锅炉集箱焊后热处理挠度超差问题的解决方法

李艳梅，刘国丽，孙海洋

（1.哈尔滨轴承集团公司 南直轴承分厂，黑龙江 哈尔滨150036；2.哈尔滨轴承集团公司 热处理分厂，黑龙江 哈尔滨150036；3.哈尔滨轴承集团公司 质量控制部，黑龙江 哈尔滨150036）

1 前言

随着高效率大型化电站锅炉设计和制造技术的不断发展，我国已从制造200MW、300MW亚临界电站锅炉向600MW、1000MW超临界、超超临界电站锅炉过渡。集箱作为电站锅炉的重要组成部件，其结构复杂，制造难度较大。在集箱的制造中，筒身挠度超差是比较常见的问题，通常采用火焰校直或外力冷校直来解决挠度超差问题。新型马氏体耐热钢SA335P91、SA-335P92材料具有高的许用应力、高的持久强度、高的疲劳强度、高的热导率、高温蠕变性能、较好的抗腐蚀性，目前被广泛用于高温高压的集箱部件上。出于对电厂安全运行的考虑，在新颁布的《火力发电厂金属技术监督规程》（DL/T438-2009）中对9%～12%Cr系列钢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之间。由于P91、P92材料屈服强度较高，外力校直比较难，而火焰校直容易造成材料的表面硬度不合格，因此开发新的校直方法对P91、P92集箱的制造十分重要。

2 集箱的结构特点

集箱的筒身直径范围在Ф159～972mm之间、筒身壁厚15～165mm、集箱长度5～22m不等，集箱的结构见图1 。

另外集箱筒身上还焊有三通、封头、大管接头、小管接头（展开长度200～2500mm）及附件（吊装耳板、圆弧板等）等。

3 制造难点

集箱在制造过程中，由于环缝拼接以及大量管接头集中在一侧，焊接收缩容易造成集箱筒身挠度超差。通常情况下挠度超差会采用局部热校或外力校直的方式进行校直。

图1 集箱结构简图

（1）集箱筒身的挠度超差可采用热校进行校直，如低碳钢20G、SA-106B，低合金钢SA335-P12、SA335-P22等，但是生产周期延长，成本增加。而对于SA-335P91、SA-335P92材质，其金相组织为回火马氏体，表面硬度要求控制在180～250HB之间。由于热校完全依靠热校工的个人经验来进行，加热温度不易控制，热校温度过高会造成材料进入两相区，从而造成材料表面硬度不合格，满足不了产品要求。

（2）采取外力校直，由于多数集箱筒身直径较大、壁厚较大等多重原因，造成外力校直时力量较大，特别是SA335P91、SA335P92材料屈服强度较高，校直筒身外力须达到几百吨甚至达到上千吨，如用2 000t水压机进行校直，支点距离要大于6m，支点需支到水压机工作台之外，会把水压机拔出来很不安全。

（3）对于P91、P92材质的集箱，如果焊后热处理后筒身挠度超差，再进行局部热校直，将使筒身硬度低于产品要求的标准（180 HB），造成硬度不合格，达不到产品要求。

3 解决方案

针对P91、P92集箱的特殊性，在生产的各个环节都应对筒身的挠度进行特殊控制，开发出了一种全新的挠度控制措施及结合焊后热处理校直的方法。

（1）在筒身镗坡口时严格控制坡口端面与筒身中心线的垂直度。

（2）在筒身环缝拼接时旋转筒身,尽量使其拼直或做一个筒身焊接收缩变形的反变形（即把筒身的凸起放到焊大量管接头一侧）。

（3）自动焊焊接时，采用不对称焊接（筒身凸起部分先行施焊，然后采用环向焊接）。

（4）在集箱划孔线时把筒身的凸起放到焊大量管接头一侧。

（5）在集箱焊管接头及附件时，调整支座位置达到减小焊接变形,即在保证安全的情况下，尽量把两个支点分别放在筒身的三分之一处,这样可以利用筒身的自重产生一个反变形（如变形量大可适当加大两支座间的距离；如筒身长度大可适当增加支座数量）。

（6）在集箱焊后需热处理以前，首先测量联箱筒身挠度（不直度），根据集箱筒身挠度，并做好标记。

（7）集箱装炉时，调整集箱热处理支座位置及加垫铁，使集箱筒身在热处理过程中有合理的支点和合适的变形量（长度不同，变形量不同、支点位置不同），利用集箱的自重及热处理过程中集箱本身的应力变化，使热处理后联箱挠度达到尺寸要求，见图2。

图2 集箱热处理支座位置调整

（8）其他材质的集箱，也可以参照以上工艺方法进行热处理校直

此技术有效地解决了P91、P92集箱不能局部热校和无法冷校的难题，而且大大缩短了生产周期，降低了能源消耗和生产成本。

4 结束语

目前该技术已成功应用于生产的300MW、600MW及1000MW亚临界、超临界、超超临界电站锅炉集箱的制造中，从2007年以来按此技术生产的几十台锅炉投入运行的反馈效果很好，达到了用户的满意。在超临界、超超临界电站锅炉的制造水平上有了很大的提高，为今后开发制造超临界、超超临界电站锅炉奠定了基础，成为大型发电设备产品升级换代的重要标志，将对我国大型发电设备产品实现环保、节能，缩小与世界先进水平的差距产生积极的推动作用。

[1] 吴元徽主编.国家职业资格培训教材编审委员会编.热处理工（技师.高级技师）[M]北京：机械工业出版社，2008.

[2] 马鹏飞，李美兰主编.热处理技术[M]北京：化学工业出版社，2008.