锅炉压力容器及核电制造工艺讲座工艺二室部分

锅炉、压力容器主要制造工艺技术讲座（工艺二室部分）压制压制是冷作工艺中重要的加工方法之一，一般以金属板材为坯料，利用压力机上的冲压模具，或者专用机床，使板料变形，得到一定形状的金属构件。例如封头、瓦片、过渡锥体和撑架等零件的压制成型等。封头压制（1）冷压冷压时劳动条件好，生产成本低。在封头或瓦片等零件的压制过程中，钢板的变形较大，会产生冷作硬化现象，甚至会出现裂纹。冷压一般仅适用于形状简单，钢板厚度小于6㎜，且塑性较好的材料。（2）热压由于封头压制过程中塑性变形较大，所以封头压制大都采用热压，从而避免冷压产生的冷作硬化等缺陷。封头拼接板焊缝磨削长度钢板加热前，必须检查拼接钢板的焊缝、过拉环部分是否两面磨平磨光。对于整体冲压的封头，磨光焊缝的长度如下：D≤15001800200025003000L400500600700800D：封头内径mmL：每一端批平磨光长度mm常用钢材的加热规范附表钢号加热温度℃保温时间分／mm终冲温度℃Q235-AQ235-A.F20g25g950～10500.75～1≥80015MnV15MnVN16MnR950～10001～1.5≥800SA299900～10001～1.5≥800P355GH910～9400.8～1≥800DIWA353950～10001～1.5≥85012Cr1MoV950～10001～2≥85013CrMo44950～10001～1.5≥85014MnMoV18MnMoNb960～10001～2≥8501Cr18NCI9Ti1050～11001～1.5≥850常规产品封头的尺寸偏差产品封头公称直径直径偏差△Dn椭圆度Dmax－Dmin棱角度※△c高度偏差△H曲面高度差△h1锅筒封头≤1000＋3－243＋10－31000～1500＋5－363＞1500＋7－484容器封头GB150－98＜800±22±4800～1200±34±61300～1600±46±81700～2400±58±122600～3000±69±163200～4000±610±420（3）封头旋压对于碟形或锥形封头还可以采用旋压机旋压成形，旋压成型分为冷旋压和热旋压两种方式，对于壁厚较厚的封头一般需要加热旋压，热旋压需要在旋压机上增加一种加热装置。最常用的设备为卧式无胎旋压机，并且多为冷加工，其工作原理如图所示卷板机工作原理三辊卷板机工作原理如图所示，下辊是主动轮，上辊能作垂直升降调整距离，因此能卷制不同半径和板厚的筒节。板材的弯曲时借助于上辊向下移动产生的压力，使板材产生塑性变形来达到的，板材并沿着下辊旋转的方向向前移动，并带动上辊旋转，随着滚筒的多次来回旋转，获得所要求的曲率。IIIIII卷制工艺卷制成形是将板料输送到卷板机上，对板料进行连续三点滚弯的过程，卷板机一般有三辊和四辊两种形式，板料通过辊子的旋转带动板料运动，由于辊子与板料表面的摩擦力和压力，使板料产生弯曲变形，最终卷制成筒体或锥体，如图所示。卷制圆筒体时要求各个辊子必须是平行的，而对于锥体的卷制要将上辊与下辊调成一定的角度，使坯料各处位置与辊子之间卷制时产生不同的线速度，最终卷制成锥体。筒体压（卷）制成型方法按成型温度不同，可分为冷压、热压和温压三种成形方式：1：冷成形指在常温状态下进行卷制或压制，它适用于中薄板的成形；2：热成形是将板材加热到指定的温度（正火温度以上），并在额定的温度范围内进行卷制或压制，一般用于厚板的成形；3：温成形是指将板材加热到500～600oC进行卷制或压制，热成形温度一般在金属的再结晶温度以上。筒身瓦片压制示意图冷卷变形度及冷作硬化冷卷会使筒体材料产生冷作硬化现象，冷卷变形度越大，则冷作硬化越严重，在钢板内产生的内应力也越大。因此冷卷时，钢板外侧纤维的伸长率必须低于一定限度。经验表明，板厚大于50㎜的钢板，卷板时若不考虑变形率的影响，就可能导致不可挽回的损失，根据大多数资料，基于卷裂的因素，不作中间热处理的冷卷极限变形度为5％，高强钢材料应为2.5％－3％，若超过此限度则应分次卷制成形，中间做消除应力热处理，否则就有可能出现脆断的危险。冷卷变形度变形度用变形率ε表示，通常按外测伸长率来计算，圆柱形筒节的变形率计算公式如下：ε＝S/2R（1-R/R0）×100％R0—板材的原始半径平版时，R0＝∝，R/R0＝0则：ε＝S/DN×100％冷卷（或冷压）变形度对筒体内在质量的影响（1）应变时效经过冷加工塑性变形的金属材料，在室温条件下长时间停留，发生强度提高，塑性和韧性降低的现象，称为冷变时效。冷变形越大，则应变时效越显著。如果冷卷的筒体在以后没有进行消除冷作硬化，而在冷作应变状态下投入使用，在一定的温度和时间条件下，就可能产生时效应变，导致韧性和塑性的降低，影响产品制造质量，因此对一些锅炉及压力容器产品，尤其应严格控制最终保留在筒节内的残余应变量。（2）临界变形度所导致的粗晶低碳钢在冷加工变形度达到8％时，在A1变态点温度附近开始再结晶，晶粒显著增大，当变形度增大到10％－11％时，大约在650℃开始再结晶晶粒度比以前小得多。冷加工变形度达到50％时。再结晶温度为500℃，得到极细的晶粒度。对一般的碳钢，冷加工变形度在8％－12％的范围内，再结晶晶粒度长到最大，这个并行度称为临界变形度。在工件中保留临界变形度的冷加工应变后，如果使它再结晶则导致粗晶，进一步变形加工会引起机械性能损失和表面的橘皮状“褶皱”。如果在产品使用中达到再结晶的条件，则产品质量就会变化。（3）包辛格效应预先经过某种应变的材料，当他再承受与预应变相反的应变时，其屈服强度要降低，这一现象称为包辛格效应。冷卷筒体的外侧纤维产生拉应变，内侧纤维产生压应变（如简图），如果将这种应变状态保留在产品内，产品承受内压时，内侧纤维的屈服限要降低，当容器承受外压时，外侧纤维的屈服限也要降低，影响容器的强度。6、胀接胀接广泛用于管-板结合，是靠管子和管板变形来达到密封和紧固的一种机械连接。它是在管板孔、管子、胀管器、胀管机四个要素之间进行的工作,通过扩胀管子直径，使管子塑性变形，管板孔壁弹性变形，利用管板孔的回弹对管子施加径向压力，使胀口达到以下质量指标：1）胀接强度（拉脱力）－是将管子从管板中拉脱时的载荷。2）密封强度（耐压力）－是开始泄漏时的介质压力。胀接工艺分类胀接按胀管原理分为：机械胀管、液压胀管、橡胶胀管、爆炸胀管。胀接主要结构形式见下表：影响胀接质量的因素和胀紧程度的控制胀紧程度不足（欠胀）或过量（过胀）都不能保证胀接质量，过胀还会因管壁减薄过大而导致管子断裂和管板变形。衡量胀紧程度的指标用胀接率表示，有下面两种计算公式；内径增大率H=（DN’－DN）－（Dｏ－DW）/Dｏ.×100%管壁减薄率ε=（DN’－DN）－（Dｏ－DW）/2S.×100%适宜的胀管率与管子的材料、规格等有关，一般可参照下列范围初选一值，经试验后再与确定：H＝1－3％，或ε＝４－８％，对厚壁管和有色金属管采用较大值。机械胀接原理机械胀管时胀管机马达带动胀管器的胀杆转动，并用胀管器一起进入管子内孔，同时胀杆也从胀管器外套的内孔向里推进，主要是着力挤压胀珠，从而使管子内壁不断被挤压和扩胀，直到管壁产生塑性变形，即超过弹性极限，不能复原为止。此时管孔壁所受到的扩胀仍处在弹性变形限度之内。机械胀接分类﹑组成及应用分类机械胀接根据使用动力不同可分为：1）手动胀接，2）风动胀接，3）液压驱动（液压马达）胀接，4）电动胀接。其组成及应用实例见下图。机械胀接的组成机械胀接分类﹑组成及应用分类机械胀接应用实例机械胀管器前进式无轴承胀管器（Ⅰ型）机械胀管器前进式有轴承胀管器（Ⅱ型）前进式有轴承可调胀管器（Ⅲ型）机械胀管器前进式翻边胀管器（Ⅳ型）机械胀管器后退式胀管器（Ⅴ型）液压胀接液压胀管是新发展起来的胀接方法，优点是：1）胀管区结合均匀。2）胀接长度不受限制。3）不会损伤管子。4）一次可胀多根管子。5）管板变形小，液压胀管的变形方向与机械胀管相反，如液压胀管后再机械胀接，在一定程度上可消除管子作用于管板的轴向力。液压胀接原理液压胀管原理见下图。胀管前，液体经通路1送入胀头，并将增压器活塞推向右方原始位置。转换控制阀使通路2接通，高压泵产生的一次压力由增压器转换成需要的二次压力进行胀管，二次压力表由一次压力表间接显示，并由调节溢流阀控制。转换控制阀使系统与通路3接通卸载，即可将胀头从管中取出。液压胀管器下图胀头结构。橡胶套的ｃ段套在芯轴上，然后由里向外翻折，使ａ段也套在芯轴上，形成压力油腔。最后，套上橡胶管，用金属圈锁紧敛缝，另一端用螺母压盖楔紧。液压胀管器下图为另一种胀头结构。橡胶套的套在胀杆上，然后由里向外翻折，用弹性环及挡圈密封，形成压力油腔。最后用螺母压盖楔紧。爆炸胀接工艺原理小口径厚壁管采用机械胀接时，胀管器损坏率高，且必须使用大量的润滑油，常因润滑油流入管子与管板孔的缝隙而造成焊接气孔，影响焊接质量，为解决上述问题可以爆炸胀管，其原理类似于爆炸成形。以高能炸药制成导爆束插入管之内，用雷管引爆。在瞬间爆炸间高压气体以冲击波的形式作用与管子内壁的相应部位上，使管子产生塑性变形。我公司在六十年代曾首次采用过爆炸胀管，后因对环境影响较大，不再采用。1：导爆束2：管子3：管板4：多层薄纸5：橡皮胶6：雷管橡胶胀管工艺原理橡胶胀管装有装有软质橡胶3制成的胀管媒介体，借助于油压缸的牵引力，通过加压杆1使软质橡胶受到轴向力。软质橡胶两端装有密封圈，阻止软质橡胶移动，则在其径向产生鼓胀力，并施加于管子内壁上，使管子产生塑性变形。172典型产品胀接工艺我公司胀接工艺主要用于：1、D型锅炉2、高压加热器3、管壳式换热器。胀接工艺在D型锅炉中的应用D型锅炉是大容量超高压锅炉，其对流管束及水冷壁管束与上下锅筒的安装，是通过机械胀接方式连接固定的，胀接是D型锅炉制造的最关键技术。D型锅炉胀接形式≈≈≈第二次试胀段第一次试胀段初胀起点第三次试胀段第二次试胀段第一次试胀段初胀起点初胀胀珠终胀调节胀杆管束束口锅筒壁厚图1胀接孔典型结构图2后退式胀接D型锅炉胀管器结构简图后退式胀管器结构1.胀珠2.胀杆3.胀壳4.定位环5.平面止推轴承6.挡环7.止推螺母8.挡盖9.连接螺钉胀接工艺在高压加热器中的应用高压给水加热器（简称高加），其管子与管板的连接一般采用胀焊结构，其连接方式按标准要求一般规定为强度焊接加贴胀虽然是密封性贴胀，但必须保证一定的胀接长度和胀接参数，以防止设备在高温运行时管系振动对管端焊缝产生疲劳破坏。高加管子与管板的胀接一般要求采用贴胀，即消除管子与管板之间的间隙达到密封的效果，而连接强度主要靠管端的焊缝来保证，因此管板孔不用开槽，管板孔采用数控深孔钻床钻孔，从而保证了管孔精度和管孔表面粗糙度的要求。机械胀管在高压加热器中的应用我公司过去的高加产品一直采用机械胀管，即用前进式的电动胀管器进行，由于受到管子内径较小的限制，胀管器不能进行深度胀接，胀接长度只能达到管板厚度的四分之一，约80—100mm长度。机械胀管分二段进行，一次胀接长度只能达到25mm（胀珠长度），二次胀接长度实际只有50mm，加上中间未胀区可以达到100mm，机械胀接的详细结构见下图所示。15253802550φ16×2.3管子管板管子－管板机械胀管结构液压胀管技术在高压加热器中的应用随着液压胀管技术的不断发展，其胀接应力均匀、胀接长度大、工作效率高等优点逐渐显示出来，液压胀管不受深度和长度的限制，可以实现整个管板厚度的全程胀接，使管子与管板整个形成一体，大大提高管子的抗振能力。液压胀接的详细结构见下图高压水15密封胶圈液压胀头φ16×2.3380胀接长度360换热管管板管子－管板液压胀接结构液压胀管及机械胀管试样解剖图片液压胀管试样解剖图片（全长度胀接）机械胀管试样解剖图片（局部胀接）管子管板胀接试样图片机械胀管器图片管子－管板胀接接试样解剖图片第三章我公司典型锅炉、压力容器产品制造主要工艺锅筒制造工艺锅筒结构和常用材料简介锅筒制造工艺的发展与特点锅筒制造技术条件与标准