程緒民 周光祿
我公司于2015年8月份承接了某光熱發(fā)電設(shè)備公司太陽(yáng)能集箱管的生產(chǎn)加工承攬加工訂單,集箱管材質(zhì)為低碳、低合金的珠光體型熱強(qiáng)鋼12Gr1MoVG鍋爐管,其結(jié)構(gòu)形式為:在主管徑向方向上縱向焊接18只支管,支管中心距160mm;主管直徑為60mm,壁厚5mm,長(zhǎng)度2 800mm,支管直徑35mm,壁厚8mm;焊接結(jié)構(gòu)采用騎座式全焊透形式;技術(shù)要求為縱向支管端面不平度≤1.5mm,主管直線度≤2.5mm;集箱管運(yùn)行規(guī)范是介質(zhì)為430℃的水,工作壓力為19MPa。
(1)開(kāi)孔變形工藝試驗(yàn) 我們選取如圖1所示的4根相同的集箱管,分別進(jìn)行了氣割開(kāi)孔和鉆床鉆孔工藝試驗(yàn)。
對(duì)氣割開(kāi)孔試驗(yàn)的集箱管(L=160mm)按順序連續(xù)氣割開(kāi)孔(φ19mm),氣割開(kāi)孔后經(jīng)測(cè)量直線度,產(chǎn)生了向集箱管縱向開(kāi)孔一側(cè)的凹形彎曲變形,變形偏差為3~3.5mm。
對(duì)采用鉆床進(jìn)行機(jī)加工鉆孔的試件,進(jìn)行了直線度的測(cè)量,產(chǎn)生的彎曲度偏差均在2mm,未出現(xiàn)較大的彎曲變形。
綜合試驗(yàn)結(jié)論:由于在火焰切割過(guò)程中,采用熱輸入較小,管子壁厚相對(duì)較大,變形量與鉆床鉆孔變形量相比偏差基本相一致,只要在焊接過(guò)程中采取可行的焊接工藝,即可滿足集箱管技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求,所以我們決定采用火焰切割管孔工藝。
(2)焊接工藝試驗(yàn) 我們?cè)趩胃涔苌线M(jìn)行了焊接變形試驗(yàn),焊接參數(shù)如表1所示。從集箱管兩端同時(shí)向中心焊接,焊接結(jié)束后,集箱管出現(xiàn)側(cè)彎現(xiàn)象,經(jīng)測(cè)量側(cè)彎偏差30mm,變形嚴(yán)重,測(cè)量結(jié)果如圖2所示。經(jīng)單根焊接試驗(yàn)證明,單根產(chǎn)品如無(wú)有效防變形措施是不能滿足圖樣設(shè)計(jì)要求的。
經(jīng)試驗(yàn)分析,影響集箱管焊接變形主要有以下兩種因素:
圖1
表1 焊接參數(shù)
(1)縱向開(kāi)孔變形 集箱管在縱向中心線上密集開(kāi)設(shè)了中心距160mm,φ19mm管孔,由于集束管數(shù)量龐大及火焰切割管孔對(duì)集箱管加熱的局部性,導(dǎo)致集束管軸向有輕微撓曲度變形(見(jiàn)圖3),經(jīng)檢測(cè)變形量最大為3~3.5mm。
(2)焊接變形 集束管上管接頭的焊接(管接頭高度100mm, φ20mm,壁厚8mm,中心距160mm),由于技術(shù)要求管接頭采用全焊透坡口形式,所以在焊接工藝中要求氬弧焊打底,手工焊填充蓋面。由于支管為騎座式安裝,造成填充金屬較多,熱輸入較大,加之支管之間間距短,支管數(shù)量多,并且整個(gè)產(chǎn)品焊接過(guò)程處于不均勻加熱和冷卻狀況,從而導(dǎo)致集箱管由于焊接殘余應(yīng)力在縱向和橫向產(chǎn)生變形(見(jiàn)圖4)。
(1)縱向變形控制措施 我們采用了兩組產(chǎn)品進(jìn)行組裝對(duì)接(見(jiàn)圖5),這樣裝配使焊后的殘余變形在縱向上能夠相互拘束,對(duì)產(chǎn)品焊接變形起到控制作用。
圖2
圖3
圖4
(2)橫向變形控制措施 針對(duì)集箱主管橫向變形,設(shè)計(jì)了專用組裝工裝,采用夾具進(jìn)行剛性固定,控制產(chǎn)品焊接時(shí)產(chǎn)生的彎曲變形及撓曲度變形。
(3)焊接順序的控制 我們采用兩名焊工對(duì)稱跳焊,從兩端向中間的方法進(jìn)行焊接(見(jiàn)圖6),這樣可以使焊接變形減小,達(dá)到總體變形減小的目的。
另外,焊接采用小電流、快速焊工藝,減少熱輸入,降低焊接變形量,焊接參數(shù)如表2所示。
(4)焊后熱處理 由于焊后熱處理有著將彈性變形轉(zhuǎn)化為塑性變形的能力,起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)尺寸的作用,所以對(duì)集箱管進(jìn)行670℃的爐內(nèi)整體消除應(yīng)力熱處理。
嚴(yán)格按制定的防變形措施進(jìn)行小批量生產(chǎn),集箱管最后加工為成品后,經(jīng)抽樣檢測(cè),縱向變形量(最大為1.5mm)及橫向變形量(最大為1.0mm)得到了有效控制,縱向支管端面不平度≤1.5mm,主管直線度≤2.5mm,各檢測(cè)項(xiàng)目均符合圖樣設(shè)計(jì)要求。檢測(cè)結(jié)果如表3所示。隨后,產(chǎn)品投入批量生產(chǎn),經(jīng)檢測(cè),無(wú)不合格品出現(xiàn)。
針對(duì)集箱管這種小直徑產(chǎn)品,在組對(duì)裝配、焊接順序、熱處理等各方面采取合理有效的工藝措施,就能保證產(chǎn)品質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求,對(duì)今后同類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)具有重要的借鑒意義。
圖5
圖6
表2 焊接參數(shù)
表3 抽檢記錄