鍋爐壓力容器及核電制造工藝講座(工藝二室部分)

1、鍋爐、壓力容器主要制造工藝技術講座　　　　?。üに嚩也糠郑?壓制,壓制是冷作工藝中重要的加工方法之一，一般以金屬板材為坯料，利用壓力機上的沖壓模具，或者專用機床，使板料變形，得到一定形狀的金屬構件。例如封頭、瓦片、過渡錐體和撐架等零件的壓制成型等。,封頭壓制,（1）冷壓　　 冷壓時勞動條件好，生產成本低。在封頭或瓦片等零件的壓制過程中，鋼板的變形較大，會產生冷作硬化現象，甚至會出現裂紋。冷壓一般僅適用于形狀簡單，鋼板厚度小于6㎜

2、，且塑性較好的材料。,,,,（2）熱壓 由于封頭壓制過程中塑性變形較大，所以封頭壓制大都采用熱壓，從而避免冷壓產生的冷作硬化等缺陷。,,,,,封頭拼接板焊縫磨削長度,,,,,鋼板加熱前，必須檢查拼接鋼板的焊縫、過拉環(huán)部分是否兩面磨平磨光。對于整體沖壓的封頭，磨光焊縫的長度如下：,D：封頭內徑mm L：每一端批平磨光長度mm,常用鋼材的加熱規(guī)范附表,,,,,,常規(guī)產品封頭的尺寸偏差,,,,,,（3）封頭旋壓,,

3、,,,對于碟形或錐形封頭還可以采用旋壓機旋壓成形，旋壓成型分為冷旋壓和熱旋壓兩種方式，對于壁厚較厚的封頭一般需要加熱旋壓，熱旋壓需要在旋壓機上增加一種加熱裝置。最常用的設備為臥式無胎旋壓機，并且多為冷加工，其工作原理如圖所示,卷板機工作原理,,,,,三輥卷板機工作原理如圖所示，下輥是主動輪，上輥能作垂直升降調整距離，因此能卷制不同半徑和板厚的筒節(jié)。板材的彎曲時借助于上輥向下移動產生的壓力，使板材產生塑性變形來達到的，板材并沿著下輥旋轉的

4、方向向前移動，并帶動上輥旋轉，隨著滾筒的多次來回旋轉，獲得所要求的曲率。,,卷制工藝,,,,,卷制成形是將板料輸送到卷板機上，對板料進行連續(xù)三點滾彎的過程，卷板機一般有三輥和四輥兩種形式，板料通過輥子的旋轉帶動板料運動，由于輥子與板料表面的摩擦力和壓力，使板料產生彎曲變形，最終卷制成筒體或錐體，如圖所示。卷制圓筒體時要求各個輥子必須是平行的，而對于錐體的卷制要將上輥與下輥調成一定的角度，使坯料各處位置與輥子之間卷制時產生不同的線速度，最

5、終卷制成錐體。,,筒體壓（卷）制成型方法,,,,,按成型溫度不同，可分為冷壓、熱壓和溫壓三種成形方式： 1：冷成形指在常溫狀態(tài)下進行卷制或壓制，它適用于中薄板的成形； 2：熱成形是將板材加熱到指定的溫度（正火溫度以上），并在額定的溫度范圍內進行卷制或壓制，一般用于厚板的成形； 3：溫成形是指將板材加熱到500～600oC進行卷制或壓制，熱成形溫度一般在金屬的再結晶溫度以上。,,冷卷變形度及冷作硬化,冷卷會使筒體材料產生

6、冷作硬化現象，冷卷變形度越大，則冷作硬化越嚴重，在鋼板內產生的內應力也越大。因此冷卷時，鋼板外側纖維的伸長率必須低于一定限度。經驗表明，板厚大于50㎜的鋼板，卷板時若不考慮變形率的影響，就可能導致不可挽回的損失，根據大多數資料，基于卷裂的因素，不作中間熱處理的冷卷極限變形度為5％，高強鋼材料應為2.5％－3％，若超過此限度則應分次卷制成形，中間做消除應力熱處理，否則就有可能出現脆斷的危險。,,,,冷卷變形度,變形度用變形率ε表示，通常按

7、外測伸長率來計算，圓柱形筒節(jié)的變形率計算公式如下：　ε＝S/2R（1-R/R0）×100％　R0—板材的原始半徑　平版時，R0＝∝，R/R0＝0　則：　ε＝S/DN×100％,,,,冷卷（或冷壓）變形度對筒體內在質量的影響,（1）應變時效　 經過冷加工塑性變形的金屬材料，在室溫條件下長時間停留，發(fā)生強度提高，塑性和韌性降低的現象，稱為冷變時效。冷變形越大，則應變時效越顯著。如果冷卷的筒體在以后沒有進

8、行消除冷作硬化，而在冷作應變狀態(tài)下投入使用，在一定的溫度和時間條件下，就可能產生時效應變，導致韌性和塑性的降低，影響產品制造質量，因此對一些鍋爐及壓力容器產品，尤其應嚴格控制最終保留在筒節(jié)內的殘余應變量。,,,,（2）臨界變形度所導致的粗晶 低碳鋼在冷加工變形度達到8％時，在A1變態(tài)點溫度附近開始再結晶，晶粒顯著增大，當變形度增大到10％－11％時，大約在650℃開始再結晶晶粒度比以前小得多。冷加工變形度達到50％時。再結

9、晶溫度為500℃，得到極細的晶粒度。對一般的碳鋼，冷加工變形度在8％－12％的范圍內，再結晶晶粒度長到最大，這個并行度稱為臨界變形度。在工件中保留臨界變形度的冷加工應變后，如果使它再結晶則導致粗晶，進一步變形加工會引起機械性能損失和表面的橘皮狀“褶皺”。如果在產品使用中達到再結晶的條件，則產品質量就會變化。,,,,（3）包辛格效應 預先經過某種應變的材料，當他再承受與預應變相反的應變時，其屈服強度要降低，這一現象稱為包辛格

10、效應。冷卷筒體的外側纖維產生拉應變，內側纖維產生壓應變（如簡圖），如果將這種應變狀態(tài)保留在產品內，產品承受內壓時，內側纖維的屈服限要降低，當容器承受外壓時，外側纖維的屈服限也要降低，影響容器的強度。,,,,,6、脹接,脹接廣泛用于管-板結合，是靠管子和管板變形來達到密封和緊固的一種機械連接。它是在管板孔、管子、脹管器、脹管機四個要素之間進行的工作,通過擴脹管子直徑，使管子塑性變形，管板孔壁彈性變形，利用管板孔的回彈對管子施加徑向壓力，使

11、脹口達到以下質量指標：　1）脹接強度（拉脫力）－是將管子從管板中拉脫時的載荷。 2）密封強度（耐壓力）－是開始泄漏時的介質壓力。,,,,,脹接工藝分類,脹接按脹管原理分為：機械脹管、液壓脹管、橡膠脹管、爆炸脹管。脹接主要結構形式見下表：,,影響脹接質量的因素和脹緊程度的控制,脹緊程度不足（欠脹）或過量（過脹）都不能保證脹接質量，過脹還會因管壁減薄過大而導致管子斷裂和管板變形。衡量脹緊程度的指標用脹接率表示，有下面兩種計算公式；

12、內徑增大率H=（DN’－ DN ）－（Dｏ－DW）/　 Dｏ.×100%管壁減薄率ε= （DN’－ DN ）－（Dｏ－DW）/　2S .× 100%適宜的脹管率與管子的材料、規(guī)格等有關，一般可參照下列范圍初選一值，經試驗后再與確定：H＝1－3％，或ε＝４－８％，對厚壁管和有色金屬管采用較大值。,,機械脹接原理,機械脹管時脹管機馬達帶動脹管器的脹桿轉動，并用脹管器一起進入管子內孔，同時脹桿也從脹管器外套的內

13、孔向里推進，主要是著力擠壓脹珠，從而使管子內壁不斷被擠壓和擴脹，直到管壁產生塑性變形，即超過彈性極限，不能復原為止。此時管孔壁所受到的擴脹仍處在彈性變形限度之內。,機械脹接分類﹑組成及應用分類,機械脹接根據使用動力不同可分為：1）手動脹接，2）風動脹接，3）液壓驅動（液壓馬達）脹接，4）電動脹接。其組成及應用實例見下圖。,,機械脹接的組成,機械脹接分類﹑組成及應用分類,,,機械脹接應用實例,機械脹管器,,前進式無軸承脹管器（Ⅰ型）,機械

14、脹管器,,前進式有軸承脹管器（Ⅱ型）,,前進式有軸承可調脹管器（Ⅲ型）,機械脹管器,,,前進式翻邊脹管器（Ⅳ型）,機械脹管器,,,后退式脹管器（Ⅴ型）,液壓脹接,液壓脹管是新發(fā)展起來的脹接方法，優(yōu)點是：1）脹管區(qū)結合均勻。2）脹接長度不受限制。3）不會損傷管子。4）一次可脹多根管子。5）管板變形小，液壓脹管的變形方向與機械脹管相反，如液壓脹管后再機械脹接，在一定程度上可消除管子作用于管板的軸向力。,液壓脹接原理,液壓脹管原理見

15、下圖。脹管前，液體經通路1送入脹頭，并將增壓器活塞推向右方原始位置。轉換控制閥使通路2接通，高壓泵產生的一次壓力由增壓器轉換成需要的二次壓力進行脹管，二次壓力表由一次壓力表間接顯示，并由調節(jié)溢流閥控制。轉換控制閥使系統(tǒng)與通路3接通卸載，即可將脹頭從管中取出。,,液壓脹管器,下圖脹頭結構。橡膠套的ｃ段套在芯軸上，然后由里向外翻折，使ａ段也套在芯軸上，形成壓力油腔。最后，套上橡膠管，用金屬圈鎖緊斂縫，另一端用螺母壓蓋楔緊。,,,液壓脹管器,

16、下圖為另一種脹頭結構。橡膠套的套在脹桿上，然后由里向外翻折，用彈性環(huán)及擋圈密封，形成壓力油腔。最后用螺母壓蓋楔緊。,,,爆炸脹接工藝原理,小口徑厚壁管采用機械脹接時，脹管器損壞率高，且必須使用大量的潤滑油，常因潤滑油流入管子與管板孔的縫隙而造成焊接氣孔，影響焊接質量，為解決上述問題可以爆炸脹管，其原理類似于爆炸成形。以高能炸藥制成導爆束插入管之內，用雷管引爆。在瞬間爆炸間高壓氣體以沖擊波的形式作用與管子內壁的相應部位上，使管子產生塑性變

17、形。 我公司在六十年代曾首次采用過爆炸脹管，后因對環(huán)境影響較大，不再采用。,,1：導爆束 2：管子 3：管板 4：多層薄紙 5：橡皮膠 6：雷管,橡膠脹管工藝原理,橡膠脹管裝有裝有軟質橡膠3制成的脹管媒介體，借助于油壓缸的牽引力，通過加壓桿1使軟質橡膠受到軸向力。軟質橡膠兩端裝有密封圈，阻止軟質橡膠移動，則在其徑向產生鼓脹力，并施加于管子內壁上，使管子產生塑性變形。,,1,7,2,典型產品脹接工藝,我公司脹接工藝主要

18、用于：1、D型鍋爐2、高壓加熱器3、管殼式換熱器。,脹接工藝在D型鍋爐中的應用,D型鍋爐是大容量超高壓鍋爐，其對流管束及水冷壁管束與上下鍋筒的安裝，是通過機械脹接方式連接固定的，脹接是D型鍋爐制造的最關鍵技術。,D型鍋爐脹接形式,,,圖1 脹接孔典型結構,圖2 后退式脹接,D型鍋爐脹管器結構簡圖,,后退式脹管器結構,1.脹珠 2.脹桿 3.脹殼 4.定位環(huán) 5.平面止推軸承 6.擋環(huán) 7.止推螺母 8.擋蓋 9.連接螺釘,脹接工藝

19、在高壓加熱器中的應用,高壓給水加熱器（簡稱高加），其管子與管板的連接一般采用脹焊結構，其連接方式按標準要求一般規(guī)定為強度焊接加貼脹雖然是密封性貼脹，但必須保證一定的脹接長度和脹接參數，以防止設備在高溫運行時管系振動對管端焊縫產生疲勞破壞。高加管子與管板的脹接一般要求采用貼脹，即消除管子與管板之間的間隙達到密封的效果，而連接強度主要靠管端的焊縫來保證，因此管板孔不用開槽，管板孔采用數控深孔鉆床鉆孔，從而保證了管孔精度和管孔表面粗糙度的要求

20、。,機械脹管在高壓加熱器中的應用,我公司過去的高加產品一直采用機械脹管，即用前進式的電動脹管器進行，由于受到管子內徑較小的限制，脹管器不能進行深度脹接，脹接長度只能達到管板厚度的四分之一，約80—100mm長度。機械脹管分二段進行，一次脹接長度只能達到25mm（脹珠長度），二次脹接長度實際只有50mm，加上中間未脹區(qū)可以達到100mm，機械脹接的詳細結構見下圖所示。,,管子－管板機械脹管結構,液壓脹管技術在高壓加熱器中的應用,隨著液壓脹

21、管技術的不斷發(fā)展，其脹接應力均勻、脹接長度大、工作效率高等優(yōu)點逐漸顯示出來，液壓脹管不受深度和長度的限制，可以實現整個管板厚度的全程脹接，使管子與管板整個形成一體，大大提高管子的抗振能力。液壓脹接的詳細結構見下圖,,管子－管板液壓脹接結構,液壓脹管及機械脹管試樣解剖圖片,液壓脹管試樣解剖圖片（全長度脹接）,機械脹管試樣解剖圖片（局部脹接）,管子管板脹接試樣圖片,,,機械脹管器圖片,,,管子－管板脹接接試樣解剖圖片,,,,第三章,我公司典

22、型鍋爐、壓力容器產品制造主要工藝,鍋筒制造工藝,鍋筒結構和常用材料簡介鍋筒制造工藝的發(fā)展與特點鍋筒制造技術條件與標準鍋筒工藝流程,鍋筒結構,300MW亞臨界自然循鍋爐鍋筒結構簡圖1-半球形封2-筒身 3-起吊耳版 4-蒸汽引出管接頭 　　　　5-汽水引入管接頭 6-下降管 7-給水管 8-人孔裝置.,,鍋筒受壓元件常用的材料,鍋筒制造工藝的發(fā)展與特點,50年代主要開發(fā)與生產35T/h、75T/h～230T/h中、高壓

23、鍋爐，汽包筒體采用卷焊工藝60-70年代 開始陸續(xù)研制50MW ～200MW鍋爐，汽包筒體采用卷焊工藝80年代引進美國CE公司600MW 亞臨界鍋爐技術，并研制開發(fā)了300MW 亞臨界鍋爐技術，汽包筒體采用壓制工藝。目前我公司已裝備了重型卷板機，汽包筒體可以采用卷制或壓制，或卷壓結合制造工藝，大容量鍋筒主殼體材料也由單一的SA-299材料，擴展到DIWA353材料,鍋筒制造技術條件與標準,我公司制造的鍋爐汽包，200MW及以下的按

24、照30.2001.002（G）制造，300MW及以上的大容量鍋爐汽包按照HG4.2.3.3（1）制造，并同時滿足96版《蒸汽鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》的要求，打ASME鋼印的產品滿足ASME法規(guī)的要求。具體引用標準詳見如下：,鍋筒制造引用標準和技術條件,1、大容量鍋筒： 30.2000.286（E）金屬材料如廠驗收和檢驗標準　30.2003.343（B）鍋爐管接頭角焊縫超聲波檢驗規(guī)程　30.97.247 鍋爐對接焊縫超聲波檢驗規(guī)

25、程　HG40.1999.001 大容量蒸汽鍋爐制造內控技術條件　HG40.2003.006（B）大容量鍋爐鍋筒安全閥角焊縫超聲波檢驗規(guī)程　HG30.2000.003(D) 大容量鍋爐油漆包裝技術條件　HG30.2003.005(B) 大容量鍋爐受壓部件焊接技術條件　HG30.2003.006(C) 大容量鍋爐焊接接頭力學性能檢驗標準　HG30.2004.008(D) 大容量鍋爐焊接接頭金相檢驗方法　HG30.2003.01

26、2(B) 大容量鍋爐部件焊后熱處理技術條件　HG30.2003.053(C) 大容量鍋爐集中下降管角焊縫超聲波檢驗規(guī)程,HG30.97.050 坐式接管管座焊縫超聲波檢驗規(guī)程HG2.4.6.7(3) 大容量鍋爐水壓試驗技術條件HG4.1.1.1(2) 大容量鍋爐鋼材熱切割前預熱及鋼板切割零件技術件HG5.3.7.1(1) 大容量鍋爐鍋筒、集箱、減溫器、管路系統(tǒng)、連接管、泵入口集箱、啟動分離器和貯水箱的清理技術條件HG6.13.

27、2.2(2) 大容量鍋爐母材表面和焊縫表面的目視檢查和修磨30.2001.322 焊縫射線檢驗規(guī)程30.2001.323 焊縫超聲波檢驗規(guī)程30.2001.324 鋼板超聲波檢驗規(guī)程30.2001.328 濕粉連續(xù)法磁粉檢驗規(guī)程98-0730 原材料、焊縫、熱處理和無損檢驗產品識別標記的規(guī)定HG-E-980-234 鍋筒制造公差HG43002-85 鍋筒用起吊耳板,2、200MW及以下鍋爐汽包引用標準,30.2000.

28、286（E） 金屬材料入廠驗收和檢驗標準30.1998.273 P不大于2.5Mpa鍋爐鍋筒和熱水鍋爐以及P不大于1.6Mpa鍋殼鍋爐受壓元件制造技術條件30.96.243 鍋爐水壓試驗技術條件30.1999.044 鍋爐受壓元件焊接技術條件2000-0080 產品材料代用規(guī)定30.94.040 200MW鍋爐產品油漆、包裝及發(fā)貨技術條件96-0249 中低壓鍋爐焊接管孔尺寸1999-0201 鍋爐管孔中心距尺寸偏差98

29、-0730 關于原材料、焊縫、熱處理和無損檢驗產品識別標記的規(guī)定30.96.271 關鍵部件清潔度標準,大容量鍋筒制造公差,,鍋筒主要零部件制造,球形封頭壓制筒體成型（卷制/壓制）汽包焊接 總裝無損探傷 熱處理 汽包工藝流程,,高壓加熱器制造工藝,高加結構和常用材料簡介高加制造工藝的發(fā)展與特點高加制造技術條件與標準高加的工藝流程,高加結構,,1-水室 2-管板 3-外殼 4-管系,高加受壓元件常用的材

30、料,高加制造工藝的發(fā)展與特點,60-70年代 開始陸續(xù)研制開發(fā)50MW～200MW高加，管板為搖臂鉆鉆孔，管子管板為手工焊，脹接形式為機械脹接。80年代借鑒國內外技術，自行研制開發(fā)300MW機組高加，制造工藝上采用先進的管板自動堆焊，管板為深孔鉆打孔，管子管板全位置自動氬弧焊，管子管板采用液壓脹接等新技術2001年引進日本東芝公司600MW 高加技術，管子管板焊接采用內縮式焊口等新技術。,高加制造技術條件與標準,高壓加熱器除應滿足日

31、本東芝高加技術要求外，還應遵守1999版《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》、GB150-1998《鋼制壓力容器》和GB151-1999《鋼制管殼式換熱器》以及ASME法規(guī)第Ⅷ卷第一冊，《HEI給水加熱器標準》的要求。,高加制造引用標準和技術條件,30.2003.286（E） 金屬材料入廠驗收和檢驗標準30.2000.372（E） 壓力容器受壓元件焊接技術條件30.2001.322 焊縫射線檢驗規(guī)程30.2001.323 焊縫超聲波檢驗規(guī)

32、程30.2001.324 鋼板超聲波檢驗規(guī)程30.2001.327 液體滲透檢驗規(guī)程30.2001.328 濕粉連續(xù)法磁粉檢驗規(guī)程98-0730 原材料、焊縫、熱處理和無損檢驗產品識別標記的規(guī)定2000-0080 產品材料代用規(guī)定HG40.2002.014（B）高壓加熱器制造、檢驗和驗收技術條件JB4708－2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》JB4730-94 壓力容器無損檢測JB4726－4728-2000 壓力容

33、器用碳鋼及合金鋼鍛件JB/T4711-2003 壓力容器涂敷與運輸包裝40.2003.022 油漆、包裝及運輸技術條件,高加主要零部件制造工藝,原材料入廠檢驗及表面處理 水室制造 管系制造管子管板焊接管子管板脹接外殼制造總裝 無損探傷 熱處理,高加制造工藝流程,,,筒身的尺寸偏差,封頭的尺寸偏差,,管板、水封板、隔板孔徑加工公差,氣化爐制造工藝,氣化爐結構和常用材料簡介氣化爐制造工藝的發(fā)展與特點氣化爐制造技術條件

34、與標準氣化爐的工藝流程,氣化爐結構,,,激冷環(huán)及托磚盤中間段組件結構簡圖,,,氣化爐受壓元件常用的材料,氣化爐制造技術條件與標準,氣化爐制造、檢驗和驗收除了應滿足應遵守1999版《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》及GB150-1998《鋼制壓力容器》的有關要求，還應滿足HG20580～20585-98《鋼制化工容器制造技術規(guī)定》。,氣化爐制造引用標準和技術條件,30.2003.286（E） 金屬材料入廠驗收和檢驗標準30.2000.372

35、（E） 壓力容器受壓元件焊接技術條件30.2001.322 焊縫射線檢驗規(guī)程30.2001.323 焊縫超聲波檢驗規(guī)程30.2001.324 鋼板超聲波檢驗規(guī)程30.2001.327 液體滲透檢驗規(guī)程30.2001.328 濕粉連續(xù)法磁粉檢驗規(guī)程98-0730 原材料、焊縫、熱處理和無損檢驗產品識別標記的規(guī)定2000-0080 產品材料代用規(guī)定JB4730-94 壓力容器無損檢測JB4726～4728-2000 壓力容

36、器用碳鋼及合金鋼鍛件JB4708－2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》JB／T4709－1992《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》40.2003.022 油漆、包裝及運輸技術條件,氣化爐主要零部件制造工藝,原材料入廠檢驗及表面處理 燃燒室殼體制造 急冷室殼體制造激冷環(huán)內件制造頂部燒嘴和四個側壁燒嘴的制造與加工技術爐殼總裝主殼體焊接無損探傷 熱處理,頂部燒嘴組件工藝流程,,,,封頭分掰壓制及組焊工藝流程圖,,筒體卷制工藝流程圖