張 杰，高 敏

(煙臺國冶冶金水冷設(shè)備有限公司，山東 煙臺 265500)

基于Inconel625全螺旋堆焊管在耐磨、抗高溫腐蝕等方面的優(yōu)異性能，Inconel625全螺旋堆焊管逐步在轉(zhuǎn)爐煙道、垃圾焚燒余熱鍋爐等領(lǐng)域得到了推廣和應(yīng)用?？紤]到熱彎工藝會導(dǎo)致高溫下合金層接觸鋼制胎膜具致使合金堆焊層稀釋率加大，降低堆焊合金性能，我們采用了冷彎彎管工藝，從彎管設(shè)備的選擇，模具、夾塊的設(shè)計，以及彎管參數(shù)的選擇、回彈量等方面進行綜合考慮和工藝論證，并在我公司出口墨西哥全堆焊爐口段煙道上得到了全面的驗證和應(yīng)用。

1 Inconel625全螺旋堆焊管在冷彎中存在的問題

Inconel625全螺旋堆焊管是在20 G鋼管表面堆焊一層Inconel625材料，以增加材料的耐高溫、耐磨性、耐腐蝕性等性能，結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

圖1 堆焊管實物圖

Inconel625材料屈服及抗拉強度比20G鋼管高，而隨著屈服強度的增大，材料延展性能會下降，因此螺旋堆焊管在屈強比、硬化指數(shù)等影響材料延性指標方面與20G鋼管存在較大差異。

依據(jù)TSG11-2020鍋爐安全技術(shù)規(guī)程以及GB/T16507.5—2013水管鍋爐制造，鍋爐管彎管主要技術(shù)指標有：橢圓率、壁厚減薄率、表面質(zhì)量等。Inconel625螺旋堆焊管彎管中的缺陷主要表現(xiàn)為：圓弧處橢圓度超差；圓弧外側(cè)管壁減薄量過大；彎管處存在彎裂以及表面裂紋等。不同的彎曲半徑，缺陷表現(xiàn)的程度也不相同。

2 全螺旋堆焊管的冷彎管工藝

2.1 彎管設(shè)備

以Φ38×4.57-20G鋼管，Inconel625堆焊層1.8 mm為例。對比和論證后選用了63 mm頂推型小半徑液壓彎管機。該彎管如圖2所示，機設(shè)置了頂推油缸，頂推動作采用液壓位置伺服控制，速度和彎管速度同步，在管子彎曲的同時受軸向壓緊力的作用，可以有效解決應(yīng)變中性層內(nèi)移的問題；同時壓塊的壓緊力采用比例減壓閥控制，壓塊能跟隨彎管模的轉(zhuǎn)動而移動，有利于小彎曲半徑管的彎制。彎制需要的夾塊、模具、圓弧槽、滾輪等需要保證尺寸精度及表面粗糙度(見圖3)。

2.2 彎曲半徑的選擇

采用63 mm頂推型小半徑液壓彎管機，20G鋼管彎曲半徑一般不小于鋼管直徑的1.3～1.5倍；在滿足彎管橢圓率、減薄率及表面質(zhì)量的前提下，Φ38×4.57-20G鋼管最小彎曲半徑可以達到50 mm。

全螺旋堆焊管由于在20 G鋼管表面堆焊一層1.8 mm厚的Inconel625材料，使材料的屈服強度、延展率等發(fā)生較大變化，Inconel625的屈強比、硬化指數(shù)均高于20G材料，隨著材料強度的增大，其延展率會減弱。

(1)不同彎曲半徑下彎管外側(cè)堆焊層、碳鋼管厚度變化以及碳鋼管的減薄率對比見表1～表3。

表3 70彎曲半徑下彎管外側(cè)堆焊層、碳鋼管厚度變化、碳鋼管的減薄率對比

彎曲試樣及厚度檢測方法(數(shù)顯游標卡尺、超聲波測厚儀)見圖4：

圖4 彎曲試樣及厚度檢測

(2)彎管外側(cè)最小厚度。

依據(jù)GB/T16507.5—2013水管鍋爐制造標準，彎管外側(cè)最小厚度應(yīng)滿足：

式中：δa為彎頭外側(cè)壁厚，mm；R為平均彎曲半徑，mm；Do為管子公稱外徑，mm。

其中，δmin=δ1+C1

式中：δ1為直管的計算厚度，mm；C1為腐蝕裕量，mm。δ1、C1按GB/T 16507.4的規(guī)定取值。

經(jīng)過計算：螺旋堆焊管彎管外側(cè)最小厚度應(yīng)≥5.43 mm。

(3)不同彎曲半徑下彎管圓度對比。

管材彎曲時，由于中性層外側(cè)材料受切向拉應(yīng)力，中性層內(nèi)側(cè)材料受切向壓應(yīng)力，且其合力近似指向管橫截面中心，使彎管橫截面圓周方向產(chǎn)生變形和位移，其結(jié)果導(dǎo)致彎曲平面內(nèi)的管徑減小，垂直于彎曲平面的管徑增大，即產(chǎn)生橫截面的畸變，又稱作失圓，常用圓度來衡量截面畸變程度，圓度公式：

式中：Dmax為彎頭頂點上測得的最大外徑，mm；Dmin為在Dmax同一橫截面上測得最小外徑，mm。

考核標準如下：①成排彎管子圓度≤12%；②其他管子：當R/Do≤1.4時，圓度≤14%；當1.4

不同彎曲半徑下彎管橢圓度對比見表4。

表4 不同彎曲半徑下彎管橢圓度對比

(4)通球?qū)嶒灐?/p>

按照GB/T16307.6—2013水管鍋爐標準，彎管通球直徑按照表5計算，通球直徑為20.3 mm鋼球。彎曲半徑為50、60 mm時，鋼球無法通過測試，而彎曲半徑為70 mm時，鋼球可以順利通過測試。

表5 彎管通球直徑

綜上實驗結(jié)果，Φ38Inconel625堆焊管(堆焊層1.8 mm)最小彎曲半徑應(yīng)大于等于70 mm，即彎曲半徑≥1.68D。這樣可以保證堆焊管彎管的圓度、減薄率、通球?qū)嶒灥葷M足TSG11—2020鍋爐安全技術(shù)規(guī)程以及GB/T16507—2013水管鍋爐標準要求。

圖5 彎管及通球直徑

2.3 全螺旋堆焊管彎曲后的回彈分析

管子彎制時，在外力作用下材料產(chǎn)生塑性變形，而材料本身具有一定的彈性，在彎制成型后產(chǎn)生回彈?；貜椓繉㈦S著材質(zhì)、管子直徑、彎曲半徑、壁厚、彎制角度的不同而發(fā)生變化。一般情況下，材料屈服強度越大，回彈越大；壁厚越大、彎制角度越大，回彈越大(見表6)。由于Inconel625材料的屈服強度比20 G材料高，螺旋堆焊管的彎曲回彈大大高于20 G鋼管。

表6 彎管回彈角度

根據(jù)上述實驗結(jié)果，180°螺旋堆焊管彎曲回彈角度選用4.8°(見圖6)。

2.4 彎曲角度控制

管子彎曲角度偏差≤±1°。如果彎管不在同一平面，空間夾角為90°時，角度偏差≤±1.5°；空間夾角不為90°時，角度偏差≤±2.0°。角度偏差可以用專用測量尺或平板上放角度樣板與彎管比較測量。

2.5 Inconel625堆焊管彎制后表面缺陷

由于Inconel625與20G材料在屈服強度、抗拉強度、延展率等方面存在較大差異，彎制時不同材料之間的塑性變形量存在不同，相比單一材料而言，彎制過程中更易產(chǎn)生表面缺陷，主要表現(xiàn)為彎裂、表面裂紋等。

對50、60、70 mm三種彎曲半徑的試樣進行PT檢測，其中50彎曲半徑的試樣出現(xiàn)彎裂和表面裂紋，60 mm彎曲半徑的試樣出現(xiàn)少量表面裂紋沒有出現(xiàn)彎裂缺陷，70 mm彎曲半徑的試樣沒有發(fā)現(xiàn)表面裂紋及彎裂缺陷。

圖7是堆焊管彎制后部件及產(chǎn)品照片。

圖7 堆焊管彎制后成品

3 結(jié) 論

通過對Inconel625全螺旋堆焊管冷彎彎管工藝分析以及實驗，最終在產(chǎn)品的彎管工藝參數(shù)上選擇了70和80 mm彎曲半徑，并在模具、夾塊的設(shè)計上進行了改進和優(yōu)化，彎管質(zhì)量不僅達到了TSG11—2020鍋爐安全技術(shù)規(guī)程以及GB/T16507.5—2013水管鍋爐標準的要求，也滿足了國外客戶的技術(shù)要求。

該工藝方案已成功應(yīng)用到出口墨西哥爐口煙道項目中，這也是世界上首臺套全螺旋堆焊管煙道，目前該煙道已順利安裝和運行，也為后續(xù)類似產(chǎn)品的制造提供了依據(jù)和參考。