关于落煤管制作工艺的几点探究

黄奕乔

山东大学 山东 济南 250002

0 引言

本项目是买方为印度尼西亚某电厂的2×115MW 机组用落煤管。 落煤管原设计的主要材料为A312TP304不锈钢材料以及耐磨钢材料，本设计的一个显著优点是把磨损严重部位的管材切割掉换成耐磨性能高的材料ZGCr15Mo2Re，安装在不锈钢管上。 我们在主材的选择上， 采用国产的0Cr18Ni9的不锈钢来替代A312TP304材料。 起初我们根据以往的制作经验进行加工制作，无论是耐磨板的密封性、硬度，以及不锈钢材料与耐磨钢焊接出现了裂纹等制作方面的问题，于是我们在满足国外项目质量程序的大前提下， 通过国外买方审核（Review）后，从原材料采购开始，对落煤管制作整个过程的工艺大胆地进行了改进。下面分几个方面进行论述：

1 原材料的采购

1.1 存在问题

虽然我们的供应商提供的螺栓、螺母产品应该按照国家的标准进行标识和试验，并提供相应的产品质量文件，但仍存在质量问题。 耐磨板铸造完的产品还是比原设计大了15毫米左右，以及这个材料在铸造后其硬度达不到技术要求 （应不低于HRC52）等情况。

1.2 采取对策

1）采购验收产品时严格把握的图纸的规格尺寸，保持误差在最小范围之内。

2）产品误差还与我们外协加工制造的水平有一定关系。虽然我们外协的厂家采取多种措施来防止加工铸造过程中的变形，但是没有从根本上解决问题。 我们根据图纸要求，为了保证耐磨板的密封性，同时降低尺寸误差，要求他们重新加工型模铸造，结果最后铸造误差终于降到5毫米之内。

3）外协厂提供的耐磨板达不到硬度要求。为了达到耐磨板硬度要求，我们查了相关资料，同时到各外协厂进行技术指导，最后采用了进行热处理的方法，来达到其硬度要求。 通过多次理论推算和实验，得出最佳方法：热处理前应该完成压紧板的焊接，因为热处理后的硬度增加焊接更加困难。

4）采购的程序性也是保证落煤管制作质量的重要方面。我们在确定采购的厂家前应该考察厂家的实力，以及厂家在这种设备上的成功案例，然后把厂家提供给买方审核。通过审核供应商可以在产品的质量上做到预先控制，保证采购产品的质量符合技术要求，这比我们在事后控制效果要好的多。

2 耐磨板的制作

2.1 存在问题

首先，它的长度长、壁厚薄，容易引起变形和铸造缺陷的产生；其次，它的硬度不够。 另外在焊接局部预热时就发生裂纹现象；最难解决的是这种材料在铸造完成后，其硬度还达不到技术要求等。

2.2 采取对策

1）由于原设计的外径尺寸为半径178mm，角度150度，长度1800 mm，厚度14 mm的弧板。而耐磨板和不锈钢主管的连接方式是，通过增加耐磨板的压紧板与钢管用螺栓连接， 压紧板与耐磨板焊接的。所以耐磨板铸造起来难度相当大，容易引起变形和铸造缺陷的产生。 在找到原因的同时，我们在浇铸时率先改进传统工艺，先设置2～3个注液孔，以减少铸造过程中的缺陷；同时要控制冷却的速度，防止产生冷却裂纹。 我们在铸造时不断的改进工艺，通过理论研究和反复试验（6次）终于找到了可行的铸造方案，完成了铸造这个难关。

2）但这种材料在铸造完成后，其硬度还达不到技术要求，所以必须采用热处理工艺。 而热处理的过程中也是易产生变形、裂纹。 为防止产生热处理裂纹和变形， 我们在热处理前制定可行的技术方案， 在热处理的过程中严格按照工艺进行装炉，升温、保温、降温。由于耐磨板的外形尺寸较大厚度较薄，热处理时发生扭曲和变形，我们采用了在四周加焊加固条， 在1800 mm的长度上焊接6道加固条防止热处理变形。 另外，为防止热处理过程中的开裂，主要采用缓慢加热、增加保温时间、以及缓冷等措施。

3）铸造完后这种材料的焊接还有较大的困难，因为这种材料的焊接性很差， 所以我们在加工完后，焊接时又遇到了很大的麻烦。 在焊接局部预热时就发生裂纹现象， 我们改局部预热为整体预热，才得以解决预热的裂纹问题。焊接时我们采用各种措施，如采用小电流间隔焊，焊前预热及焊接过程中去击打焊缝四周， 减小应力集中等防止产生裂纹。 焊完的焊缝做渗透试验时发现焊缝合格，但在母材上靠近焊缝处发现有表面裂纹。最后我们同国外买方进行协商变更了耐磨板的材质，变为低碳的耐磨铸钢使含碳量控制在0.3%以下， 才得以解决耐磨板的焊接问题。

4）我们在加工耐磨板的压紧板过程中也遇到了一系列问题，如按原设计与耐磨板相焊接的压紧板，在使之变形时发生了困难，我们的设备和技术能力达不到让宽度60 mm长度1800 mm厚度10 mm的不锈钢产生R为188 mm弧。若把整张钢板先卷成188 mm的圆筒再下料，变形大不说，就无法按设计加工3 mm高的棱台，现加工棱台就不能再卷管。 我们请求变更采用碳钢压紧板， 并且棱台采用焊接的形式连接在压紧板上，最后解决变形与机加工的矛盾。

3 落煤管的制作及组装

3.1 存在问题

在起初实验性制作过程中，出现了切割表面凹凸不平；所有的接管处的焊缝出现未焊透、未融合现象；焊接接头强度不够；以及密封性不好等方面的问题。

3.2 采取对策

1）落煤管为不锈钢管制作的，在下料时，因为方位比较特殊不宜采用机械加工，所以我们采用了等离子切割，但切割表面质量比较差，凹凸不平，有的有些偏斜。 由于落煤管整体是需要密封的，切割后的打磨工作量较大。所以下料前应对操作人员进行培训，让其切割时垂直管子的中心线。 最好让经验丰富的员工操作等离子机，在切割前的位置和方向应该经过质检人员的检查无误后方可进行切割，否则一旦割错将造成严重的损失。

2）所有的接管处的焊缝应该焊透，不得出现未焊透、未融合现象。 由于落煤管的不锈钢管外径是356毫米，里面无法进人修磨内口，在离管口较远的管接头若焊接不透将无法返修， 只有割掉重新焊接， 所以要求安装工在加工接管时应该打出坡口，磨掉毛刺，焊工在焊接接管的根部时质检人员必须检查确保焊缝焊透， 焊缝的质量符合买方的要求。接管在安装时还应注意，不得错口。 由于本项目的煤粉水分含量较高，达到13%，所以错口容易引起积粉，并且积粉在局部易燃烧，造成设备寿命降低，甚至损坏设备。

3）焊接时的错口还易造成连接的强度不够。特别是在安装空气炮的管接头上，若强度不够，接管在振动过程中造成开裂， 将使整体机组停止运行，造成巨大损失。所以在开接管的孔时就应该检查孔的位置、大小以及方向是否正确，无误后再开孔，在接管与主管对接时检查两管接触处是否平滑，确保接管无错口后方可焊接。 焊缝的质量要求较高，不允许有气孔、焊缝过高或者过低等。 为防止一系列的接管缺陷，这就要求我们的焊接质量检验人员必须认真负责，焊接人员和质检人员在焊接过程中发现问题及时解决。

4）考虑到要求作密封性试验，所以应该在耐磨板、耐热玻璃视孔、阀门等安装完，做完密封性试验再开其他与之焊接的接管的孔。因为其他的孔和接管都是由全焊透方式连接的，只要保证焊接符合质量要求即可，所以这些连接处的密封性不用考虑。

5）法兰和紧固件的制作也应该注意，螺栓的丝长和连接空间问题。 由于法兰的制造标准是ANSI B16.5，而紧固件按照国标制作，所以在连接时很容易出现螺栓的丝长不够长，无法上紧法兰，造成很大的麻烦， 在设计加工图纸时应该特别注意这一点。还有法兰和管子焊接在一起前应该注意法兰孔的位置和连接螺栓所需要的空间等一系列的问题。鉴于上述可能出现的问题，在设计工厂加工制作图时，应充分考虑相互连接的要求。

4 制作过程的质量检验

4.1 存在问题

我们的质量员不是按照产品的相应的标准去检验产品，主要靠主观臆断，不是按检测数据来说明所检验的产品是否合格。 制作人员按自己的想法去干，而不是按照工艺程序去做，整个质量控制过程不太合理，造成不必要的损失和返工。

4.2 采取措施

1）质量检验对于买方为外国公司的产品来说非常重要。按要求我们在加工产品之前应该提交一个质量检验计划（Inspect Test Plan），经过买方的同意后，我们的所有产品的质量要求以及质量标准都应该按照提交并通过审核的质量计划进行。包括产品检验的项目、内容、依据以及检验项目的重要性等一系列的问题。

2）我们质量员应该按照相应的标准去检验产品，不能靠主观臆断，必须有检测数据来说明所检验的产品是否合格的。如紧固件的检验项目和数据根据国家标准必须有性能试验和无损探伤报告。

3）焊工以及焊接专工和焊接检验员必须按照工艺和检验程序进行，所有的变更必须经过买方的同意。从制度上杜绝员工按照更简便的想当然的方式解决施工过程中遇到的问题。

4）因为项目的质量检验比国内的项目严格，所以下料到打磨再到焊接最后的防腐工作都必须严格安装技术要求进行。如我们的工艺要求所有的对口不得有错口、焊接必须焊透，所以检验人员应该在焊接之前就完成对口的检验，焊接时检验是否焊透。

5）外协加工的产品应加强检验，在同外协厂签订加工合同时，应提出技术协议以及质量标准。 在产品入厂时严格按该协议去检查。对于比较陌生的产品，如ZGCr15Mo2Re钢，我们必须查明它的技术参数后，方可委托外协厂加工，否则易产生做好后不能焊接的情况，造成不必要的损失。

5 结语

在本项目的制作整个过程中，通过从原材料的采购、耐磨板的制作、落煤管的制作和组装以及质量控制等方面的传统制作工艺进行了初步的改进实践，解决了产品易产生误差、裂纹、强度弱、密封性等许多技术性难题，使我们的产品质量达到国外买方的要求。 产品经过在国外电厂几年实际运行表明，产品的稳定性和耐用性等经济技术指标超过国际上同类产品的水平，取得可观的经济效益，获得国外买方的肯定。 本产品的制作工艺几点探究的实践经验，对今后的国外的项目制作有一定的借鉴作用。

［1］孙正国等.DL/T680-1999耐磨管道技术条件［S］，中华人民共和国国家经济贸易委员会发布，1999.

［2］美国机械工程师协会压力管道委员会编制.ASME B31.1-2004动力管道［G］.中国《ASME规范产品》协作网出版，2004.

［3］美国机械工程师协会B16 委员会编制.ASME B16.5-2003管法兰和法兰管件［G］.中国《ASME规范产品》协作网出版，2003.

［4］AWS D1 结构焊接委员会编制.D1.1（AWS）-2006钢结构焊接规范［G］.中国《ASME规范产品》协作网出版，2006.

［5］杨建平等.DL／T869-2004焊接技术规程［S］.中国电力出版社，2004.