体 锻造式平端盖集箱直径 219mm3 整体式热旋压封头集箱直径 219mm 12 4锅筒装配和组焊工艺12 4 3集箱和封头的组焊2 集箱筒体 锻造式平端盖采用宽U形坡口和窄间隙U形坡口的SAW和NG SAW对接焊接 12 4锅筒装配和组焊工艺12 4 3集箱和封头的组焊3 整体式热旋压封头集箱直径一般 219mm热旋压集箱封头广泛应用于工业锅炉集箱的制造 速度快 质量好 端部旋压成椭球形 收口后中间预留手孔 采用无手孔的盖板封焊或焊接手孔装置 12 5锅筒制造中的热处理为保证锅筒制造质量 锅筒制造过程中要经过多次热处理 正火 调质处理及退火处理 12 5 1锅筒筒节正火处理1 电渣焊接锅筒筒节 焊缝金属组织为粗大柱状晶粒 为改善焊缝金属组织和力学性能 焊后须进行正火处理 细化晶粒 2 加热温度取Ac3 30 50 静止空气中冷却 12 5锅筒制造中的热处理12 5 2高强度低合金钢锅筒调质处理低合金钢需综合力学性能 热处理后应有细小而均匀晶粒组织 碳化物均匀分布在基体组织上 通常低合金钢均可采用正火 回火热处理 厚钢板时 须提高冷却速度 如喷淋淬火等 3 我国锅炉厂在制造200MW发电机组锅炉锅筒 采用BHW35 壁厚95mm 采用热成形过程是 加热卷板 电渣焊 正火校圆 回火 加热卷板温度为990 1025 终卷温度 850 加热校圆温度为940 960 终校温度 800 如图12 26所示 当冷加工应变 2 时 可不进行热处理 当应变大于2 或 5 可进行焊后热处理当冷加工应变大于5 时 应进行正火十回火处理 12 5 3锅筒的焊后热处理 PWHT 1 焊后热处理目的 锅筒焊后热处理是保证制造质量的重要措施之一 它可达到以下目的 消除残余应力 稳定构件尺寸 改善构件母材与焊缝的综合力学性能 提高构件抗应力腐蚀的能力 析出有害气体特别是氢气 防止延迟裂纹 提高耐疲劳强度和蠕变强度 2 整体焊后热处理 锅筒焊接后 整体进炉 温度均匀 易控制 能有效消除残余应力 热损失较少 费用较低 其主要缺点是需要大型加热炉 设备投资费用大 特别是随着锅筒及压力容器的大型化 往往使整体进炉加热处理发生困难 有时 只有采用局部热处理的方法 12 5 3锅筒的焊后热处理3 局部热处理局部热处理的优点是 无需固定的加热炉 操作灵便 采用电气式局部加热时 可用热电偶控制温度 准确方便 仅对须热处理的局部进行热处理工作 主要缺点是产生了加热部分与未加热部分的温度差 因而消除残余应力效果比整体热处理稍差 因此 大型锅炉制造厂一般都进行整体进炉加热 表12 9所示的锅筒焊后热处理常用工艺参数 12 5锅筒制造中的热处理12 5 3锅筒的焊后热处理焊制的低碳钢和低碳锰钢 20mm时应PWHT 低碳钢的厚度界限可放至30mm 但当壁厚大于30mm时必须进行PWHT 决定于焊接工艺评定 12 5锅筒制造中的热处理12 5 3锅筒的焊后热处理局部热处理的方法很多是 电磁感应局部加热 生产效率高 易于自动化 设备简单 温度控制准确气体红外加热 加热效率高 易于适合焊缝形状机械方法消除残余应力 采用超压过载方法使元件局部产生塑性变形的方法释放焊接区的残余应力 此时 需注意 首先无损探伤发现有无重大缺陷 加压超载 不会使元件产生扭曲变形 脆性转变温度以上 屈服应变 5 12 6锅筒制造中的检验锅筒制造中检验工作包括原材料检验 锅筒元件检验锅筒焊接缺陷检验 锅筒致密性检验 12 6 1原材料的检验对每批材料需在钢板两端割取试样进行化学成分 力学性能 金相分析等检验 此外 还需检查钢板的表面质量和尺寸偏差是否符合要求 对于制造中压 高压及超高压锅筒的锅炉钢板还应逐张进行超声波检查 12 6锅筒制造中的检验12 6 2锅筒元件的检验在锅筒制造过程中 必须对锅筒 封头 筒节等元件的制造质量及其相互装配质量进行仔细的检验 利用检验尺 样板 量规等检查外观尺寸 利用肉眼或放大镜检查焊缝表面缺陷 主要是检验元件的表面质量 几何形状和尺寸偏差以及管孔位置偏差等 应按照相应的制造技术条件中的规定进行 要求 外观尺寸符合设计图样的规定 焊接接头无裂纹 气孔 未熔合 未焊透 咬边等 焊缝与母材过渡圆滑 12 6锅筒制造中的检验12 6 3锅筒焊接缺陷检验1 常见的焊接缺陷及其分析 1 焊缝几何尺寸不符合要求焊缝长度和宽度不够 焊道宽狭不齐 表面高低不平 焊高低于母材 焊脚两边不均等属焊缝几何尺寸不符合要求 焊缝尺寸过小使接头强度降低 焊缝尺寸过大浪费焊接材料 变形较大 主要原因 坡口角度不恰当或装配间隙不匀 焊接电流过大或过小 焊接速度不当或焊条倾角不合适 电弧长度控制不稳等 12 6锅筒制造中的检验 2 焊缝的形状缺陷 指焊缝表面形状可以反映出来的不良状态 它在一定程度上会降低焊缝的质量 咬边 由于焊接参数选择不当 或操作工艺不正确 沿焊趾母材部位产生的沟槽或凹陷 咬边分为内 外咬边或者焊缝两侧同时咬边 12 6锅筒制造中的检验 2 焊缝的形状缺陷 焊瘤 焊瘤是指焊接过程中 熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤 见图12 28 凹坑 这是指在焊缝表面或背面形成低于母材表面的局部低洼部分 它可以发生在焊缝表面或焊缝根部 12 6锅筒制造中的检验 2 焊缝的形状缺陷 烧穿 焊接过程中 熔化金属自坡口背面流出 形成穿孔的缺陷 烧穿使焊缝完全受到破坏 这是一种不允许存在的缺陷 发生烧穿现象必须修补填平 3 气孔 焊接时 熔池中气体在凝固时未能逸出所形成的空穴称为气孔 4 夹渣 焊后残留在焊缝中熔渣称为夹渣 它在焊缝中形状有单个点状夹渣 条状夹渣 链状夹渣和密集链状夹渣等 12 6锅筒制造中的检验 5 未焊透 熔焊时 接头根部未完全熔透的现象叫未焊透 表现在焊接后的焊接接头中