大型管式褐煤干燥機管板制造工藝及質(zhì)量控制

（承德石油高等?？茖W校工業(yè)技術(shù)中心，河北承德067000）

0 前言

管式褐煤干燥機屬于一種承壓設(shè)備，是一種多管式封閉式回轉(zhuǎn)圓筒，主要服務(wù)于坑口電廠的發(fā)電以及煤化工等行業(yè)[1]，其中管板是褐煤干燥機的主要受力部件，是一種大型整體式焊接鋼結(jié)構(gòu)件。管板表面鉆有大量圓孔且焊接于回轉(zhuǎn)筒體兩端，筒體內(nèi)大量干燥管兩端分別插入管板對應(yīng)圓孔并脹接，最后采用焊接加固。在整機設(shè)備運行過程中，由于回轉(zhuǎn)筒體、干燥管強烈振動，產(chǎn)生了各種不均衡、非周期作用力，動載荷大，且各種力及其產(chǎn)生的扭矩共同疊加，最終作用于兩端管板，導(dǎo)致管板受力不穩(wěn)定。因此管板的制造質(zhì)量是管式褐煤干燥機穩(wěn)定的基礎(chǔ)，也是整機正常運行的必要保障。

1 管式褐煤干燥機管板結(jié)構(gòu)

管式褐煤干燥機主體結(jié)構(gòu)焊接完成，結(jié)構(gòu)總體長度10668mm，管板直徑5300mm、厚度60 mm，采用Q370R鋼板，該鋼板的綜合力學性能和工藝性能良好，主要用于制造各類承壓的中低壓容器，有時還要承受高溫和腐蝕介質(zhì)[2]。兩端管板的中心位置開有φ1 320 mm中心軸圓孔，且管板其余位置均布1554 個φ103mm干燥管圓孔，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 管式褐煤干燥機主體結(jié)構(gòu)Fig.1 Main body structure diagram of tubular lignite drying machine

2 焊接坡口形式確定

管板在焊接過程中主要涉及到自身平對接焊及管板與回轉(zhuǎn)筒體T型焊接，由于鋼板厚度大，焊接過程中易出現(xiàn)未焊透現(xiàn)象導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體強度下降，因此，焊接坡口形式和尺寸是保證鋼板整體焊透的關(guān)鍵。根據(jù)鋼板厚度，平對接焊縫采用不對稱X型坡口，T型焊縫采用V型坡口，坡口形式和尺寸按照圖2、圖3所示加工，經(jīng)過生產(chǎn)實踐，該坡口形式對于防止未焊透起到關(guān)鍵作用，探傷合格率達100%。坡口制作時要求打磨清理坡口表面及兩側(cè)30 mm范圍內(nèi)，無氧化皮、熔渣、油污及水銹。坡口表面用5倍（含5倍）以上放大鏡進行宏觀檢查，無裂紋、分層等缺陷[3]。

圖2 鋼板平對接坡口形式Fig.2 Groove diagram of butt joint in steel

3 焊接參數(shù)確定

圖3 鋼板T型對接坡口形式Fig.3 Groove diagram of T-type butt joint in steel

為保證焊縫根部質(zhì)量，目前多采用焊條電弧焊或TIG焊打底，但這兩種打底焊方法對操作者技術(shù)要求高、生產(chǎn)率低，特別是焊條電弧焊的焊縫質(zhì)量難以保證；TIG焊雖可保證打底質(zhì)量，但成本太高；而采用CO2氣體保護焊和埋弧焊焊接操作簡便，效率高。因此，根據(jù)NB/T47014-2011《承壓設(shè)備用焊接工藝評定》標準，對40 mm厚Q370R鋼焊接接頭采用CO2氣體保護焊打底、CO2氣體保護焊或埋弧焊填充及蓋面兩種方法進行焊接工藝評定。埋弧焊焊接時，由于其熱輸入大于焊條電弧焊，易造成焊縫低溫韌性惡化，所以選用SJ101燒結(jié)焊劑配焊絲H10Mn2[4]。試驗結(jié)果如表1所示。

表1 焊接接頭力學性能Table 1 Mechanical property of welded joint

由表1可知，兩種方法斷裂位置均位于母材，表明焊縫抗拉強度高于母材；焊縫具有良好的力學性能，且面彎、背彎部位外表面（受拉面）未發(fā)現(xiàn)裂紋和裂縫；焊接接頭具有良好的塑性和韌性，滿足工作要求，驗證了焊接參數(shù)的合理性。因此，管板拼接焊及管板與筒體T型對接焊焊接參數(shù)根據(jù)工藝評定確定，如表2、表3所示。

表2 埋弧焊焊焊接參數(shù)Table 2 Welding parameters of SAW

表3 CO2氣體保護焊焊接參數(shù)Table 3 Welding parameters of CO2gas metal arc welding

4 管式褐煤干燥機管板生產(chǎn)工藝流程

4.1 管板焊接生產(chǎn)工藝流程及質(zhì)量控制

（1）管板、回轉(zhuǎn)筒體下料前必須進行復(fù)檢。復(fù)檢可以是同一爐號或者是逐張復(fù)檢，理化復(fù)檢結(jié)果應(yīng)完全符合GB713-2014（鍋爐與壓力容器用管板）要求，不符合要求的鋼板不允許加工。為防止管板與回轉(zhuǎn)筒體焊接時產(chǎn)生變形造成后續(xù)無機加工余量，管板可由3塊厚度70 mm鋼板拼焊而成，且管板拼接焊縫最多不能超過2條，焊縫必須與母材齊平。原方案擬采用3塊120°板料進行拼接，經(jīng)受力分析，這種拼接方法在干燥機轉(zhuǎn)動時易降低管板強度，通過對比，最終決定采用一塊板寬大于1 520 mm（鋼板中間需切割孔直徑φ1 300 mm）的長方形板，另外再用2塊鋼板補圓。由于管板的材質(zhì)為低合金高強鋼Q370R（碳當量約為0.42%，且鋼板厚度大于50 mm時淬硬傾向增大），鋼板復(fù)檢合格后應(yīng)進行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度大于等于150℃[5]。管板組裝方案的對比如圖4所示，該方案焊接任務(wù)量雖然加大，但拼接焊縫減少，且保證了管板的整體性。管板拼焊校平之后對焊縫進行探傷，拼接焊縫應(yīng)進行100%射線檢測和100%超聲波檢測，分別按JB/T4730.2（3）-2005標準Ⅰ級和Ⅱ級合格。當鋼板厚度大于32 mm時，焊接拘束應(yīng)力增大，應(yīng)進行焊后緩冷措施消除應(yīng)力，防止冷裂紋產(chǎn)生[6]。因此探傷合格后對管板進行熱處理以去除殘余應(yīng)力，電加熱溫度約為500℃，且保溫10 h以上。

圖4 管板組裝方案對比Fig.4 Assembly scheme comparison of end plate

（2）根據(jù)要求管板最終平面度必須控制在2 mm以內(nèi)，因此，管板拼焊完成且探傷合格后，可先將前、后管板與回轉(zhuǎn)筒體兩端第一節(jié)筒體組焊，這樣有利于在鉆孔之前去掉管板與筒體的焊接殘余應(yīng)力，而不會導(dǎo)致管板變形及出現(xiàn)難于保證管板平面度等情況。

前、后管板在與回轉(zhuǎn)筒體組對前應(yīng)先在管板上劃好筒體外圓線，將筒體按照劃線的軌跡先點焊在管板表面，待檢查合格后再進行焊接，焊接時為防止焊渣飛濺到管板內(nèi)表面而影響表面光潔度，需用一層橡膠板蓋住管板內(nèi)可能受影響的部位。為防止對管板產(chǎn)生變形，焊接時應(yīng)采用小電流、錘擊消除應(yīng)力的方式進行焊接，使用兩人對稱的方位同時施焊。焊接完成后先檢查管板的平面度，管板平面度如果超差大于10mm必須進行校平，然后對焊縫進行磁粉探傷，探傷按照JB/T4730.1-2005執(zhí)行，Ⅱ級合格。

4.2 管板機加工生產(chǎn)工藝流程及質(zhì)量控制

管板機加工制作難點在于如何保證管板孔線位置度、鉆孔和鏜孔的精確度。通過不斷改進工藝并對比，可采取以下方案進行：

（1）管板與筒節(jié)組焊完成并驗收合格后安裝在10 m立車上，對管板內(nèi)、外圓進行粗加工，單邊留5 mm余量，之后在管板表面劃孔位線，條件允許可以直接用CNC編程鉆孔，為確保CNC編程無誤，可先進行劃線然后通過兩者的對照來確定編程程序是否正確，如現(xiàn)場CNC工作臺面尺寸無法滿足要求，必須進行劃線（為減少工作量，一臺管式褐煤干燥機的管板可以只劃一塊），劃線前必須先做好一個模板，該模板為整個管板的1/6且需按照前面加工的尺寸制作，模板上所有孔都必須在CNC上按照要求進行編程鉆孔并進行檢查，該模板上的孔無需加工至φ103 mm，只要符合樣沖外徑可采用輕微的間隙配合。劃線時必須是對稱旋轉(zhuǎn)進行，用樣沖找出每個孔的中心，然后規(guī)劃出每個圓的外徑，要求管板內(nèi)的外圈的孔直徑為φ99mm，管板中間的孔為φ103 mm，并在這些圓的周圍打8個或更多的樣沖眼用于管板鏜孔時找正，劃線完成后必須檢查整塊管板劃線質(zhì)量，以滿足管孔以及管橋間隙要求。

（2）對劃好線的管板進行鉆孔。為保證2塊管板管孔的同心度，前后2塊管板疊加在一起進行鉆孔，鉆孔最大直徑可達φ80 mm。鉆孔時必須找正圓心，鉆孔可以分2～3步進行：首先用φ10mm鉆頭找正中心孔，然后用φ30～35 mm鉆頭按照φ10 mm的軌跡鉆孔，最后用φ80 mm鉆頭加工。必須嚴格控制所有鉆孔程序，不能出現(xiàn)鉆歪、鉆偏現(xiàn)象，鉆孔過程中需用螺栓把合好管板，防止兩管板中間的間隙出現(xiàn)積屑、錯位等現(xiàn)象。必須保證鉆頭垂直且排屑順暢、正常，現(xiàn)場最好保證有2臺鉆孔直徑達100 mm以上的搖臂鉆同時工作，這樣應(yīng)力就不會集中到某處，管板不容易變形。

（3）鏜孔是管板制作工序的關(guān)鍵。為保證管孔大小能夠滿足尺寸要求，要求在開始鏜孔之前先檢驗并校準量具，為防止量具出現(xiàn)偏差而影響整個工件質(zhì)量，制造過程中還應(yīng)隨時抽檢量具。鏜孔時必須按照之前劃線時打的樣沖眼進行找正。為保證加工后的管孔能夠滿足粗糙度要求，可分三次加工：第一次的進刀量可以稍微大些，第二次的進刀量控制在3～4 mm，第三次的進刀量最重要，是決定管孔粗糙度的關(guān)鍵，應(yīng)控制在1～2 mm。另外管板鏜孔過程中，加工好的孔不允許出現(xiàn)縱向溝槽和積瘤的現(xiàn)象，這要求加工時不能出現(xiàn)熱量集中、排屑不暢等情況。

如果劃線沒有問題，鏜孔工作就能完全按照要求進行，管橋大小能達到技術(shù)要求，但為了確保所有的管橋都能達標，鏜孔時需要時刻檢查，一旦發(fā)現(xiàn)問題可及時調(diào)整。管式褐煤干燥機是完全采用強力貼脹方式進行密封，如果管橋出現(xiàn)偏差（主要是管橋小于尺寸要求）將給脹管帶來很大的負面影響，所以絕對不允許發(fā)生管橋出現(xiàn)偏差的情況。鏜孔結(jié)束后，將管板與筒節(jié)安裝在10 m立車上，對管板厚度、內(nèi)外圓進行車削至尺寸要求，管板在車削時，由于管孔數(shù)量大，為了避免產(chǎn)生崩刀等現(xiàn)象破壞管孔質(zhì)量，應(yīng)盡量使用低轉(zhuǎn)速、小的進刀量，分多次切屑。另外所有的管孔以及管板加工面必須做好防腐防銹處理，待管板驗收合格后才能進行下道工序。

5 結(jié)論

從焊接、機加工、質(zhì)量控制三方面對大型管式褐煤干燥機管板制造進行系統(tǒng)說明。通過采取上述工藝方法并在制造過程中控制關(guān)鍵部位質(zhì)量，大幅提高了管板的制造質(zhì)量，有效解決了大型結(jié)構(gòu)制作過程中焊接變形大、控制難、尺寸精度難等質(zhì)量問題，不僅大大降低返修率、滿足產(chǎn)品質(zhì)量的要求、提高生產(chǎn)效率，而且保證了整機設(shè)備運行的穩(wěn)固，同時為同類回轉(zhuǎn)大型結(jié)構(gòu)的制作及使用奠定基礎(chǔ)。

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