我公司于2015年8月份承接了某光熱發(fā)電設備公司太陽(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鋼12Gr1MoVG鍋爐管，其結構形式為：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(cháng)度2 800mm，支管直徑35mm，壁厚8mm；焊接結構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(xiàn)度≤2.5mm；集箱管運行規范是介質(zhì)為430℃的水，工作壓力為19MPa。
2. 集箱管工藝試驗
?。?）開(kāi)孔變形工藝試驗?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。
對氣割開(kāi)孔試驗的集箱管 （L=160mm）按順序連續氣割開(kāi)孔（φ19mm），氣割開(kāi)孔后經(jīng)測量直線(xiàn)度，產(chǎn)生了向集箱管縱向開(kāi)孔一側的凹形彎曲變形，變形偏差為3~3.5mm。
對采用鉆床進(jìn)行機加工鉆孔的試件，進(jìn)行了直線(xiàn)度的測量，產(chǎn)生的彎曲度偏差均在2mm，未出現較大的彎曲變形。
綜合試驗結論：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(mǎn)足集箱管技術(shù)標準要求，所以我們決定采用火焰切割管孔工藝。
?。?）焊接工藝試驗?我們在單根集箱管上進(jìn)行了焊接變形試驗，焊接參數如表1所示。從集箱管兩端同時(shí)向中心焊接，焊接結束后，集箱管出現側彎現象，經(jīng)測量側彎偏差30mm，變形嚴重，測量結果如圖2所示。經(jīng)單根焊接試驗證明，單根產(chǎn)品如無(wú)有效防變形措施是不能滿(mǎn)足圖樣設計要求的。
3. 集箱管變形產(chǎn)生原因分析
經(jīng)試驗分析，影響集箱管焊接變形主要有以下兩種因素：
?。?）縱向開(kāi)孔變形?集箱管在縱向中心線(xiàn)上密集開(kāi)設了中心距160mm，φ19mm管孔，由于集束管數量龐大及火焰切割管孔對集箱管加熱的局部性，導致集束管軸向有輕微撓曲度變形（見(jiàn)圖3），經(jīng)檢測變形量最大為3~3.5mm。
?。?）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，從而導致集箱管由于焊接殘余應力在縱向和橫向產(chǎn)生變形（見(jiàn)圖4）。
4. 集箱管焊接防變形措施
?。?）縱向變形控制措施?我們采用了兩組產(chǎn)品進(jìn)行組裝對接（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，對產(chǎn)品焊接變形起到控制作用。
?。?）橫向變形控制措施?針對集箱主管橫向變形，設計了專(zhuān)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。
?。?）焊接順序的控制?我們采用兩名焊工對稱(chēng)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，焊接參數如表2所示。
?。?）焊后熱處理?由于焊后熱處理有著(zhù)將彈性變形轉化為塑性變形的能力，起到穩定結構尺寸的作用，所以對集箱管進(jìn)行670℃的爐內整體消除應力熱處理。
5. 成品檢測
嚴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，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(xiàn)度≤2.5mm，各檢測項目均符合圖樣設計要求。檢測結果如表3所示。隨后，產(chǎn)品投入批量生產(chǎn)，經(jīng)檢測，無(wú)不合格品出現。
6. 結語(yǔ)
針對集箱管這種小直徑產(chǎn)品，在組對裝配、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)量符合設計要求，對今后同類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)具有重要的借鑒意義。
作者簡(jiǎn)介：程緒民、周光祿，山東華昱壓力容器有限公司。
