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                    鍋爐管板拼接焊縫上開孔的工藝試驗

                    2021-05-28  來自: 江蘇潤利鍋爐有限公司 瀏覽次數:309

                    一、問題的提出

                    按《鍋爐安全技術監察規程》第3.8.2條規定:“集中下降管的管孔不應當開在焊縫上,其他焊接管孔亦應當避免開在焊縫及其熱影響區上。如果結構設計不能夠避免時,在管孔周圍60mm(如果管孔直徑大于60mm,則取孔徑值)范圍內的焊縫經過射線或者超聲檢測合格,并且焊縫在管孔邊緣上不存在夾渣缺陷,管接頭焊后經過熱處理消除應力的情況下,可以在焊縫及其熱影響區上開焊接管孔。”這個規定是正確的,因為焊縫存在焊接殘余應力,而汽包或鍋筒等是不對焊縫進行熱處理消除殘余應力的,如果在焊縫上或其附近地區焊接管子,將出現二者焊接殘余應力相互作用而形成組合應力,這種組合應力在某些點可能會達到較大的數值,這是不利的,因此,應避免這種情況的發生,“鍋規”的有關條文就是針對這種情況而規定的措施。但這個規定給我們生產制造帶來了困難和諸多不便,有相當多的鍋殼式鍋爐,隨著鍋爐向大容量發展,管板多需拼接,如果避開拼接焊縫不布置煙管受熱面,將給設計帶來困難,并導致鍋筒體積增大,成本增加。而不避開拼接焊縫開焊接管孔,必然出現拼接焊縫與管子角焊縫及其熱影響區重疊,按“鍋規”的規定,應進行消除應力的熱處理,可是進行整體退火不但費時費錢,而且引起煙管彎曲變形,采用局部退火則操作手續繁雜,且管板背面保溫較難,鍋筒散熱面大,難以掌握和達到規定的要求。

                    我們根據多年來制造鍋殼式鍋爐的經驗,分析鍋筒制造過程及其工藝,我們的管板都是在水壓機上熱模壓成形的,其加熱溫度在AC3以上,一般都在950℃左右,這個溫度能夠比較充分地消除焊接殘余應力,且冷卻中經過了再結晶,應該說殘余應力基本上都消除了。因此,在這種經過熱模壓成形的管板拼接焊縫上開焊接管孔,不存在焊接殘余應力相互作用的問題,也就不存在焊后要熱處理的問題?,F我們只是從理論上進行分析,而缺乏試驗數據做基礎,這是不夠的,為此,我們進行了在管板拼接焊縫上開孔焊接管子的工藝試驗。

                    二、試驗方案

                    試驗中模擬四種不同工藝制備了四塊試板,分別情況是:

                    試板1號:管板沒有拼接焊縫且未經熱處理,直接在管板上鉆孔,焊接管子。

                    試板2號:管板有拼接焊縫但未經熱處理,直接在拼接焊縫上開孔后再焊接管子。

                    試板3號:管板有拼接焊縫并經熱壓溫度850~950℃加熱處理(模擬熱壓加熱過程),再在焊縫上鉆焊接管孔,焊接管子。

                    試板4號:處理過程與試板3相同,但焊完管子后再經熱處理消除焊接殘余應力。

                    四塊試板布管均按產品的實際管距布置和鉆孔尺寸。

                    通過測定不同工藝過程的管板焊接管子后的殘余應力情況并觀察它們的金相組織,從而驗證我們的分析是否符合實際情況,并為選擇適當的制造工藝提供依據。

                    三、試驗結果

                    1、殘余應力

                    由應力測試匯總表明,殘余應力水平按試板4號、3號、2號依次增大,這種測試結果和我們預先的分析是相符的。試板3號和試板1號的殘余應力水平相近,這說明經熱壓溫度加熱可以降低管板的殘余應力水平。試板2號殘余應力較高,而試板4號是殘余應力非常低的。

                    2、試板的金相組織

                    觀察各試板拼接焊縫同角焊縫的重迭區域及其熱影響區重迭區域(試板1號因沒有重迭區域,只觀察角焊縫及其熱影響區)的金相組織。從檢驗報告知道,四塊試板焊縫重迭區(試板1號是焊縫區域)的金相組織都是柱狀晶,說明有無拼接焊縫和是否經歷熱壓加熱溫度處理對焊縫的金相組織影響不大。焊縫熱影響區重迭部位的金相組織,都存在過熱組織魏氏組織,過熱情況比較嚴重,試板4號則只有少量的魏氏組織,另外從熱影響區的晶粒度來看試板2號的晶粒特別粗大,試板3號的晶粒度較小,試板4號則在原來的晶粒上長出了新的晶粒,晶粒度特別小。這說明經熱壓加熱溫度處理后拼接焊縫熱影響區的晶粒度減小,經焊后熱處理則較好地細化晶粒度。從以上分析可以看出,不同的工藝處理過程對焊縫金相組織影響不大,但對熱影響區金相組織有較大的影響。

                    3、試驗結論

                    管板拼接焊縫是否經熱壓溫度加熱處理對焊接殘余應力和金相組織都有較大影響。經熱壓溫度加熱處理的試板與無拼接焊縫的試板其殘余應力水平相近,若試板經焊后熱處理可以大大降低拼接焊縫和管接頭的焊接殘余應力。因此,對于有拼接焊縫的管板,其縫經100%X光探傷合格,經熱壓溫度(900~950℃)加熱處理后,再在拼接焊縫上開焊接管孔焊接管子,可以不再對管子角焊縫進行焊后熱處理。

                    四、結論與建議

                    在一次鍋爐設計方案評審會上,有關專家在談到這個問題時一致認為:平管板拼接焊縫經熱壓溫度加熱處理后,再在焊縫上開孔焊接管子,可不需要焊后熱處理。依據是:①拼接焊縫經熱壓溫度加熱處理后,殘余應力已明顯減少,試驗表明與周圍母材應力水平接近。②管板在工作時受彎曲應力,其強度計算裕度很大,足以消除相當量殘余應力的影響。另外,在工作溫度狀態下,殘余應力會逐漸減少(殘余應力松馳現象),加之,作用范圍小又正負同時存在。因此,殘余應力對強度的影響遠較工作應力、熱應力為小。建議考慮采取焊后保溫的方法,以消除部份殘余應力。

                    本公司專業設計、制造電站鍋爐、工業鍋爐、導熱油爐鍋爐和壓力容器等。

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