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              锅炉管板拼接焊缝上开孔的工艺试验

              2021-05-28  来自: 江苏润利锅炉有限公司 浏览次数:267

              一、问题的提出

              按《锅炉安全技术监察规程》第3.8.2条规定:“集中下降管的管孔不应当开在焊缝上,其他焊接管孔亦应当避免开在焊缝及其热影响区上。如果结构设计不能够避免时,在管孔周围60mm(如果管孔直径大于60mm,则取孔径值)范围内的焊缝经过射线或者超声检测合格,并且焊缝在管孔边缘上不存在夹渣缺陷,管接头焊后经过热处理消除应力的情况下,可以在焊缝及其热影响区上开焊接管孔。”这个规定是正确的,因为焊缝存在焊接残余应力,而汽包或锅筒等是不对焊缝进行热处理消除残余应力的,如果在焊缝上或其附近地区焊接管子,将出现二者焊接残余应力相互作用而形成组合应力,这种组合应力在某些点可能会达到较大的数值,这是不利的,因此,应避免这种情况的发生,“锅规”的有关条文就是针对这种情况而规定的措施。但这个规定给我们生产制造带来了困难和诸多不便,有相当多的锅壳式锅炉,随着锅炉向大容量发展,管板多需拼接,如果避开拼接焊缝不布置烟管受热面,将给设计带来困难,并导致锅筒体积增大,成本增加。而不避开拼接焊缝开焊接管孔,必然出现拼接焊缝与管子角焊缝及其热影响区重叠,按“锅规”的规定,应进行消除应力的热处理,可是进行整体退火不但费时费钱,而且引起烟管弯曲变形,采用局部退火则操作手续繁杂,且管板背面保温较难,锅筒散热面大,难以掌握和达到规定的要求。

              我们根据多年来制造锅壳式锅炉的经验,分析锅筒制造过程及其工艺,我们的管板都是在水压机上热模压成形的,其加热温度在AC3以上,一般都在950℃左右,这个温度能够比较充分地消除焊接残余应力,且冷却中经过了再结晶,应该说残余应力基本上都消除了。因此,在这种经过热模压成形的管板拼接焊缝上开焊接管孔,不存在焊接残余应力相互作用的问题,也就不存在焊后要热处理的问题。现我们只是从理论上进行分析,而缺乏试验数据做基础,这是不够的,为此,我们进行了在管板拼接焊缝上开孔焊接管子的工艺试验。

              二、试验方案

              试验中模拟四种不同工艺制备了四块试板,分别情况是:

              试板1号:管板没有拼接焊缝且未经热处理,直接在管板上钻孔,焊接管子。

              试板2号:管板有拼接焊缝但未经热处理,直接在拼接焊缝上开孔后再焊接管子。

              试板3号:管板有拼接焊缝并经热压温度850~950℃加热处理(模拟热压加热过程),再在焊缝上钻焊接管孔,焊接管子。

              试板4号:处理过程与试板3相同,但焊完管子后再经热处理消除焊接残余应力。

              四块试板布管均按产品的实际管距布置和钻孔尺寸。

              通过测定不同工艺过程的管板焊接管子后的残余应力情况并观察它们的金相组织,从而验证我们的分析是否符合实际情况,并为选择适当的制造工艺提供依据。

              三、试验结果

              1、残余应力

              由应力测试汇总表明,残余应力水平按试板4号、3号、2号依次增大,这种测试结果和我们预先的分析是相符的。试板3号和试板1号的残余应力水平相近,这说明经热压温度加热可以降低管板的残余应力水平。试板2号残余应力较高,而试板4号是残余应力非常低的。

              2、试板的金相组织

              观察各试板拼接焊缝同角焊缝的重迭区域及其热影响区重迭区域(试板1号因没有重迭区域,只观察角焊缝及其热影响区)的金相组织。从检验报告知道,四块试板焊缝重迭区(试板1号是焊缝区域)的金相组织都是柱状晶,说明有无拼接焊缝和是否经历热压加热温度处理对焊缝的金相组织影响不大。焊缝热影响区重迭部位的金相组织,都存在过热组织魏氏组织,过热情况比较严重,试板4号则只有少量的魏氏组织,另外从热影响区的晶粒度来看试板2号的晶粒特别粗大,试板3号的晶粒度较小,试板4号则在原来的晶粒上长出了新的晶粒,晶粒度特别小。这说明经热压加热温度处理后拼接焊缝热影响区的晶粒度减小,经焊后热处理则较好地细化晶粒度。从以上分析可以看出,不同的工艺处理过程对焊缝金相组织影响不大,但对热影响区金相组织有较大的影响。

              3、试验结论

              管板拼接焊缝是否经热压温度加热处理对焊接残余应力和金相组织都有较大影响。经热压温度加热处理的试板与无拼接焊缝的试板其残余应力水平相近,若试板经焊后热处理可以大大降低拼接焊缝和管接头的焊接残余应力。因此,对于有拼接焊缝的管板,其缝经100%X光探伤合格,经热压温度(900~950℃)加热处理后,再在拼接焊缝上开焊接管孔焊接管子,可以不再对管子角焊缝进行焊后热处理。

              四、结论与建议

              在一次锅炉设计方案评审会上,有关专家在谈到这个问题时一致认为:平管板拼接焊缝经热压温度加热处理后,再在焊缝上开孔焊接管子,可不需要焊后热处理。依据是:①拼接焊缝经热压温度加热处理后,残余应力已明显减少,试验表明与周围母材应力水平接近。②管板在工作时受弯曲应力,其强度计算裕度很大,足以消除相当量残余应力的影响。另外,在工作温度状态下,残余应力会逐渐减少(残余应力松驰现象),加之,作用范围小又正负同时存在。因此,残余应力对强度的影响远较工作应力、热应力为小。建议考虑采取焊后保温的方法,以消除部份残余应力。

              本公司专业设计、制造电站锅炉、工业锅炉、导热油炉锅炉和压力容器等。

              销售部:0519-86151623 

               


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