注汽锅炉对流管板加工工艺研究

时间:2022-03-30 08:41:04

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注汽锅炉对流管板加工工艺研究

【摘要】通过火焰切割和空气等离子弧加工比较,研究空气等离子切割工艺参数控制规律,实现出口锅炉对流段管板精细加工,解决管板加工开孔挂渣和切割精度问题,保证管孔切割质量和后续的穿管顺畅程度及焊接对位质量,在提高工效和质量的同时,改善了作业人员的作业环境、也减轻了作业强度。

【关键词】出口锅炉;管板加工;空气数控等离子

1引言

某公司制造的出口锅炉对流段重要部件管板(长2813mm、高3370mm),共开234个孔(分别为准138mm和准100mm孔),这些孔沿对流段管板布局集中分块均匀分布,板厚为δ=16mm/Q235B,孔间距最小处14mm,特点是孔距近、管孔密集,如加工不当造成管孔直径偏大,导致管孔外缘间距过小,会影响管板强度;若加工孔偏小,造成对流段炉管穿管困难或者压根就穿不进去,还对高温热膨胀产生影响。由于管板尺寸过大,要进行高度方向拼版,这就要求加工好的管板,管孔要错开焊缝并沿焊缝两侧对称分布,确保管板强度。因此,对注汽锅炉管板加工进行工艺研究,实现精密加工势在必行。

2筛选加工工艺

2.1加工工艺方法研究。因没有装备空气等离子切割设备,油田注汽锅炉制造对流段管板常采取两种加工工艺:机械冷加工工艺和氧气乙炔火焰热切割加工工艺。机械冷加工的设备通常采用立式镗床镗孔加工管孔,由于镗床加工管孔过程轴向力和扭矩较大等因素的影响,不易折断切屑,黏结住了切屑,致使切屑难以排出,最终可能导致加工硬化,同时加快刀头切削角磨损;在加工管板时,由于管板幅度大、刚度较差,频繁产生共振,也导致加工偏差,进而对进给量、镗削速度进行限制,致使镗孔生产工效低,影响出口锅炉工期时限。常规的氧气乙炔火焰热切割加工存在管孔挂渣和清渣、管板变形大等问题外,由于管板的管孔密集、间距小,加工精度难以保证,为后续矫正变形和穿管造成极大困难[1]。空气等离子切割是逆变电源、等离子切割技术和数控技术集成的新技术,是工件切口处的局部金属被由逆变电源产生的高温等离子电弧发出的热量熔化(和蒸发)的切割加工过程,由于空气中含体积分数约78%的氮气,因此,利用加压的高速压缩空气对等离子切口处产生的熔渣进行吹扫,其主要优点在于等离子电弧的能量大,切割速度快,提高了加工精度、节约材料、提高了劳动生产率。尤其在切割普通碳素薄钢板时,加工出的工件变形小、切割面光洁、精度高的管板管孔,效率是氧气乙炔切割的5~6倍[2]。2.2加工方法试验。以现有加工条件,使用氧气乙炔火焰热切割加工和空气等离子加工进行加工进行试验。通过实际试验验证,加工注汽锅炉管板,氧气乙炔火焰热切割加工的管板变形严重,管孔表面夹渣,端面切痕严重,焊嘴烧损严重,不符合管板加工要求。为获得良好的出口锅炉管板加工质量,利用空气等离子切割,首次进行加工试验。切割时,为获得能量的高密度,采取大幅缩小喷嘴孔尺寸产生极高压缩弧,配合压缩加压空气,通过等离子切割加工的管板,管孔成型效果良好。在切割板厚为δ=16mm/Q235B的普通碳素钢管板时,速度约可达氧气乙炔火焰热切割加工的5倍,切割断面光洁,热变形小,几乎没有热影响区,变形极小,符合出口锅炉管板质量要求,最终选取空气等离子切割加工注汽锅炉管板。

3空气等离子精密切割加工对流段管板

影响等离子切割质量的主要因素包括:1)控制保持切割斜角在0°:通过调节割炬高度、调节弧压来实现调整切割斜角;2)高速熔渣量、顶部熔渣量的多少可以通过逐步减少弧压来消减,直至消除;3)调整切割速度至1200mm/min,有效消除了切割截面上的波纹深度;操作切割机时,及时清理割嘴上的飞溅熔渣,也能消减切割截面上的波纹,而且还能使割嘴的使用寿命加长;4)稳定弧柱电压和控制空载电压:足够高的空载电压是空气等离子切割引弧容易和离子弧燃烧稳定的条件,保持弧柱电压在空载电压的约1/2,提高弧柱电压来增加等离子弧的功率,加快切割速度或者切更厚的板;通过气体流量调节和电极内缩量加大,调节弧柱电压,弧柱电压超过65%的空载电压时,等离子弧处于不稳定状态;5)气体流量的控制:气体流量的增加会提高了弧柱电压,使弧柱的压缩作用增强,集中能量的等离子弧形成更强的喷射力,提高了切割质量和速度。但过大的气体流量使弧柱变短,导致损失热量增加,进而切割能力减弱,不能开展正常切割过程;6)割嘴高度调整:确保合适的被割工件表面至割嘴端面4~10mm的割嘴高度距离才能充分体现等离子的切割效率。同样和上面提到的电极内缩量,不合适的距离,会使割嘴频繁烧损,更谈不上切割质量和切割效率。以上各种因素直接影响等离子弧的压缩效应,也就是影响等离子弧的温度和能量密度,而等离子弧的高温、高能量决定着切割速度,所以以上的各种因素均与切割速度有关。在保证切割质量的前提下,应尽可能地提高切割速度,不仅提高了生产率,还能减少被割零件的变形量和割缝区的热影响区域。若切割速度不合适,其效果相反,而且会使粘渣增加,切割质量下降。通过对上述影响等离子切割的重要因素的研究发现,这几个因素都对等离子弧的压缩效应产生直接作用,进而决定等离子弧的能量密度以及温度高低。而最能直观体现的切割速度就是由等离子弧的高能量密度和高温度决定的,因此,切割速度就与上述的几个因素密切关联了。对于用空气等离子精密加工切割对流段管板来讲,工效的提升就是在既保证切割质量又能获得尽可能高的切割速度,同时减小空气等离子加工切割对流段管板的变形量和热影响区域。

4管板切割实际效果

锅炉管板共开孔234个,沿对流段管板布局集中均匀分布。管孔错开焊缝并沿焊缝两侧实现对称分布,确保管板强度。采用空气等离子加工单个对流段管板用时120~150min完成,加工效率高;板孔表面加工质量良好,开孔表面光滑,无残渣附着,不存在严重挂渣或收弧凹坑;空气等离子加工成型后的管板装配在对流段上,后续完成不锈钢衬套焊接后,顺利完成穿管焊接作业,极大地提高了出口注汽锅炉制造工效。

5结语

此次通过出口锅炉对流段管板空气等离子切割加工工艺研究,并得到良好的成活质量,通过加工方法的研究和试验、设置合适的工艺参数,实际效果显示管板加工开孔无挂渣及得到了较高的切割精度、热变形小,保证了后续的穿管顺畅程度及焊接对位质量,在提高工效和质量的同时,也改善了作业人员的作业环境,减轻了作业人员的劳动强度,更重要的是为出口锅炉制造任务的及早完成赢得了时间。

【参考文献】

【1】李寿全,张幼民.数控等离子切割下料的质量控制与测量[J].锻压装备与制造技术,2014(6):46-48.

【2】陆雄.数控等离子切割机工作原理及质量分析[J].中国设备工程,2014(11):59-62.

作者:白云冰 单位:新疆油田公司工程技术公司