珠光體耐熱鋼膜式水冷壁制造工藝優化

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生的缺陷分析，通過改進優化成排彎曲模具，焊前清理、預熱，避免外側管橢圓度、焊接氣孔、咬邊等缺陷。結合工藝試驗分析了珠光體耐熱鋼管屏熱矯正后不恰當的冷卻方式引起延遲裂紋的原因，從而總結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，確保產品質量。

膜式水冷壁管屏 焊接缺陷 熱矯正

膜式水冷壁管屏（結構如圖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。某公司開發的循環流化床鍋爐、400t/d垃圾爐、秸稈爐中都采用了膜式水冷壁結構。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。生產實踐經驗證明，對這類低合金鋼管屏制作過程中，應嚴格控制成排彎橢圓度、管屏的焊接質量、管屏焊后熱矯正的過程，才能制造出質量優良的產品，使產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：成排彎管屏兩側管子橢圓度超差；焊縫的氣孔、咬邊現象；熱矯正等過程控制不合理產生延遲裂紋等傾向。

3 工藝措施及過程控制優化

3.1 成排彎外側管子橢圓度控制

水冷壁成排彎一般在管屏彎曲專機上彎曲，生產中發現成排彎外側兩根管子易產生橢圓度超差。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）。因而對外側管子沒有定位約束力，而中間管子受外側管子、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，另一端安裝一活動擋環，外加一個可移動又可固定的法蘭。調節螺栓壓緊扁鋼、管子。通過一段時間的實踐，彎管輥上的結構的優化改進對控制管屏外側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、延遲裂紋現象

焊接過程中常常因為焊件表面不清潔而造成焊縫出現氣孔現象。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物，其主要是由Fe3O4、Fe2O3、結晶水等組成，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，產生咬邊。因而焊前對管子必須進行認真拋光處理。

筆者公司膜式水冷壁采用德國Babcook公司生產的膜式壁專機，焊接形式采用埋弧自動焊。因而焊劑烘干對減少氣孔的產生也至關重要。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℃以下溫度出現的一種裂紋，通常在焊后經過一段時間才出現的宏觀裂紋，亦稱延遲裂紋。冷裂紋一般主要由淬硬組織、氫的富集和拘束應力三要素共同作用的結果。因而焊接低合金鋼管屏時，對車間空氣的相對濕度必須有足夠的重視。最直接且經濟有效的辦法是焊前的預熱，預熱溫度一般控制在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則，一般采用火焰矯正法。火焰矯正就是利用火焰加熱產生的熱壓縮塑性變形與結構已發生的變形相抵消。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，嚴禁噴水冷卻，因為低合金鋼加熱到Ac1線左右屬不完全重結晶區，加熱后急劇冷卻極易產生淬硬的馬氏體組織，從而產生延遲裂紋的傾向。

筆者公司制作一臺高壓鍋爐頂棚過熱器管屏時做了一工藝試驗：用該管屏同樣結構、材質的試件，管子2×5(材質：15CrMoG)和扁鋼-6×42(材質：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。

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

微觀金相分析，焊縫熱影響區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變的鐵素體和部分未轉變的珠光體等形成很復雜的混合組織，導致性能變得很脆。

根據管屏裂紋的位置、形態看,裂紋屬脆性開裂。

裂紋原因分析：熱矯正后用水急劇冷卻產生淬硬馬氏體組織，彎管后應力及焊接應力組成拘束應力，從而為冷裂紋產生提供了條件。

因而，珠光體耐熱管屏的制作應對以下過程嚴格控制：

1）管屏焊前對管子認真進行清銹、拋光處理。清除鐵銹、氧化皮等。埋弧焊焊劑嚴格烘干處理。

2）管屏焊前應進行預熱處理（如12Cr1MoV、15CrMo、12CrMo一般預熱至100～150℃）。

3）管屏熱矯正加熱溫度應嚴格控制在Ac1線以下溫度，(生產中一般控制在720℃以下),溫度的控制應采用光學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進行加熱。

4 結論

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

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6 劉震杰.煤粉爐水冷壁高溫腐蝕原因及應對措施[J].中國特種設備安全,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）