珠光体耐热钢膜式水冷壁制造工艺优化

虞国锋（南通万达锅炉有限公司 南通 226005）

珠光体耐热钢膜式水冷壁制造工艺优化

虞国锋
（南通万达锅炉有限公司 南通 226005）

本文简要介绍了膜式水冷壁管屏制作工艺过程和珠光体耐热钢水冷壁管屏制造过程中易产生的缺陷分析，通过改进优化成排弯曲模具，焊前清理、预热，避免外侧管椭圆度、焊接气孔、咬边等缺陷。结合工艺试验分析了珠光体耐热钢管屏热矫正后不恰当的冷却方式引起延迟裂纹的原因，从而总结出珠光体耐热钢水冷管屏焊后热矫正时需特别注意的加热方法、加热温度及冷却方式，确保产品质量。

膜式水冷壁管屏 焊接缺陷 热矫正

膜式水冷壁管屏（结构如图1所示）是锅炉的主要辐射受热面,吸收炉膛辐射热，并用以保护炉墙，是电站锅炉中不可或缺的重要部件。某公司开发的循环流化床锅炉、400t/d垃圾炉、秸秆炉中都采用了膜式水冷壁结构。珠光体耐热钢是以铬、钼为主的低合金钢，基体组织为珠光体和少量铁素体（如：12CrMo、15CrMo、12Cr1MoVG等）。此类低合金钢具有较好的抗氧化性能及较高的高温强度。因而，在大容量、高参数电站锅炉中的水冷壁管屏较多的采用了珠光体耐热钢。生产实践经验证明，对这类低合金钢管屏制作过程中，应严格控制成排弯椭圆度、管屏的焊接质量、管屏焊后热矫正的过程，才能制造出质量优良的产品，使产品在市场中具有竞争力。

图1 膜式水冷壁示意图

1 膜式管屏制作工艺简介

膜式管屏制作工艺流程如图2所示。

图2 膜式管屏制作工艺流程图

2 珠光体耐热钢管屏制作过程易产生的缺陷

此类低合金钢管屏制作过程中常见主要缺陷：成排弯管屏两侧管子椭圆度超差；焊缝的气孔、咬边现象；热矫正等过程控制不合理产生延迟裂纹等倾向。

3 工艺措施及过程控制优化

3.1 成排弯外侧管子椭圆度控制

水冷壁成排弯一般在管屏弯曲专机上弯曲，生产中发现成排弯外侧两根管子易产生椭圆度超差。通过分析，一般由于管屏弯曲专机的弯曲辊轮为光辊（无防变形槽）。因而对外侧管子没有定位约束力，而中间管子受外侧管子、扁钢刚性体约束，起到抗变形作用，所以中间椭圆度不易超差。通过试验，对管屏弯曲机弯管辊进行改造（如图3所示），在原弯管辊轮的一端安装一固定挡环，另一端安装一活动挡环，外加一个可移动又可固定的法兰。调节螺栓压紧扁钢、管子。通过一段时间的实践，弯管辊上的结构的优化改进对控制管屏外侧管子椭圆度效果较理想。

图3 改造管屏弯曲机弯管辊示意图

式中：Dmax、Dmin—弯头同一断面上的最大和最小外径。

弯头的椭圆度a按下式计算并应符合表1的要求：

表1 弯头的椭圆度计算式

3.2 焊缝气孔、咬边、延迟裂纹现象

焊接过程中常常因为焊件表面不清洁而造成焊缝出现气孔现象。这种不洁物主要有铁锈、氧化皮、油污和水份等，其中铁锈、氧化皮、水份影响特别大。铁锈、氧化皮是金属腐蚀后的产物，其主要是由Fe3O4、Fe2O3、结晶水等组成，对熔池金属一方面有氧化作用，另一方面又析出大量的氢，使焊缝中产生气孔。

由于管子氧化皮的存在，在焊接过程中造成在沿焊趾的母材部位烧熔形成沟槽或凹陷，产生咬边。因而焊前对管子必须进行认真抛光处理。

笔者公司膜式水冷壁采用德国Babcook公司生产的膜式壁专机，焊接形式采用埋弧自动焊。因而焊剂烘干对减少气孔的产生也至关重要。同时焊接电流过大也易引起焊丝离工件较远，从而焊剂覆盖焊缝较少，引起气孔。

对于珠光体耐热钢水冷壁管屏，在焊缝热影响区容易形成冷裂纹。冷裂纹是焊接接头冷却到100℃以下温度出现的一种裂纹，通常在焊后经过一段时间才出现的宏观裂纹，亦称延迟裂纹。冷裂纹一般主要由淬硬组织、氢的富集和拘束应力三要素共同作用的结果。因而焊接低合金钢管屏时，对车间空气的相对湿度必须有足够的重视。最直接且经济有效的办法是焊前的预热，预热温度一般控制在100～150℃。同时，对于焊后热矫正的过程控制也非常重要。

3.3 焊后热矫正工艺过程的控制

由于焊接应力的存在，水冷壁管屏焊后变形较大。因而，管屏的焊后矫正是一道必须且重要的工序。

矫正分为机械矫正法和火焰矫正法。管排由于变形较不规则，一般采用火焰矫正法。火焰矫正就是利用火焰加热产生的热压缩塑性变形与结构已发生的变形相抵消。而对于珠光体合金钢管屏的热矫正尤其重点控制：加热的方法、加热的温度、冷却方式。

●3.3.1 火焰矫正的加热方法（见表2）

表2 火焰矫正的加热方法

●3.3.2 加热温度

热矫正加热温度一般控制在600℃～800℃，但对珠光体耐热钢管屏热矫正加热温度必须控制在Ac1线以下。加热位置尽可能远离焊缝。

表3 常用水冷壁管屏低合金钢材料的Ac1值

●3.3.3 冷却方式

冷却方式分为空冷和水冷。对珠光体耐热钢管屏热矫正时，严禁喷水冷却，因为低合金钢加热到Ac1线左右属不完全重结晶区，加热后急剧冷却极易产生淬硬的马氏体组织，从而产生延迟裂纹的倾向。

笔者公司制作一台高压锅炉顶棚过热器管屏时做了一工艺试验：用该管屏同样结构、材质的试件，管子2×5(材质：15CrMoG)和扁钢-6×42(材质：12CrMo)组焊后成排弯，热矫正时加热到800℃，喷水冷却，将试件沿弯管处切开。

通过宏观检查发现，在弯管部分有极细小的裂纹由管子内壁（焊缝热影响区）向角焊缝处扩展；

微观金相分析，焊缝热影响区组织含有马氏体组织，且为非常脆硬的高碳马氏体与原来未转变的铁素体和部分未转变的珠光体等形成很复杂的混合组织，导致性能变得很脆。

根据管屏裂纹的位置、形态看,裂纹属脆性开裂。

裂纹原因分析：热矫正后用水急剧冷却产生淬硬马氏体组织，弯管后应力及焊接应力组成拘束应力，从而为冷裂纹产生提供了条件。

因而，珠光体耐热管屏的制作应对以下过程严格控制：

1）管屏焊前对管子认真进行清锈、抛光处理。清除铁锈、氧化皮等。埋弧焊焊剂严格烘干处理。

2）管屏焊前应进行预热处理（如12Cr1MoV、15CrMo、12CrMo一般预热至100～150℃）。

3）管屏热矫正加热温度应严格控制在Ac1线以下温度，(生产中一般控制在720℃以下),温度的控制应采用光学高温检测仪等专用仪器测量（如红外线测温仪），不得采用目测方法来估计加热温度。

4）管屏的热矫正冷却方式必须采用空冷，严禁用水冷却，且在冷却过程中不得接触潮湿物品。

5）热矫正时尽量避免在焊缝及热影响区进行加热。

4 结论

珠光体耐热钢水冷壁管屏制作时相对有一定难度,通过优化制造工艺及严格的过程控制，缺陷基本可以避免，从而制造出质量优良的产品。

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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

虞国锋（1971～),男，高级工程师，从事锅炉制造工艺研究。

2014－03－04）