鍋爐集箱焊后熱處理撓度超差問題的解決方法

李艷梅，劉國麗，孫海洋

（1.哈爾濱軸承集團公司 南直軸承分廠，黑龍江 哈爾濱150036；2.哈爾濱軸承集團公司 熱處理分廠，黑龍江 哈爾濱150036；3.哈爾濱軸承集團公司 質量控制部，黑龍江 哈爾濱150036）

1 前言

隨著高效率大型化電站鍋爐設計和制造技術的不斷發展，我國已從制造200MW、300MW亞臨界電站鍋爐向600MW、1000MW超臨界、超超臨界電站鍋爐過渡。集箱作為電站鍋爐的重要組成部件，其結構復雜，制造難度較大。在集箱的制造中，筒身撓度超差是比較常見的問題，通常采用火焰校直或外力冷校直來解決撓度超差問題。新型馬氏體耐熱鋼SA335P91、SA-335P92材料具有高的許用應力、高的持久強度、高的疲勞強度、高的熱導率、高溫蠕變性能、較好的抗腐蝕性，目前被廣泛用于高溫高壓的集箱部件上。出于對電廠安全運行的考慮，在新頒布的《火力發電廠金屬技術監督規程》（DL/T438-2009）中對9%～12%Cr系列鋼制管道及集箱提出了表面硬度的要求，要求母材的硬度控制在HB180～250之間。由于P91、P92材料屈服強度較高，外力校直比較難，而火焰校直容易造成材料的表面硬度不合格，因此開發新的校直方法對P91、P92集箱的制造十分重要。

2 集箱的結構特點

集箱的筒身直徑范圍在Ф159～972mm之間、筒身壁厚15～165mm、集箱長度5～22m不等，集箱的結構見圖1 。

另外集箱筒身上還焊有三通、封頭、大管接頭、小管接頭（展開長度200～2500mm）及附件（吊裝耳板、圓弧板等）等。

3 制造難點

集箱在制造過程中，由于環縫拼接以及大量管接頭集中在一側，焊接收縮容易造成集箱筒身撓度超差。通常情況下撓度超差會采用局部熱校或外力校直的方式進行校直。

圖1 集箱結構簡圖

（1）集箱筒身的撓度超差可采用熱校進行校直，如低碳鋼20G、SA-106B，低合金鋼SA335-P12、SA335-P22等，但是生產周期延長，成本增加。而對于SA-335P91、SA-335P92材質，其金相組織為回火馬氏體，表面硬度要求控制在180～250HB之間。由于熱校完全依靠熱校工的個人經驗來進行，加熱溫度不易控制，熱校溫度過高會造成材料進入兩相區，從而造成材料表面硬度不合格，滿足不了產品要求。

（2）采取外力校直，由于多數集箱筒身直徑較大、壁厚較大等多重原因，造成外力校直時力量較大，特別是SA335P91、SA335P92材料屈服強度較高，校直筒身外力須達到幾百噸甚至達到上千噸，如用2 000t水壓機進行校直，支點距離要大于6m，支點需支到水壓機工作臺之外，會把水壓機拔出來很不安全。

（3）對于P91、P92材質的集箱，如果焊后熱處理后筒身撓度超差，再進行局部熱校直，將使筒身硬度低于產品要求的標準（180 HB），造成硬度不合格，達不到產品要求。

3 解決方案

針對P91、P92集箱的特殊性，在生產的各個環節都應對筒身的撓度進行特殊控制，開發出了一種全新的撓度控制措施及結合焊后熱處理校直的方法。

（1）在筒身鏜坡口時嚴格控制坡口端面與筒身中心線的垂直度。

（2）在筒身環縫拼接時旋轉筒身,盡量使其拼直或做一個筒身焊接收縮變形的反變形（即把筒身的凸起放到焊大量管接頭一側）。

（3）自動焊焊接時，采用不對稱焊接（筒身凸起部分先行施焊，然后采用環向焊接）。

（4）在集箱劃孔線時把筒身的凸起放到焊大量管接頭一側。

（5）在集箱焊管接頭及附件時，調整支座位置達到減小焊接變形,即在保證安全的情況下，盡量把兩個支點分別放在筒身的三分之一處,這樣可以利用筒身的自重產生一個反變形（如變形量大可適當加大兩支座間的距離；如筒身長度大可適當增加支座數量）。

（6）在集箱焊后需熱處理以前，首先測量聯箱筒身撓度（不直度），根據集箱筒身撓度，并做好標記。

（7）集箱裝爐時，調整集箱熱處理支座位置及加墊鐵，使集箱筒身在熱處理過程中有合理的支點和合適的變形量（長度不同，變形量不同、支點位置不同），利用集箱的自重及熱處理過程中集箱本身的應力變化，使熱處理后聯箱撓度達到尺寸要求，見圖2。

圖2 集箱熱處理支座位置調整

（8）其他材質的集箱，也可以參照以上工藝方法進行熱處理校直

此技術有效地解決了P91、P92集箱不能局部熱校和無法冷校的難題，而且大大縮短了生產周期，降低了能源消耗和生產成本。

4 結束語

目前該技術已成功應用于生產的300MW、600MW及1000MW亞臨界、超臨界、超超臨界電站鍋爐集箱的制造中，從2007年以來按此技術生產的幾十臺鍋爐投入運行的反饋效果很好，達到了用戶的滿意。在超臨界、超超臨界電站鍋爐的制造水平上有了很大的提高，為今后開發制造超臨界、超超臨界電站鍋爐奠定了基礎，成為大型發電設備產品升級換代的重要標志，將對我國大型發電設備產品實現環保、節能，縮小與世界先進水平的差距產生積極的推動作用。

[1] 吳元徽主編.國家職業資格培訓教材編審委員會編.熱處理工（技師.高級技師）[M]北京：機械工業出版社，2008.

[2] 馬鵬飛，李美蘭主編.熱處理技術[M]北京：化學工業出版社，2008.