1 概述
目前高效清洁的燃煤发电技术越来越受到重视，高效百万超超临界锅炉比常规超超临界机组热效率提高0.92%，由于蒸汽压力和温度提高，该类机组在高温段蛇形管方面大量使用了不锈钢内喷丸管，此类管材在成型、加工、热处理等过程与常规不锈钢管相比均有特殊要求，为生产带来很大困难。此类机组炉膛水冷壁采用内螺纹管垂直管圈，炉膛水冷壁管屏采用ф28.6 12Cr1MoVG 材料，对于该材料膜式壁要求进行焊后热处理，此类小管径、长管屏焊后热处理变形的控制是难点。同时，高温段设计温度和压力的提升也提升了此部分集箱的材质和规格，在集箱管孔加工、管接头装配、焊接等过程中也出现一些难点。通过试验和生产研究，现对生产制造技术进行简要论述。
2 水冷壁膜式壁制造工艺方面
百万超超临界锅炉水冷壁采用垂直管圈，燃烧器采用墙式布置单层双切圆燃烧的方式，燃烧器上方布置燃风，燃烬风同样为墙式布置双层双切圆燃烧方式。
2.1 材料特点
2.1.1 水冷壁部件大量使用12Cr1MoVG 材质，具体部件包括前水冷壁上部、后水冷壁上部、侧水冷壁上部、中部水冷壁散管管屏（前/后/左/右）、燃烬风喷口管屏(一/二/三/四)等11个部件，占整台锅炉水冷壁部件数的41%。12Cr1MoV 钢属于珠光体低合金耐热钢，由于碳当量较大，钢材本身的淬硬倾向较大，若产品结构拘束度较大，则在氢的作用下，会导致冷裂纹的产生。12Cr1MoV 钢中的基本化学成分Cr、Mo 均为碳化物的形成元素，具有析出强化作用，但在Cr-Mo 钢中添加V 会增大再热裂纹倾向，若预热温度偏低、焊接线能量偏大等容易产生再热裂纹。
2.1.2 12Cr1MoVG 管屏制难点及控制措施。 采用12Cr1MoVG 管材生产的管子及管屏当壁厚＞6mm 时，需要进行去应力退火热处理；而水冷壁部件中，燃烧器喷口管的焊后热处理容易产生变形，为控制变形需要采取相应的措施，采用整体进炉热处理，带装配架子进炉，平稳摆放支垫，保证支撑点数量，每炉控制装炉量，认真摆放，一旦出现热处理变形，采用火焰校正时要有相应的测温措施。
2.2 燃烬风燃烧器喷口管屏的制造
2.2.1 结构特点。高效百万超超临界锅炉燃烬风为墙式双切圆双层布置，结构总如见图1。燃劲风喷口管屏分别布置在炉膛的前墙和后墙，一层八只燃烬风形成双切圆的燃烧方式，一台锅炉两层共16 只燃烬风喷口管屏。
图1 燃烬风燃烧器喷口管屏结构和布置型式
2.2.2 制造过程中的难点。管屏制造工艺与常规的百万超超临界锅炉燃烬风喷口管屏相同，仍为分片制造，再采用装配胎具进行组装，但是高效百万超超临界锅炉燃烬风喷口管屏管子材质为12Cr1MoVG，壁厚为5.8MWT,生产时需要进行焊后热处理，因而生产存在以下难点。
a.此类异型管屏热处理时容易变异，因此焊接以及热处理变形的控制是此管屏制造的难点。b.沉头螺栓热处理问题，焊接顺序问题等等。
图2 沉头螺栓装焊图
2.2.3 采取的工艺措施。a.管屏在分片制造时，装焊采用间隔法、对称法从源头开始控制管屏的焊接变形。同时在组装时对于管屏口区以及两端采用型钢进行加固支撑，并且带加固支撑一起进行焊后热处理。b.根据管屏结构，在管屏上下两端部成洼兜区域，按照管屏管子的走向对管屏进行加固，在焊制热处理支撑架时通过把管屏端部与底框架固定、在管屏内侧增加支撑的形式，可有效减少热处理变形。管屏热处理后经过检查，管屏几乎无变形。c.生产之前对沉头螺栓进行热处理试验，确定沉头螺栓整体强度及螺纹强度均满足设计需要。通过调整热处理支架，避开螺栓位置，最终确认螺栓再分片组装前与法兰盘焊接。d.管屏在热处理支垫平稳，单屏进行热处理。管屏生产现场见图2。
3 蛇形管部件制造工艺方面
百万高效超超临界锅炉与非高效超超临界锅炉相比，由于产品设计温度和压力的提高，高温段管屏部件上大量采用了SA-213T91、SA-213T92、SA-213TP310HCbN 及 SA-213S内喷丸、SA-213TP347HFG 内喷丸等材质，管子规格有所变化。
3.1 高温段管屏特点和工艺措施
3.1.1 内喷丸材料特点。 管屏首次采用新材料SA-213S 内喷丸、SA-213TP347HFG 内喷丸。为保证产品制造质量，生产前对此新材料进行了研究。
喷丸处理能在材料表面引入压应力、提高表面硬度，从而延长结构的疲劳寿命和提高抗应力腐蚀性能，可以提高奥氏体不锈钢的抗氧化性能。超超临界锅炉的高温段管屏在高温工况下长期运行，SA-213S（Super304H）、HR3C、SA-213TP347H等不锈钢材料在内壁氧化形成Fe3O4和FeCr2O4(即尖晶石型复合氧化物FeOoCr2O3)。由于不锈钢的热膨胀系数较大，在锅炉启动和停炉时随着热应力的变化，较厚的氧化皮容易剥离，剥离氧化物极容易在下弯头处沉淀堆积而阻塞汽流通道，致使管壁超温而导致爆管。为提高不锈钢管的抗氧化性能，内壁喷丸强化处理技术得以推广应用。
3.1.2 内喷丸材料试验结果。为解决实际生产中可能遇到的问题，针对内喷丸管进行了弯管、管端加工、热处理试验，研究部分工序对管材性能的影响及此类材料加工特点。试验结果如下：
a. 内喷丸不锈钢管的焊接性和机加性与常规材质相比较，并没有太大差异。b.内喷丸不锈钢管在进行弯曲成型时，当变形量超过15%后喷丸层开始产生鳞片状翘起或褶皱，随变形量增大趋于严重。此外，根据我公司的制造标准要求，当变形量超过15%时，需对变形区域进行固溶化热处理，而当热处理温度到达1000℃时，喷丸层已基本消失，不具备抗腐蚀能力，所以在内喷丸不锈钢管生产过程中，应避免变形量超过15%的冷成型加工。c.热校对内喷丸不锈钢管的影响因素较多，不同的热校温度和时间，对喷丸层的影响也不同。为避免对喷丸层的影响，实际生产中应尽量避免热校。
3.1.3 内喷丸不锈钢管管屏整体热处理问题。部分管屏部件同 时 存 在 SA-213T91/T92 和 SA-213S 内 喷 丸、SA-213TP347HFG 内喷丸材质，SA-213T91/T92 通常布置在管屏端部。由于SA-213T91/T92 焊接或成型后必须进行热处理，而管屏中的内喷丸管子经过热处理会导致内喷丸层强化效果消失，因此管屏无法进行整体热处理。
3.1.4 采取的工艺措施。a.对于尚未投料的部件，与设计者协商，在SA-213T91/T92 与内喷丸管之间增加非内喷丸不锈钢管过渡段，将SA-213T91/T92 与过渡段对接、热处理后，再与管屏其他元件对接。b.对于已投料的部件，与设计者沟通确定内喷丸管端部允许失效区域，将内喷丸管与SA-213T91/T92 对接端断一截短管，先将SA-213T91/T92 与短管对接、热处理后，再与管屏其他元件对接。c.对于SA-213T91/T92 存在弯管或附件焊接，处理方法同a 或b 在热处理前增加弯管、附件焊接等相应工序。附件装焊前应通过划线、对样等措施严格控制焊接位置，避免整体装配后附件位置串线。d.对于部分端部接壁厚大于6mm的12Cr1MoVG 管子的管屏，采取类似上述的措施进行控制。
3.2 高温段管屏中密封板的焊接问题
3.2.1 制造过程中的难点。分隔屏部件中存在SA-213T91 材质上焊齿形密封板结构，原则上SA-213T91 材质上不允许焊密封板。根据以往生产经验，此类结构焊后易出现延迟裂纹，影响产品质量，并且装配难度大，见图3。
图3 密封板结构图
3.2.2 采取的工艺措施。a.针对SA-213T91 材质上焊齿形密封板结构，反馈设计者在密封板位置增加不锈钢过渡段，即可避免密封板焊接后SA-213T91 管子出现延迟裂纹的问题。b.针对装配难度大的问题，通过试验确定了更加精确的密封板下料尺寸，减小密封板装配时管子与密封板之间间隙，降低焊接难度，避免强制装配。焊接时若密封板与管子之间间隙较大，则首先将间隙填满，然后再焊接到要求的焊角尺寸，在收弧填满弧坑以避免收弧裂纹。此结构焊接需进行焊前预热及焊后后热，故提制了相应的预热及后热工装，见图4。
图4 密封板装焊预热工装示意图
3.3 蛇形管管屏的变形控制
蛇形管管屏部件整体尺寸较大，装配、转运及热处理过程中可能会造成管屏变形，因此在实际生产中采取了部分防变形措施，主要包括：
a.将包装用的夹持角钢提到零件清单中，用于管屏的转送及热处理。同时对于分隔屏部件，在夹持角钢中间位置采用工艺用料所提供的铁丝加强夹持角钢的强度。b.根据工艺处对车间不锈钢的热校统计，对于带有空间弯的结构明显校正量大，弯头的校正量也明显较多。生产时，车间在来料状态、焊接、起吊、弯管、热处理和装配工序上加强控制，减少了管屏的校正量。
图5 末级过热器出口集箱结构图
图6 带分屑槽的钻头和管孔刀具
4 集箱部件制造工艺方面
4.1 总体结构介绍
高效超超临界机组相比常规超超临界机组，提高了主蒸汽出口压力和再热蒸汽出口温度，主要在过热器和再热器系统有所变化，体现在集箱总体结构上的变化是提升了部分高温段集箱材质及规格，为集箱部件的实际生产带来了一些困难。
4.2 高材质、大壁厚集箱制造工艺控制
4.2.1 部件简介。高温段过热器、再热器系统中的集箱普遍采用大壁厚的SA-335P91、SA-335P92 筒身材质。该材质硬度高、焊接性差、具有较强的冷裂纹倾向，为实际生产带来较大困难，实际生产过程中采取了多项控制措施，集箱结构见图5。
4.2.2 制造过程中的难点。a.由于集箱材质为SA-335P92，硬度较高，且壁厚为130mm，造成集箱开孔?335P92材质对焊接参数的选择、层间温度的控制、焊接过程及焊后后热等要求较高，焊接过程控制难度大。c. 由于集箱筒身为SA-335P92 材质且壁厚较厚，一旦发生变形或挠度超差，校正将十分困难。d.为充分满足设计性能，需严格保证SA-335P92 材料的最终硬度指标，制造过程中受热处理和焊接的影响，硬度控制较为困难。e.集箱小管接头管排焊好后，因结构原因探伤困难。f.集箱管接头较长、结构复杂，装配定位较为困难。
4.2.3 采取的工艺措施。a.筒身上钻通孔时，钻头上开分屑槽减少切削面积，降低钻头的使用强度，如图6 所示。加工HG04004 坡口时，采用10mm 厚的刀片进行管孔加工，加工过程中控制钻床转速在100r/min。b. 焊接时需按照焊接工艺规程（WPS）严格控制焊接参数、层间温度，焊前进行充分预热，焊接中断及焊接结束后及时进行后热处理并严格控制热处理温度。c.划线过程中，将筒身按焊后变形方向相反摆放；集箱装焊时在筒身下每隔3-4 米放置支架；整体热处理时，将筒身合理支垫，调整支垫高度一致，便于热处理过程中筒身自行调整。d.在筒身下料前进行硬度检查，集箱整体热处理后对筒身及环缝增加硬度检查工序；严格控制集箱各种热过程，避免筒身热校；热处理时控制火焰不能直接喷烧到集箱上。e.装焊管接头时，焊好一排后按相关技术条件进行无损检查，检查合格后再焊下一排，逐排焊妥小管接头。f.管接头装配时先装点若干基准管接头，然后将包装中的多孔板装上并点焊牢固，再装焊其他管接头。装焊其他管接头时通过孔板定位，以保证管接头形位公差符合标准要求。
5 结论
通过一系列试验及工艺制造技术的不断完善，积累了大量的生产经验，同时也满足了产品的设计要求，保证了其使用性能, 现已成功应用于多台锅炉的生产制造，锅炉现已投入商业运行，电厂反映良好。
文章来源：装备制造与教育 网址: http://zbzzyjy.400nongye.com/lunwen/itemid-38513.shtml
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