虞國鋒（南通萬達鍋爐有限公司 南通 226005）

珠光體耐熱鋼膜式水冷壁制造工藝優(yōu)化

虞國鋒
（南通萬達鍋爐有限公司 南通 226005）

本文簡要介紹了膜式水冷壁管屏制作工藝過程和珠光體耐熱鋼水冷壁管屏制造過程中易產(chǎn)生的缺陷分析，通過改進優(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，并用以保護爐墻，是電站鍋爐中不可或缺的重要部件。某公司開發(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)實踐經(jīng)驗證明，對這類低合金鋼管屏制作過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制成排彎橢圓度、管屏的焊接質(zhì)量、管屏焊后熱矯正的過程，才能制造出質(zhì)量優(yōu)良的產(chǎn)品，使產(chǎn)品在市場中具有競爭力。

圖1 膜式水冷壁示意圖

1 膜式管屏制作工藝簡介

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

2 珠光體耐熱鋼管屏制作過程易產(chǎn)生的缺陷

此類低合金鋼管屏制作過程中常見主要缺陷：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；熱矯正等過程控制不合理產(chǎn)生延遲裂紋等傾向。

3 工藝措施及過程控制優(yōu)化

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。通過分析，一般由于管屏彎曲專機的彎曲輥輪為光輥（無防變形槽）。因而對外側(cè)管子沒有定位約束力，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。通過試驗，對管屏彎曲機彎管輥進行改造（如圖3所示），在原彎管輥輪的一端安裝一固定擋環(huán)，另一端安裝一活動擋環(huán)，外加一個可移動又可固定的法蘭。調(diào)節(jié)螺栓壓緊扁鋼、管子。通過一段時間的實踐，彎管輥上的結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進對控制管屏外側(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按下式計算并應(yīng)符合表1的要求：

表1 彎頭的橢圓度計算式

3.2 焊縫氣孔、咬邊、延遲裂紋現(xiàn)象

焊接過程中常常因為焊件表面不清潔而造成焊縫出現(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。因而焊前對管子必須進行認(rèn)真拋光處理。

筆者公司膜式水冷壁采用德國Babcook公司生產(chǎn)的膜式壁專機，焊接形式采用埋弧自動焊。因而焊劑烘干對減少氣孔的產(chǎn)生也至關(guān)重要。同時焊接電流過大也易引起焊絲離工件較遠，從而焊劑覆蓋焊縫較少，引起氣孔。

對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)過一段時間才出現(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，對車間空氣的相對濕度必須有足夠的重視。最直接且經(jīng)濟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，對于焊后熱矯正的過程控制也非常重要。

3.3 焊后熱矯正工藝過程的控制

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。而對于珠光體合金鋼管屏的熱矯正尤其重點控制：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。對珠光體耐熱鋼管屏熱矯正時，嚴(yán)禁噴水冷卻，因為低合金鋼加熱到Ac1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。

筆者公司制作一臺高壓鍋爐頂棚過熱器管屏?xí)r做了一工藝試驗：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，熱矯正時加熱到800℃，噴水冷卻，將試件沿彎管處切開。

通過宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，在彎管部分有極細小的裂紋由管子內(nèi)壁（焊縫熱影響區(qū)）向角焊縫處擴展；

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)對以下過程嚴(yán)格控制：

1）管屏焊前對管子認(rèn)真進行清銹、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)高溫檢測儀等專用儀器測量（如紅外線測溫儀），不得采用目測方法來估計加熱溫度。

4）管屏的熱矯正冷卻方式必須采用空冷，嚴(yán)禁用水冷卻，且在冷卻過程中不得接觸潮濕物品。

5）熱矯正時盡量避免在焊縫及熱影響區(qū)進行加熱。

4 結(jié)論

珠光體耐熱鋼水冷壁管屏制作時相對有一定難度,通過優(yōu)化制造工藝及嚴(yán)格的過程控制，缺陷基本可以避免，從而制造出質(zhì)量優(yōu)良的產(chǎn)品。

1 魏鋒,等.壓力容器用材料及熱處理[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

2 于運學(xué),等.膜式壁臥式成排彎工藝改進[J].工業(yè)鍋爐，2006（5).

3 李炯輝.金屬材料金相圖譜[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2006.

4 成大先,等.機械設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

5 陳伯蠡.焊接工程缺陷分析與對策[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2005.

6 劉震杰.煤粉爐水冷壁高溫腐蝕原因及應(yīng)對措施[J].中國特種設(shè)備安全,2013,(9):57～58.

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

虞國鋒（1971～),男，高級工程師，從事鍋爐制造工藝研究。

2014－03－04）