Повреждения и дефекты вальцованных соединений

2.4. Повреждения и дефекты вальцованных соединений

Вальцованные соединения допускаются для труб с на­ружным диаметром не более D_у 100, предназначенных для работы при температуре до 400 ºС.

Основные требования к вальцованному соединению – плотность и прочность. Нарушения плотности вальцован­ных соединений и повреждений концов труб могут происхо­дить в результате неудовлетворительного производства вальцованных работ и при повторных подвальцовках труб. У экранных и кипятильных труб, работающих в нормальных условиях, редко нарушается плотность вальцованных сое­динений. В основном вальцованное соединение экранных и кипятильных труб дает течь при резких и частых охлаж­дениях завальцованного конца трубы. Это происходит при неправильной обмывке труб водой во время работы котла, при питании, хотя бы кратковременно, котла холодной во­дой, при быстром охлаждении котла после прекращения работы и при быстрой растопке, а также при упуске воды из котла.

В пароперегревателе неплотность вальцованных соеди­нений выявляется почти при каждом ремонте котла. Плот­ность вальцованного соединения чаще нарушается у кол­лекторов перегретого пара. Температура перегретого пара при работе котла часто изменяется, в то время как насыщенный пар во входном коллекторе всегда имеет постоян­ную температуру.

Таким образом температура стенки выходного коллек­тора в определенные моменты будет значительно отличать­ся от температуры стенки завальцованного в коллектор конца змеевика, что и приводит к нарушению плотности соединения.

На многих барабанах котлов крепление кипятильных труб выполнено на вальцовке, поэтому после длительной, работы концы их в период ремонтов подвергаются многократным подвальцовкам (или вальцовкам вновь установ­ленных труб).

В результате этого стенки трубных отверстий на опре­деленной глубине имеют остаточную деформацию, а диа­метры некоторых трубных отверстий становятся больше но­минального на 5–10%. Частые подвальцовки (а порой и перевальцовки труб) создают в металле трубного отвер­стия наклеп, по мере увеличения степени наклепа твер­дость и прочность металла возрастают, а пластические свой­ства снижаются. Металл стенок труб становится хрупким, получить прочное и плотное вальцованное соединение в та­ких трубных отверстиях невозможно, поэтому при ремонте котлов такие соединения заменяют сварочными. Выполне­ние вальцованных соединений с соблюдением технологии вальцевания труб является надежным средством борьбы с последствиями деформации и наклепа стенок трубных от­верстий, носящими название вальцовочной усталости ме­талла.

На качество вальцованного соединения влияют оваль­ность и конусность трубного отверстия, которые для труб Ø 51 мм не должны превышать 0,23 мм и для труб Ø 83 мм – 0,27 мм.

Овальность отверстия для дымогарных труб в решетке допускается не более 0,5 мм.

Рекомендуемые материалы

Максимальное увеличение диаметра кипятильных и эк­ранных труб, определяемое специальными шаблонами, до­пускается в размере 5%, труб пароперегревателей из ле­гированных сталей – 2,5 %  и углеродистых – 3,5 %.

К наиболее существенным дефектам вальцовки отно­сятся:

1) дефекты самого инструмента – вальцовки – несоответ­ствие конусности роликов и конусности шпинделя, чрез­мерный угол их постановки (более 1–2º), недостаточная плавность закругления краев роликов (радиусом менее 10 мм);

2) дефекты подготовки и выполнения процесса вальцов­ки – недостаточный отжиг концов труб и их очистка, не­центральная установка труб в гнезде, неправильная уста­новка вальцовки по отношению к наружному краю листа, надрывы колокольчика вследствие недостаточной плавно­сти разбортовки его вальцовкой, попадание масла или грязи в трубное гнездо, острые края гнезда, врезающиеся в тело трубы.

После окончания вальцовочных работ следует прове­рить качество их выполнения. В вальцовочных соединени­ях не допускаются:

1) расслоение, плены, трещины на концах труб;

2) разрывы развальцованных участков труб;

3) подрезы или накаты в местах перехода вальцовочного пояса в колокольчик;

4) вмятины, задиры на внутренней поверхности трубы;

5) неплотное прилегание трубы к трубному отверстию в пределах вальцовочного пояса;

6) отклонение угла разбортовки от 15º⁺³ также отступ­ление по максимальной и минимальной величинам высту­пающих концов труб (7–25 мм);

7) щели и загрязнение между трубой и вальцовочным гнез­дом;

8) недоход основания бортовочного колокольчика до кром­ки трубной доски или заход его за кромку на расстояние свыше 4 мм;

9) уменьшение толщины стенки конца разбортованной тру­бы более чем на 20 %, перевальцевание концов труб.

Допустимая толщина стенок труб в местах бортовки дол­жна быть не менее указанной ниже:

1) номинальная толщина стенки трубы: 3,00; 3,25; 3,50; 3,75; 4,00; 4,50; 5,00; 5,50; 6,0 мм;

2) минимальная толщина стенки трубы в местах бортовки: 2,4; 2,6; 2,8; 3,0; 3,2; 3,6; 4,0; 4,4; 4,8 мм.

Кольцевые риски глубиной до 0,5 мм допускаются на расстоянии 5 мм от стенки барабана.

На котлах встречаются кольцевые трещины в местах вальцовки даже при внимательном и добросовестном вы­полнении процесса вальцовки. Трещины начинаются с на­ружной стороны трубы, т. е. в месте прилегания трубы к поверхности гнезда, что затрудняет их обнаружение. Та­кую трещину можно обнаружить лишь тогда, когда она ста­новится сквозной, – по бугоркам солей, отлагающихся на внутренней поверхности трубы. Кольцевые трещины обна­руживаются неразрушающими методами контроля.

Характер самой трещины отличен от характера трещин, образуемых подрезкой острым краем ролика вальцовки или стенки гнезда. Трещина витиевата, иногда представляет це­лую группу отдельных надрывов, часто соединенных друг с другом. Концы поврежденной трубы при выколачивании обычно ломаются, что указывает на хрупкость металла.

Основные дефекты вальцованных соединений и спосо­бы их исправления приведены в табл. 2.2.

Первым тяжелым случаем хрупкого разрушения труб барабана котла, обратившим на себя внимание советских теплотехников, была авария на трехбарабанном котле Шихау (1000 м², 3,7 МПа).

Аналогичные аварии, но не столь тяжелые, имели к то­му же времени место на трехбарабанных котлах Жуайя (1000 м², 3,2 МПа).

В обоих случаях наблюдались кольцевые трещины в раз­вальцованных концах труб кипятильных пучков трехба­рабанных вертикально–водотрубных котлов, причем в ос­новном страдали наиболее прямые ряды труб.

Таблица 2.2 – Дефекты вальцованных соединений и способы их исправления

Окончание табл. 2.2