集箱的制造及焊接材料选用

集箱的工艺流程：筒体下料→加工坡口→环缝拼接（筒体、三通）→100%RT+100%MT→筒体钻孔→装焊弯头、端盖→100%RT+100%MT→装焊管接头及附件→100%MT→整体热处理→喷砂→矫正→水压试验→去余量→倒角→内部清理→涂装、包装。

（一）筒体的下料

集箱筒体一般都采用大直径无缝钢管。筒体的下料一般采用磁力气割机进行气割。此种方法是在磁力小车上加装火焰气割枪，由磁力小车吸附在管壁上带动气割枪做圆周运动，将管子割断，在切割厚壁管时，需要在割前预钻ϕ20mm的孔，如图11-34所示。这种下料方法具有操作简便、速度快、切口整齐的特点，切割前应根据筒体的壁厚和材质附加预热措施。但对于SA335P91等级材料的筒体，由于其热切割性能极差，可选用大型带锯床进行锯切下料，如图11-35所示。

图11-34 大直径管的磁力气割下料

1—磁力气割机 2—大直径管 3—支架

（二）弯头的压制

集箱或管道中的弯头大部分为大直径厚壁弯头，弯曲半径等于管径的1或1.5倍，采用压制的工艺。大直径厚壁弯头的弯曲角度有90°、75°、45°或40°、30°等，其中90°弯头最常用。

弯头的压制一般有两种方法：一种是毛坯全部采用大直径无缝钢管，通过多次压缩和挤压的方法来制成弯头，主要用于加工厚壁短半径弯头，为保证弯头圆度及减薄量的要求，必须控制每次压制前预变形的压扁量，最后采用精整模进行精校成形，如图11-36a所示；另一种是毛坯采用钢板，先压成两个弯曲的半圆瓦片，然后对接焊制而成，其焊缝采用全焊透结构，焊前背面加衬环，焊后清除衬垫，弯头两侧无直段，此种压制方法适用于壁厚较薄的弯头，如图11-36b所示。

图11-35 大直径管的大型带锯床下料

1—带锯机机头 2—带锯 3—固定夹块 4—大直径管 5—送料辊道

图11-36 大直径管压制弯头

a）厚壁压制弯头 b）薄壁压制弯头

弯头毛坯尺寸的确定通常应用如下公式：

1.毛坯管外径的计算公式

D=D₀+δ

式中 D——毛坯管外径（mm）；

D₀——弯头名义外径（mm）；

δ——外径余量（mm）。详见表11-26。

表11-26 弯头毛坯管外径余量 （单位：mm）

2.毛坯管壁厚的计算公式

T=t_min+10

式中 T——毛坯管壁厚（mm）；

t_min——弯头理论最小壁厚（mm）。

3.毛坯管长度的计算公式

L=kαπR/180

式中 L——毛坯管下料长度（mm）；

α——弯头角度（°）；

R——弯头名义半径（mm）；

k——修正系数，k=1.4。

（三）三通的焊接

我国锅炉行业中的三通制造大体分为：锻造挤压三通（以下简称锻压三通）、焊接三通、冲焊三通。几种三通的结构如图11-37所示。

图11-37 三种三通结构示意

a）腰鼓形锻压三通 b）等径焊接三通 c）等径冲焊三通

1—主管 2—支管 3—焊缝

锻压三通的毛坯采用大直径无缝管，经过开孔、预变形、翻边、精整、缩径等多次热压过程而成形。三通的结构一般要设计成等径三通，或支管直径小于主管直径，受到模具的限制，一般主管长度不超过1200mm、支管高度不超过200mm。

焊接三通的支管端部应加工成马鞍形坡口，焊缝外表面要求打磨成圆滑过渡，主管内孔棱角打磨出半径为r≥8mm的圆角，焊缝在热处理前后需分别进行100%RT+100%UT+100%MT的检测。

冲焊三通采用厚壁钢板，先冲压出三通的上下半圆瓦片，然后在上半瓦片上开孔、冲压翻边、精整，制造出三通的支管，最后将上下半瓦片对接，可采用窄间隙埋弧焊工艺方法拼接两条纵缝。

无论采用何种三通，其任何部位的实际壁厚必须大于理论最小壁厚，作为坯料的无缝钢管或钢板必须经过100%的超声波检测。焊接三通常用的焊接方法及焊接材料见表11-27。

表11-27 焊接三通常用的焊接方法及焊接材料(www.xing528.com)

冲焊三通纵缝常用的坡口型式及焊接材料的选择见表11-28。

表11-28 冲焊三通纵缝常用的坡口型式及焊接材料

（四）环缝的拼接

由于集箱在高温高压条件下运行，因此对环缝焊接的要求较高，必须是采用全焊透的接头形式。而集箱内径较小，无法通过内部施焊实现双面焊透，因此通常采用氩弧焊单面焊双面成形的工艺，以保证根部全焊透。常用的集箱环缝焊接工艺见表11-29。锅炉集箱常用的大直径无缝钢管牌号、规格及其焊接材料的选用见表11-30。

表11-29 常用的集箱环缝焊接工艺

表11-30 锅炉集箱常用的大直径无缝钢管牌号、规格及其焊接材料的选用

（五）筒体的钻孔

管孔的加工采用摇臂钻床或数控多轴钻床，采用数控多轴钻床加工管孔，具有生产效率高、管孔节距尺寸精确、设计的钻孔刀具可一次性加工出管孔的坡口等特点。

（六）管接头的装焊

集箱筒体上的管接头一般有两种：一种是直径超过101.6mm的大直径管接头，如集箱端盖和环缝附近开设的手孔管接头和阀座。另一种是直径小于101.6mm的小直径管接头，用于集箱与省煤器、过热器和再热器等管屏组焊。在集箱筒体全长度上焊有大量密排的小直径管接头，有的是长度小于300mm的短管接头，也有的是弯成一定形状、长度为300～1700mm的长管接头。

大管接头的接头形式为马鞍形，通常采用氩弧焊（包括手工和自动两种工艺）打底，焊条电弧焊或CO₂气保焊填充盖面的焊接工艺，其中CO₂气体保护焊，配以药芯焊丝，是近些年新兴的焊接技术，具有焊接效率高、焊缝成形美观的特点，其焊接效率可达到焊条电弧焊的2倍以上。

小管接头在集箱中数量最多，结构形式也最复杂，由于要与受热面管屏相接，为吸收管屏受热产生的膨胀量，一般小管接头均弯曲成一定形状，所以在装焊时，小管接头的定位十分关键。小管接头的装配采用定位多孔板的方法，即首先将位于集箱端部的各排小管接头装配定位，然后在管端拉线，并装配定位多孔板，将其余的小管接头再按照定位多孔板上的管孔进行装焊，这样就保证了所有小管接头的节距尺寸。

1.管接头焊接的工艺方法 集箱管接头角焊缝的坡口形式及焊接方法的选择见表11-31。

2.管接头焊接的焊接材料选用 常用集箱的管接头材质及焊接材料的选择见表11-32。

表11-31 集箱管接头角焊缝的坡口形式及焊接方法的选择

表11-32 常用集箱的管接头材质及焊接材料的选择

（续）

3.管接头焊条电弧焊的操作要求 对于直径≥ϕ101.6mm的管接头，其盖面层要求必须采用向上立焊，其他层采用平焊或横焊，每层之间的起弧及收弧处应错开10～15mm。向上立焊的起弧位置，分别为时钟的3点及9点钟位置，起弧及收弧处的搭接长度为5～10mm（包括其他层的搭接）。

对于其他小管接头则采用平焊或横焊，如管接头较长，每层无法连续焊接，则可分段焊接，即将焊缝圆周分成两段焊接，相对两个半圆周之间相差不得大于1层。接头处应留出梯形斜坡，接头处搭接长度为5～10mm，每层之间接头处应错开6～8mm。

4.大管接头药芯焊丝气体保护焊的操作要求 锅炉集箱大直径管接头采用马鞍形全焊透式结构。

（1）坡口形式 锅炉集箱马鞍形管接头药芯焊丝CO₂气体保护焊的坡口形式，如图11-38所示。

图11-38 锅炉集箱马鞍形管接头药芯焊丝CO₂气体保护焊的坡口形式

（2）焊接参数 焊接参数见表11-33。

（3）焊接位置 封底及填充焊时在横焊位置（即管接头中心线与水平面垂直，即平角焊），盖面焊时在立焊位置（即管接头中心线与水平面平行）。在肩部时焊枪与集箱筒体成45°，随着焊接位置的不同，焊枪与焊缝表面的角度在70°～90°之间变化，如图11-39所示。

表11-33 集箱马鞍形管接头药芯焊丝CO₂气体保护焊的焊接参数

注：封底焊采用实芯焊丝混合气体保护焊。

图11-39 锅炉集箱马鞍形管接头药芯焊丝CO₂气体保护焊的焊枪位置

a）横焊位置 b）立焊位置

（4）焊接操作技术 根据马鞍形管接头的特点，肩部坡口小，填充金属少，腹部坡口大，填充金属多。为使各层坡口内焊缝金属的填充量均匀，并保证肩部和腹部焊缝厚度趋于一致，在焊接过程中应注意适当增加腹部的焊道层数或摆动幅度。如图11-40a所示，一侧从肩部时钟位置的9点钟起弧焊接到4点钟收弧，反过来从3点钟起弧焊接到8点钟收弧，另一侧焊接方式同前。其他层按此方法继续施焊，可保证肩部和腹部的焊缝厚度基本相同。焊接过程中根据腹部焊缝的情况可随时调整重复焊道的长度，此外还应注意坡口外缘焊缝（道）之间圆滑过渡，保证马鞍形管接头焊缝的外缘形状。

图11-40 锅炉集箱马鞍形管接头药芯焊丝CO₂气体保护焊的焊接方向

盖面焊分两层焊接，第一层对马鞍形坡口焊缝进行局部填平补焊，使焊缝均匀、圆整、高度一致，为盖面焊打下基础；第二层进行成形盖面焊接。两层施焊方法如图11-40b所示，上面焊接时，从左右两侧肩部开始焊接，焊接时焊丝水平方向摆动，始终保持焊道与水平面平行，防止形成焊瘤。随着焊接的进行，焊道与管接头中心线的角度不断变化，焊至腹部最低点（两侧焊缝相接处）时形成一个三角形空焊区。在三角形空焊区接焊时，注意焊枪摆动幅度不能过大，电弧不能超过已焊焊道，以保证接头均匀，成形美观。