CN108247293A - 一种光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管的制造方法，包括：卷板成型、焊接、焊缝处理、热处理、整圆矫直、涡流检测、水压试验、酸洗钝化、抛光、外观尺寸检查。所述焊接工艺为氩弧焊，抛光为粗、精抛结合工艺。采用此方法制造的新型光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管不仅具有良好的外观尺寸精度，力学性能优良，腐蚀性能优良，同时外表面粗糙度达到精抛要求。
Description
技术领域
本发明属于焊接管加工技术领域，具体涉及一种光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管的制造方法。
背景技术
光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管，是太阳能发电这种新型环保型发电设备的核心部件，承担着吸收太阳能热量并通过介质进行能量传递，以此来实现发电的功能。由于其特殊的服役环境和工作性质，该产品在各方面都有很高的技术要求，开发和生产都具有一定难度，具体如下：
产品外部要镀吸热膜，要求外表面粗糙度Ra≤0.2μm。产品的工作环境具有一定的腐蚀性，并且工作温度可能达到600℃，综合考虑刚度和耐腐蚀性，所以各项性能指标要严格按照ASTM A249标准执行，并且要求残余应力不得高于70Mpa。产品的尺寸公差要求也比现有的国标和国际标准严（Φ70*2.2为例，外径允许偏差；±0.2mm ，壁厚允许偏差-0-+0.2mm，内、外焊缝无余高，长度偏差+0-3mm，直线度≤1mm/m，全长≤2mm）。
介于上述原因，普通工艺生产的焊接管很难满足光电管的要求，具体体现如下：其表面容易存在机械损伤（如划伤、压坑等）、焊缝区域特别是结晶线部分会有部分小气泡等缺陷，外面粗糙度无法满足精抛至Ra≤0.2μm的要求；其尺寸公差很难达到光电管的高精度要求；其残余应力一般在100MPa以上，在较高温度的环境下会产生很大的使用隐患。所以我们通过各方面的工艺改进，完成了本次新型光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管的开发。
太阳能光热发电项目作为新型环保型发电项目，在国内起步较晚，本申请研制开发的不锈钢管产品不仅可以为国内相关项目的批量供货，各项产品性能指标同样满足为欧美企业批量供货的要求，所以整个应用领域很宽广，市场前景非常乐观。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管的制造方法。
所述的一种光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管的制造方法，所述特殊合金为钢种TP321，其特征在于包括以下步骤：
1）卷板成型：采用七平七立的轧辊组合进行在线卷板成型，卷板成型后的焊缝为单纵缝；
2）焊接：采用气体保护的氩弧焊的焊接方法；
3）焊缝处理：焊接完成后，在线对内外焊缝进行组合处理，外焊缝进行打磨处理至无结晶线残留，内焊缝进行辊轧至全焊缝平整；
4）热处理：采用在线固溶处理，保温温度1060±15℃，保温时间不少于1.5min/m，出炉后快速水冷；
5）整圆矫正：采用在线整圆矫正工序对光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管进行整圆和矫正，所用的轧辊孔型尺寸为成品管尺寸，确保管子能满足外径偏差在±0.2mm，直线度≤1mm/m，全长≤2mm；
6）涡流检测：按照ASTM E426标准对钢管进行100%涡流检测；
7）水压试验：按照ASTM A1016标准对钢管进行100%水压试验，检测钢管是否存在的泄露现象，试验压力7MPa，保压时间不少于10s；
8）酸洗钝化：全部钢管应在酸洗液中进行酸洗钝化以去除表面氧化皮；
9）抛光：将经过酸洗钝化的钢管进行抛光处理，先进行粗抛后进行精抛光；
10）外观尺寸检查：对抛光后的成品进行外观和尺寸的检查。
所述的一种光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管的制造方法，其特征在于步骤2）中焊接方法中焊枪保护气为96%Ar2+4%H2、焊缝背面保护气为100%Ar2，焊接电流180-260A，焊接电压9-15V，焊接速度300-800mm。
所述的一种光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管的制造方法，其特征在于步骤8）中酸洗液成分及浓度范围为：HNO3（12%-18%）、HF（1%-3%），酸洗时间控制在1.5-2.5h之间。
所述的一种光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管的制造方法，其特征在于步骤9）粗抛工序为12道打磨轮，依次为240目4道，320目4道和400目4道；精抛工序为12道打磨轮，依次为320目2道，400目2道，600目2道，800目2道，1000目2道和1200目2道。
本发明制造方法制得的光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管不仅具有良好的外观尺寸精度，力学性能优良，腐蚀性能优良，同时外表面粗糙度达到精抛要求。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例
钢种TP321，规格φ70*2.2mm，采用以下方法制备：
1）卷板成型:对现有成型技术中的轧辊排列和孔型等进行了优化设计，即采用七平七立的轧辊组合进行在线卷板成型，确保管子在成型和后续整圆矫直过程表面无划伤和压痕，成型缝质量较好，并可以获得较好的成型效果，为下道的焊接工序奠定了良好的基础；
2）焊接:采用气体保护的氩弧焊的焊接方法，焊枪保护气为96%Ar2+4%H2、焊缝背面保护气为100%Ar2，焊接电流180-260A，焊接电压9-15V，焊接速度300-800mm。此焊接方法可以有效控制焊缝气泡、夹杂等焊接缺陷，有效提升奥氏体不锈钢材料的焊缝稳定并保证焊接接头质量有利于后续表面的精抛工序正常进行；
3）焊缝处理：在焊接完成后，要在线对焊缝进行处理，包括外焊缝的打磨，内焊缝的辊轧等。由于粗糙度的要求，外焊缝的打磨必须干净彻底，不能有结晶线等残留，内焊缝的辊轧要保证全焊缝都辊压平整。内、外焊缝必须与母材平滑过渡，不能有明显的余高；
4）热处理：热处理采用在线固溶处理，保温温度1060±15℃，保温时间不少于1.5min/m，出炉后快速水冷，目的消除焊接产生的应力，消除焊接产生的有害性保证耐腐蚀性能和机械性能；
5）整圆矫正：采用在线整圆矫正工序对新型光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管进行整圆及矫正，所用的轧辊孔型尺寸为成品管尺寸，确保管子能满足外径偏差在±0.2mm，直线度≤1mm/m，全长≤2mm；
6）涡流检测：按照ASTM E426标准对钢管进行100%涡流检测，任何存在不可接受缺陷的钢管（包括过长的划痕，过深的凹坑、焊缝缺陷等）均应判为不合格产品；
7）水压试验：按照ASTM A1016标准对钢管进行100%水压试验，检测钢管是否存在的泄露现象，试验压力7MPa，保压时间不少于10s；
8）酸洗钝化：全部钢管应进行酸洗钝化的形式去除表面氧化皮，酸洗液成分及浓度范围如下：HNO3：12%-18%、HF：1%-3%，酸洗时间控制在1.5-2.5h之间；
9）抛光：本产品的抛光分两步进行，即粗抛和精抛。粗抛工序为12道打磨轮，依次为240目4道，320目4道和400目4道；精抛工序为12道打磨轮，依次为320目2道，400目2道，600目2道，800目2道，1000目2道和1200目2道；
10）外观尺寸检查;对成品进行外观和尺寸的检查，满足以下要求：外径允许偏差±0.2mm ，壁厚允许偏差-0-+0.2mm，内、外焊缝无余高，长度偏差+0-3mm，直线度≤1mm/m，全长≤2mm；外表面粗糙度：Ra≤0.2μm。
采用上述制备方法制得的光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管的主要技术指标如下：
1、尺寸公差：Φ70*2.2为例，外径允许偏差；±0.2mm ，壁厚允许偏差-0-+0.2mm，内、外焊缝无余高，长度偏差+0-3mm，直线度≤1mm/m，全长≤2mm；
2、外表面粗糙度：Ra≤0.2μm；
3、化学成分（wt%）：按ASTM E1086执行，满足C≤0.08，Si≤1.00，Mn≤2.00，P≤0.045，S≤0.030，9.00<Ni<13.0，17.0<Cr<19.0，N≤0.10，Ti： 5x（C+N）-0.70；
4、机械性能：按ASTM A370执行
4.1 拉伸试验：屈服强度Rp0.2≥205Mpa，抗拉强度Rm≥515Mpa，断后延伸率A≥35%；
4.2 硬度试验：≤90HRB；
4.3 残余应力：≤70Mpa；
5、工艺性能：焊缝反向弯曲试验、卷边试验以及压扁试验满足ASTM A249标准要求；
6、腐蚀性能：产品按照ASTM A262 E法进行晶间腐蚀试验；
7、无损检测：产品按照ASTM E426进行涡流探伤；
8、压力试验：产品按照ASTM A1016相关规定进行水压试验；
9、服役环境：钢管使用时接触的介质有热油和熔盐等，服役温度最高可达600℃。
本申请的光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管经过检验各项性能均符合ASTM A249标准要求，具体试验方法和检测数据见表1：
表1
Claims (4)
1.一种光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管的制造方法，所述特殊合金为钢种TP321，其特征在于包括以下步骤：
1）卷板成型：采用七平七立的轧辊组合进行在线卷板成型，卷板成型后的焊缝为单纵缝；
2）焊接：采用气体保护的氩弧焊的焊接方法；
3）焊缝处理：焊接完成后，在线对内外焊缝进行组合处理，外焊缝进行打磨处理至无结晶线残留，内焊缝进行辊轧至全焊缝平整；
4）热处理：采用在线固溶处理，保温温度1060±15℃，保温时间不少于1.5min/m，出炉后快速水冷；
5）整圆矫正：采用在线整圆矫正工序对光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管进行整圆和矫正，所用的轧辊孔型尺寸为成品管尺寸，确保管子能满足外径偏差在±0.2mm，直线度≤1mm/m，全长≤2mm；
6）涡流检测：按照ASTM E426标准对钢管进行100%涡流检测；
7）水压试验：按照ASTM A1016标准对钢管进行100%水压试验，检测钢管是否存在的泄露现象，试验压力7MPa，保压时间不少于10s；
8）酸洗钝化：全部钢管应在酸洗液中进行酸洗钝化以去除表面氧化皮；
9）抛光：将经过酸洗钝化的钢管进行抛光处理，先进行粗抛后进行精抛光；
10）外观尺寸检查：对抛光后的成品进行外观和尺寸的检查。
2.如权利要求1所述的一种光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管的制造方法，其特征在于步骤2）中焊接方法中焊枪保护气为96%Ar2+4%H2、焊缝背面保护气为100%Ar2，焊接电流180-260A，焊接电压9-15V，焊接速度300-800mm。
3.如权利要求1所述的一种光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管的制造方法，其特征在于步骤8）中酸洗液成分及浓度范围为：HNO3（12%-18%）、HF（1%-3%），酸洗时间控制在1.5-2.5h之间。
4.如权利要求1所述的一种光热发电集热及吸热耐温特殊合金焊接管的制造方法，其特征在于步骤9）粗抛工序为12道打磨轮，依次为240目4道，320目4道和400目4道；精抛工序为12道打磨轮，依次为320目2道，400目2道，600目2道，800目2道，1000目2道和1200目2道。
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