第2-12章-锅筒制造

第2篇第12章锅筒制造12.1锅筒筒节的制造工艺12.2封头的制造工艺12.3锅筒与管件的连接12.4锅筒的组焊与总装工艺12.5锅筒制造中的热处理12.6锅筒制造中的检验第12章锅筒制造配300MW火力发电机组的锅炉(1025t/h)锅筒全焊接结构：重210t、直径1.782m、长30m中国一重生产第一台千吨级反应器12.1锅筒筒节的制造工艺12.1.1筒节制造工艺流程1.筒节制造工艺主要程序原材料检验→划线→气割→涂料→加热→卷板→划割间隙→焊接→涂料→正火→校圆→清理→磨光→探伤→缺陷退修→机加。2.工艺简要说明(1)原材料检验——超声波，化学成分，力学性能(2)划线——划毛坯下料线同时要留出焊接试板，加工余量及收缩余量并打上各种标记钢印。(3)气割——可采用半自动气割或手工气割下料。(4)涂料——为防止产生卷轧出凹陷，钢坯料在卷板前、校圆和正火加热前涂刷一层耐高温抗氧化涂料，可以显著减少工艺减薄量(氧化皮)；12.1锅筒筒节的制造工艺2.工艺简要说明(5)加热——筒体毛坯或封头毛坯的加热是给卷板、冲压及校圆做准备，可在煤气加热炉内进行，加热温度要在再结晶温度以上；(6)卷板——钢板卷制成筒体可在卷板机和弯板机以及水压机上进行；(7)划割间隙——装配纵向焊缝的坡口间隙，为纵向焊缝焊接作准备。(8)纵缝焊——采用电渣焊、窄间隙焊或其它组合焊接方法焊接筒节纵向焊缝。(9)涂料——钢坯料在校圆加热前涂刷一层耐高温抗氧化的涂料，这种涂料可以显著减少工艺减薄量(氧化皮)；12.1锅筒筒节的制造工艺2.工艺简要说明(9)正火——电渣焊后细化焊缝晶粒，改善接头性能，正火可在煤气加热炉内进行。(10)校圆——消除卷板过程中形成的不圆度。(11)清理——清理氧化皮。(12)磨光——纵缝焊后应磨光焊缝表面，呈现出金属光泽，为无损探伤做准备；(13)无损探伤——指进行超声探伤、磁粉探伤、X线探伤、检查焊缝及接头质量；(14)缺陷退修——对发现缺陷进行修理和清除；(15)机加——指筒节端面坡口加工。筒体端面坡口加工可在边缘车床上进行，加工时要注意加工质量，否则给装配，焊接造成困难。12.1锅筒筒节的制造工艺12.1.2筒节划线下料筒节划线工作就是在钢板上划出筒节展开图。1.筒节的划线(1)首先检查钢板来料。如来料为毛边钢板，钢板边缘容易形成夹层等缺陷，在筒节划线前，必须先划出边缘切割线。进行筒节划线工作。(2)划线时，筒节展开尺寸，以筒节平均直径为计算依据。对热态弯卷筒节，则应考虑到热卷后钢板伸长。下料尺寸应比展开尺寸小一些。通常缩短0.5％左右。冷态弯卷时，钢板也有少量伸长，大约78mm左右。另外，卷制后，钢板的厚度也有所减薄，一般热卷时约减薄34mm，冷卷及热校圆时约减薄lmm左右。12.1.2筒节划线下料1.筒节的划线(3)划线时，还需要考虑筒节的机械加工余量(包括直边切割和坡口加工余量)。(4)根据展开图划出锅筒纵向中心线，并打上铳眼，作为筒节装配及锅筒排孔划线的基准线。(5)筒节划线十分重要，若出错，将导致整个筒节报废。划线完成后，必须进行认真仔细检验。近年来，划线工序用电子计算机数控划线与电子照相划线。使划线劳动量降低，速度快。2.筒节的下料(1)划线后，选合适切割方法进行毛坯直边切割；(2)根据板厚可以选择机械切割，火焰切割，可选取半自动，全自动火焰切割。12.1.3筒节的弯卷1.筒节的弯卷变形是弯曲塑性变形。塑性变形沿厚度变化。其外圆周伸长，内圆周缩短，中间层保持不变。为保证锅筒制造质量，根据长期实践积累的经验，冷态弯卷时，最终外圆周伸长率应限制在：对碳素钢，外圆周伸长率＜5％；低合金高强度钢，外圆周伸长率≤3％。2.冷态和热态弯卷(1)对厚板或小直径筒节采用热态弯卷。热态可以减轻卷板机所需功率，防止冷作硬化，但问题：①钢板加热到较高温度会产生严重氧化；②操作困难；③热卷时，钢板的轧薄较严重④氧化皮严重，使筒节表面产生麻点和压坑。(2)温卷：钢板加热至500600℃。实质属冷加工。12.1.3筒节的弯卷3.压弯和卷弯(1)钢板成型是弯卷筒体的基本方法，厚板弯卷成型方法，国内外两条路线并存。一条是压弯原理的弯板机和水压机压弯成型；一条是卷弯原理的卷板机卷弯成型，二者壁厚均已达到380mm水平。3.压弯和卷弯(2)筒节的压弯筒节的弯制工作通常是在弯板压力机或水压机上进行的。采用压弯塑性变形原理将平板压弯成两个或多个圆筒形瓦片。该方法板厚几乎不受什么限制，但需要焊接两条以上纵向焊缝。水压机压弯的瓦片筒节的油压机压弯制造过程3.压弯和卷弯(3)筒节的卷弯筒节卷弯是在卷板机上进行。常用卷板机可分为三辊卷板和四辊卷板机两类。三辊卷板机上辊从动，上下移动，上辊对钢板加压力。下辊主动，旋转运动，使钢板在上下辊之间来回移动。上海锅炉厂三辊卷板机意大利PROMAU公司生产，热卷厚度250mm3.压弯和卷弯(3)筒节的卷弯因下辊只能转动，钢板两端有平直段；预弯(造头)：预弯可在压力机上进行，或用预弯模在三辊卷板机上进行(图)。筒节的三辊卷板机卷制过程3.压弯和卷弯(3)筒节的卷弯四辊卷板机四辊卷板机设备庞杂，投资费用较高，近年来，有逐渐被各种新型三辊卷板机所代替的趋势。上辊主动，转动；下辊从动，上下移动两侧辊可沿斜向升降，对钢板施加变形力；也可以进行预弯工作。筒节的四辊卷板机卷制过程3.压弯和卷弯(4)压弯和卷弯工艺3.压弯和卷弯(4)压弯和卷弯工艺12.1.4筒节纵环缝焊接1.厚壁筒体焊接方法(1)常规埋弧自动焊纵焊缝,环焊缝,焊缝体积大(2)电渣焊纵焊缝，焊缝体积大,接头韧性不佳；(3)电子束焊纵焊缝,环焊缝,不开坡口,接头韧性高；(4)窄间隙(埋弧自动焊)焊道熔敷技术纵焊缝,环焊缝,焊缝体积小,接头韧性高12.1.4筒节纵环缝焊接1.厚壁筒体焊接方法(4)窄间隙焊道熔敷技术(NarrowGap)1)窄间隙焊接是一种坡口间隙远小于焊件厚度的电弧焊接方法，它不是一种新的焊接过程，而是一种特殊的焊道熔敷技术。有人将其特征归纳为：①是利用了现有电弧焊接方法的一种特殊技术；②多数采用I形坡口，坡口间隙窄，坡口角度小；③多层焊接；④自下而上的各层焊道数目相同；⑤采用小或中等线能量进行焊接；⑥有全位置焊接的可能性。12.1.4筒节纵环缝焊接(4)窄间隙焊道熔敷技术2)窄间隙焊接优点1960’s中期提出，厚板焊接显示明显优越性.①坡口窄小，焊缝截面积明显减小，大大提高焊接速度和焊接生产效率。②坡口窄小，大大节约焊接材料和电能消耗，降低焊接生产成本。③焊接热输入量小，热影响区狭窄，接头冲击韧性好，焊后残余应力低，焊缝中氢含量少，发生焊接裂纹的可能性降低。④焊缝体积小，焊接收缩量小；因坡口角度很小，故焊接变形也很小。12.1.4筒节纵环缝焊接(4)窄间隙焊道熔敷技术3)窄间隙坡口①对接直口型坡口制备简单，费用低廉；难以保证侧壁焊透；根部需永久性或临时垫板；坡口间隙将逐渐变小。②对接U型坡口制备复杂，费用较高；能保证侧壁焊透；根部不需永久性或临时垫板；焊缝收缩时，能保证坡口间隙不变。12.1.4筒节纵环缝焊接(4)窄间隙焊道熔敷技术4)窄间隙焊接种类窄间隙熔化极气体保护焊(NG-MIG焊)；窄间隙钨极气体保护焊(NG-TIG焊)；窄间隙埋弧焊(NG-SAW焊)；窄间隙电渣焊(NG-ESW焊)。①NG-MIG焊最先用于窄间隙焊焊接方法；电弧易于观察，质量好，生产率高；侧壁缺陷敏感性大，飞溅大，电弧磁偏吹；因此，保证侧壁焊透是窄间隙MIG焊的关键。12.1.4筒节纵环缝焊接(4)窄间隙焊道熔敷技术4)窄间隙焊接种类/①NG-MIG焊a.双丝焊接法单根焊丝居中双丝左右b.麻花丝电弧旋转c.波形或折曲焊丝电弧左右摆动d.旋转焊丝电弧旋转12.1.4筒节纵环缝焊接(4)窄间隙焊道熔敷技术4)窄间隙焊接种类②NG-TIG焊焊接电流和填充焊丝可分别调整，焊接线能量和熔敷速度可分别选择，焊接质量好；但焊接效率低，采用热丝焊接。热丝NG-TIG焊焊丝加热电源，引起磁偏吹；关键是防止和消除磁偏吹，使用不同相位电源。12.1.4筒节纵环缝焊接4)窄间隙焊接种类/③NG-SAW焊全自动化操作；生产率高；缺陷产生率低。关键：确保侧壁熔合自动脱渣；接头力学性能好焊剂、焊丝匹配；a.铰接导丝头窄间隙焊确保侧壁焊透，融合；避免侧壁夹渣。b.前后双丝焊窄间隙焊前丝，电流大，熔深；后丝，电压高，熔宽；12.1.4筒节纵环缝焊接2.焊接坡口(1)选择锅筒坡口基本原则1)尽量采用全焊透焊接坡口;2)尽量减小焊缝截面积,减少焊接材料消耗;3)尽量减小筒体内部工作量,改善劳动条件。(2)坡口加工：刨边，车削，碳弧气刨清焊根。(3)常规埋弧自动焊坡口1)若板厚＜14mm，可不开坡口2)板厚为14～22mm时，多开V形坡口；3)板厚＞22mm时，多开单U形坡口、双U形坡口、双V(X)形坡口和U、V混合形坡口。12.1.4筒节纵环缝焊接2.焊接坡口/(4)窄间隙埋弧自动焊坡口厚壁容器壳体采用以下三种坡口:1)带固定衬垫的单面焊坡口→筒体纵缝(a)2)带陶瓷衬垫的单面焊坡口→筒体纵缝(b)3)背面封底的单面焊坡口→筒体纵、环缝(c)12.1.4筒节纵环缝焊接3.焊前准备(1)手工焊1)检查坡口及装配质量,间隙均匀,高低平整;2)坡口及边缘10～20mm范围清除油、锈、水;3)焊条经250～400℃2h烘干，随取随用。(2)埋弧自动焊1)坡口装配质量和清理要求同手工焊。2)清除坡口及边缘、焊丝表面锈蚀、油污；焊丝如有局部弯折必须在盘丝时校直；3)焊剂经250～300℃烘干2h后待用。2.焊前准备(3)电渣焊1)坡口清理,平整、光滑;2)工件装配间隙一般为20～40mm;3)一次焊接成形，加入填充金属量较多，焊缝收缩量较大，装配间隙应留有收缩余量;4)焊缝始端装焊引弧板，焊缝末端装焊引出板5)焊丝除油锈，有局部折弯处盘丝时校直;6)焊剂经250～300℃2h烘干;7)焊前应对焊机各部分进行检查调试，水冷却铜块要预先通水试验。8)准备适量石棉泥，以便发生漏渣时及时堵塞，避免破坏电渣过程。2.焊前准备(4)窄间隙埋弧自动焊－焊前准备同常规SAW;3.焊接工作1)根据板厚选择坡口和焊道数每层单道焊适用于70～150mm厚度工件;每层双道焊适用于100～300mm厚度工件;每层三道焊适用于在300mm厚度焊件。3.焊接工作2)根据材料、焊接方法选择焊接规范12.2封头的制造工艺封头有各种结构形式(1)低压锅炉常采用平封头或碟形封头(2)中压锅炉，一般采用椭球封头；(3)高压以上锅炉，则采用半球形封头。制造工艺难度依次增加；承载后应力水平逐渐降低。12.2封头的制造工艺12.2.1封头的制造工艺过程1.工艺流程原材料检验划线切割下料加工拼接的焊接坡口封头毛坯拼板的装配与焊接毛坯成型热处理封头边缘余量切割坡口加工质量检验。2.工艺简要说明(1)加工拼接的焊接坡口,毛坯可以拼接;(2)边缘余量切割,获得确定尺寸的直边。12.2.2封头毛坯展开尺寸计算1.平封头毛坯尺寸的计算平封头毛坯尺寸有下列两种计算方法：(1)周长法:假定毛坯直径D0等于平封头纵截面的周长，并考虑一定的加工余量。D0＝d2+π(r+S/2)+2h0+2δ式中δ——封头边缘的机械加工余量。12.2.2封头毛坯展开尺寸计算其余各符号见图12-13。生产实践表明，按此式计算所得的平封头毛坯直径是偏大的，应按实际生产进行适当修正。下式是以周长法为基础的经验计算式：D＝dn+r+1.5S+2h0当h0＞5％dn时，式中2h0以h0%+3%dn(2)面积法假定封头毛坯面积等于成型封头的面积，再考虑一定加工余量。此时，计算公式为：D02＝(dn+S)2+π(dn+S)(hn+δ)12.2.2封头毛坯展开尺寸计算2.椭球形封头毛坯尺寸的计算椭球形封头的形状较复杂，通常其毛坯直径都是用近似计算方法来确定的。D0＝k(dn+S)+2h0式中k——经验系数，可根据椭圆半长轴a与半短轴b的比值按表12-4确定。12.2.2封头毛坯展开尺寸计算锅筒所