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鍋爐冷水壁振動(dòng)時(shí)效工藝應(yīng)用
閱讀:330 發(fā)布時(shí)間:2022-4-11超臨界鍋爐冷水壁采用耐熱合金鋼,主體材料為15CrMoC、12Cr1MoVG、SA213-T23、7CrMoVIB10-10。連接方法采用埋弧焊,焊后存在較大殘余應(yīng)力。行業(yè)通常采用熱處理消除合金鋼管排的焊接殘余應(yīng)力。但熱處理工藝耗能大、污染大、周期長(zhǎng)、工藝變形大、且受爐膛尺寸限制等影響,因此需要其他方法進(jìn)行消除應(yīng)力。
本文采用振動(dòng)時(shí)效技術(shù)消除殘余應(yīng)力,對(duì)振動(dòng)時(shí)效前后和熱時(shí)效后分別測(cè)量焊接殘余應(yīng)力,通過(guò)與熱時(shí)效效果對(duì)比全面評(píng)估振動(dòng)時(shí)效工藝實(shí)用性。
振動(dòng)時(shí)效工藝及效果評(píng)定
試件介紹
選擇超臨界鍋爐水冷壁側(cè)墻灰斗螺旋管屏進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效試驗(yàn),試驗(yàn)在3塊管屏上進(jìn)行,管屏編號(hào)分別為1、2和3號(hào),管屏均由48根管子組成,管子節(jié)距為54mm,管屏材料由管子和扁鋼組成,管子材料為15CrMoG,規(guī)格Φ38.1mm*7.2mm,扁鋼材料為SA387-Gr12CL,規(guī)格Φ16.4mm*15.9mm。
振動(dòng)時(shí)效工藝
對(duì)3塊水冷壁管屏分別進(jìn)行了不同方案的振動(dòng)時(shí)效工藝:1號(hào)管屏支撐點(diǎn)4個(gè),激振器安裝在水冷壁端部;2號(hào)管屏支撐點(diǎn)4個(gè),激振器安裝在水冷壁中部;3號(hào)管屏支撐點(diǎn)7個(gè),激振器安裝在水冷壁中部和端部,振動(dòng)2次。
振動(dòng)時(shí)效效果分析
從1號(hào)水冷壁管屏振動(dòng)時(shí)效前后的殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)可以看出,振動(dòng)時(shí)效可以明顯的降低*大主應(yīng)力,增加最小主應(yīng)力。因此,1號(hào)水冷壁管屏采用的振動(dòng)時(shí)效工藝是可行的。
從2號(hào)水冷壁管屏振動(dòng)時(shí)效前后殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)可以看出,通過(guò)振動(dòng)時(shí)效,水冷壁中部的2-1號(hào)——2-4號(hào)4個(gè)點(diǎn)的*大主應(yīng)力降低,最小主應(yīng)力增加,振動(dòng)效果明顯;但水冷壁端部的2-5號(hào)——2-7號(hào)3個(gè)點(diǎn)的*大和最小主應(yīng)力都增加,振動(dòng)效果不佳。主要是因?yàn)?號(hào)水冷壁管屏較長(zhǎng),采用4個(gè)橡膠墊支撐,整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛性較差。靠近激振器較近的中部,施加振動(dòng)后,動(dòng)應(yīng)力能夠很好的與殘余應(yīng)力進(jìn)行疊加,從而降低殘余應(yīng)力。但是離激振器較遠(yuǎn)的端部,由于剛性差,施加的動(dòng)應(yīng)力容易傳遞走,從而造成振動(dòng)效果差。
針對(duì)2號(hào)水冷壁管屏的振動(dòng)時(shí)效效果,進(jìn)行3號(hào)水冷壁管屏振動(dòng)時(shí)效時(shí),采用7個(gè)支撐點(diǎn),激振器安裝在水冷壁中部和端部,振動(dòng)2次。從3號(hào)水冷壁管屏振動(dòng)時(shí)效前后殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)可以看出,振動(dòng)時(shí)效可以明顯地降低*大主應(yīng)力,增加最小主應(yīng)力。因此,對(duì)于較長(zhǎng)的水冷壁,采用3號(hào)水冷壁管屏的振動(dòng)時(shí)效方案是可行。
振動(dòng)時(shí)效工藝與熱時(shí)效消除率對(duì)比
對(duì)1號(hào)水冷壁管屏,同時(shí)進(jìn)行了熱處理,熱處理工藝參數(shù)為(660-700)℃*1h;比較焊態(tài)、振動(dòng)時(shí)效及熱處理3種情況下的焊接殘余應(yīng)力。從3種狀態(tài)下的焊接殘余應(yīng)力比較可以看出,采用振動(dòng)時(shí)效和熱處理都可以明顯的降低*大主應(yīng)力。
綜合力學(xué)性能試驗(yàn)
為了評(píng)估振動(dòng)時(shí)效的可行性,比較了焊態(tài)、振動(dòng)時(shí)效和熱處理三種狀態(tài)下焊接接頭的側(cè)彎性能、微觀組織、顯微硬度和拉伸性能。
側(cè)彎試驗(yàn)
從3種狀態(tài)下焊接接頭的側(cè)彎性能的比較可以看出,3種狀態(tài)下的側(cè)彎性能都是合格的,即使彎曲角度達(dá)到180°,側(cè)彎性能也合格。因此,振動(dòng)時(shí)效后,焊接接頭的側(cè)彎性能滿(mǎn)足要求。
拉伸試驗(yàn)
試樣應(yīng)按照GB/T228加工成板狀拉伸試樣,并在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,所有試樣的斷裂位置都是在母材上。從3種狀態(tài)下的力學(xué)性能比較可以看出,熱處理和振動(dòng)時(shí)效技術(shù)對(duì)材料的抗拉強(qiáng)度沒(méi)有影響,但對(duì)屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率有影響,振動(dòng)時(shí)效稍微地增加了材料的屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率,熱處理可以顯著地提高材料的屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率。
顯微硬度試驗(yàn)
焊縫和熱影響區(qū)的組織都是索氏體,從3種狀態(tài)下的顯微硬度比較可以看出,3種狀態(tài)下的*高顯微硬度出現(xiàn)在焊接熱影響區(qū),焊態(tài)條件下顯微硬度*高,達(dá)到260HV。熱處理狀態(tài)的顯微硬度*低,在210HV以?xún)?nèi)。而振動(dòng)時(shí)效可以降低焊接接頭的顯微硬度,*高值為246HV,*低值為195HV。振動(dòng)時(shí)效工藝滿(mǎn)足焊接接頭硬度的要求。
結(jié)論
1. 采用振動(dòng)時(shí)效工藝消除焊接水冷壁的焊接殘余應(yīng)力,可以明顯地降低*大主應(yīng)力,增加最小主應(yīng)力,減小了結(jié)構(gòu)的剪切應(yīng)力,使焊接殘余應(yīng)力分布更加均勻,結(jié)構(gòu)更加安全;可考慮采用振動(dòng)時(shí)效工藝代替熱時(shí)效消除1Cr-0.5Mo水冷壁管屏殘余應(yīng)力;
2. 對(duì)于較短水冷壁的振動(dòng)時(shí)效工藝,可以按照1號(hào)水冷壁管屏的振動(dòng)時(shí)效工藝進(jìn)行,對(duì)于較長(zhǎng)水冷壁的振動(dòng)時(shí)效工藝,可以按照3號(hào)水冷壁管屏的振動(dòng)時(shí)效工藝進(jìn)行;
3. 15CrMoG 水冷壁管屏采用振動(dòng)時(shí)效工藝,焊接接頭綜合力學(xué)性能和顯微硬度均滿(mǎn)足焊接工藝評(píng)定的要求。振動(dòng)時(shí)效工藝可以提高材料的屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率,而對(duì)抗拉強(qiáng)度沒(méi)有影響;但是熱處理除了可以提高材料的屈服強(qiáng)度外,還對(duì)提高斷后伸長(zhǎng)率尤為顯著。
4. 振動(dòng)時(shí)效使被處理的工件產(chǎn)生亞共振,因此振動(dòng)時(shí)效時(shí)的噪聲較大,需要進(jìn)行適當(dāng)防護(hù)。