給水加熱器（FWH）是熱電廠和核電廠的汽-水循環(huán)中的關(guān)鍵部件，是管側(cè)給水和殼側(cè)蒸汽冷凝的界面。由于位置關(guān)鍵，給水加熱器的性能對(duì)電廠的效率和利用率有明顯的影響。
冶金工藝、焊接工藝，特別是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，使焊接產(chǎn)品得到不斷的發(fā)展。給水加熱器所用的產(chǎn)品主要有無(wú)縫管、焊接和冷撥管或焊接管三種。下面通過(guò)介紹瓦盧瑞克焊接換熱管有限公司（VHET，原Valtimet）的生產(chǎn)工藝，論述與其它工藝相比該工藝的特別之處，以及工藝中無(wú)損檢測(cè)的重要性。
圖1 核電廠（左）和熱電廠（右）中的低壓和高壓給水加熱器
自上世紀(jì)70年代以來(lái)，人們就采用不銹鋼材料來(lái)制造低壓和高壓給水加熱器，主要采用兩種不銹鋼：鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼，下面主要探討奧氏體不銹鋼。根據(jù)給水加熱器的運(yùn)行條件，可選用的各種奧氏體不銹鋼如下：
最常用的鋼種是TP304。
當(dāng)對(duì)耐腐蝕性能有特別要求，而ASME標(biāo)準(zhǔn)要求的機(jī)械性能低于TP304時(shí)，采用碳含量低的TP304L。
當(dāng)ASME標(biāo)準(zhǔn)要求的機(jī)械性能較高時(shí)，高壓給水加熱器通常使用添加氮的TP304N制造。
當(dāng)對(duì)耐腐蝕性能有特殊要求時(shí)，有時(shí)也可使用TP316和其衍生鋼種。
典型的高壓不銹鋼給水加熱器管道的外徑為15~18 mm，管壁厚度為1.1~3 mm。雖然人們傳統(tǒng)上使用無(wú)縫不銹鋼管道，但是為了降低成本，已采用焊接和冷撥管或焊接管代替了無(wú)縫鋼管。
在上世紀(jì)80年代，瓦盧瑞克公司開(kāi)發(fā)了一種按最高標(biāo)準(zhǔn)要求生產(chǎn)高壓給水加熱器管的工藝，生產(chǎn)的熱管壁厚度最大為2.1 mm。然后公司對(duì)其印度廠的工藝進(jìn)行了改進(jìn)，來(lái)生產(chǎn)壁厚3 mm的不銹鋼管。
高壓給水加熱器管的生產(chǎn)工藝
將冷軋帶鋼進(jìn)行開(kāi)卷，送入多機(jī)架成型機(jī)，把帶鋼形成管狀。在惰性氣氛下利用非自耗電極進(jìn)行自熔焊接（TIG）。瓦盧瑞克公司已開(kāi)發(fā)了一種在焊接過(guò)程中對(duì)焊接熔池進(jìn)行支持的工藝，利用該工藝可使內(nèi)外焊縫形狀完美平滑，并可防止管道內(nèi)表面產(chǎn)生氧化。
ASTM A249和ASTM A688標(biāo)準(zhǔn)要求在退火前對(duì)焊縫和基體金屬或僅對(duì)焊縫金屬進(jìn)行冷作加工。為確保通過(guò)均質(zhì)和再結(jié)晶使焊縫和基體金屬具有相似的機(jī)械和耐腐蝕性能，在進(jìn)行熱處理前進(jìn)行冷作加工是必不可少的步驟。現(xiàn)有幾種工藝可滿足這一要求，如焊縫整平、焊縫錘擊、輥式減徑、拉撥等。
瓦盧瑞克公司利用軋制減徑退火（RSA）工藝進(jìn)行生產(chǎn)，該工藝使鋼管進(jìn)入一組水平和垂直輥系，對(duì)鋼管進(jìn)行縮徑，使其達(dá)到最終的管徑。由于焊縫比基體金屬要軟，所以主要是對(duì)焊縫進(jìn)行冷作，如圖2所示。
圖2 利用軋制縮徑對(duì)焊縫區(qū)域進(jìn)行壓下
軋制減徑退火（RSA）工藝的最后一步是在線退火處理，來(lái)促進(jìn)焊縫材料的再結(jié)晶（圖3）和鐵素體的溶解。由于在（利用環(huán)形線圈進(jìn)行感應(yīng)加熱的）熱處理過(guò)程中和在（利用水套系統(tǒng)的）冷卻過(guò)程中采用惰性氣氛對(duì)鋼管進(jìn)行保護(hù)，瓦盧瑞克公司對(duì)鋼管進(jìn)行光亮退火處理可確保管道的內(nèi)外表面不產(chǎn)生氧化。
圖3 在線退火有助于焊縫材料的再結(jié)晶
接著對(duì)鋼管進(jìn)行外觀檢查和無(wú)損探傷（氣壓試驗(yàn)、渦流檢測(cè)和超聲波檢測(cè)）。然后按照用戶要求進(jìn)行彎管，對(duì)彎曲部分去除應(yīng)力，再次進(jìn)行水壓試驗(yàn)和外觀檢查，最后清洗和包裝，如圖4所示。
圖4 對(duì)鋼管進(jìn)行外觀檢查
無(wú)損檢測(cè)方法
1、渦流檢測(cè)
按照ASTM標(biāo)準(zhǔn)，如A688，需要進(jìn)行渦流檢測(cè)（ECT）。渦流檢測(cè)可檢測(cè)出短的和體積型條形缺陷或短小焊縫缺陷，如圖5所示的凹痕和線狀缺陷）。
圖5 利用渦流檢測(cè)判廢的焊縫凹痕
一般來(lái)說(shuō)，人們利用頻率設(shè)定在10 kHz和30 kHz，以不同工作方式的環(huán)形線圈進(jìn)行渦流檢測(cè)。ASTM A688規(guī)定了帶有直徑0.8 mm鉆孔的標(biāo)準(zhǔn)缺陷。判廢標(biāo)準(zhǔn)是ASTM A1016，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定當(dāng)管道產(chǎn)生的測(cè)試信號(hào)等于或大于標(biāo)樣產(chǎn)生的最弱信號(hào)時(shí)應(yīng)判廢（也就是說(shuō)，K值為1）。在有些情況下，可選用更加嚴(yán)格的判廢標(biāo)準(zhǔn)，如ASTM A688的補(bǔ)充要求S1。
2、超聲波檢測(cè)
超聲波檢測(cè)一般以縱向方式進(jìn)行，來(lái)檢測(cè)長(zhǎng)的和縱向焊縫缺陷，如未焊透或焊縫不匹配，如圖6所示。常用的標(biāo)準(zhǔn)缺陷為深度為額定管道壁厚10%或12.5%、寬度為0.2 mm、長(zhǎng)度為12.7 mm的U形縱向凹口。為了更好地進(jìn)行焊縫缺陷檢測(cè)，這些人工缺陷須在焊縫中。
圖6 利用超聲波判廢的未焊透、焊縫不匹配、焊縫過(guò)厚
奧氏體鋼管所用的靈敏度K=0.8/0.9（-2/-1 dB）。雖然在標(biāo)準(zhǔn)ASTM A688中，超聲波檢測(cè)不是強(qiáng)制性檢測(cè)項(xiàng)目，但由于高壓給水加熱器的工作環(huán)境相當(dāng)惡劣（高溫、高壓），強(qiáng)烈建議對(duì)高壓給水加熱器進(jìn)行超聲波檢測(cè)。
實(shí)際上按照標(biāo)準(zhǔn)A688的補(bǔ)充要求S1或S3中的嚴(yán)格參數(shù)進(jìn)行了幾次試驗(yàn)，來(lái)檢查是否可用渦流檢測(cè)來(lái)代替超聲波檢測(cè)，但試驗(yàn)結(jié)果并不理想。即使采用高靈敏度進(jìn)行檢測(cè)，也無(wú)法檢測(cè)出未焊透或錯(cuò)邊缺陷。這些缺陷是典型的長(zhǎng)缺陷，僅超聲波才能檢測(cè)出來(lái)。
即使是人們所認(rèn)為質(zhì)量較高的焊接拉撥管也可能產(chǎn)生圖7所示的重大缺陷，所以也須進(jìn)行超聲波檢測(cè)。
圖7 拉撥管的錯(cuò)邊
該工藝為什么特殊？
無(wú)碳污染
上述生產(chǎn)工藝的優(yōu)點(diǎn)之一是在成型或定徑過(guò)程中鋼管內(nèi)部均不使用潤(rùn)滑劑。這樣工藝可保證鋼管在退火過(guò)程中不會(huì)被碳污染。與此相反，拉撥工藝的冷作加工使用潤(rùn)滑劑，在退火前要進(jìn)行脫脂，由于鋼管很長(zhǎng)（長(zhǎng)度在15米以上），內(nèi)徑非常?。ù蠹s10 mm），脫脂非常困難。
圖8 A262操作A腐蝕試驗(yàn)：晶間碳化物沉淀
殘余應(yīng)力小
采用拉撥工藝，鋼管的平直度在連續(xù)退火爐內(nèi)進(jìn)行離線退火后無(wú)法滿足用戶要求。因此須采用雙曲線旋轉(zhuǎn)輥矯直要對(duì)鋼管進(jìn)行嬌直。嬌直操作會(huì)使鋼管外表面產(chǎn)生很深的印痕和很大的殘余應(yīng)力，這會(huì)對(duì)耐應(yīng)力腐蝕裂紋性能（SCC）造成不利影響。
在高溫高壓條件下，304對(duì)這種腐蝕機(jī)理非常敏感。因此必須要對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行限制。上述工藝可確保鋼管在退火過(guò)程中平直度保持不變，這樣鋼管就不需要進(jìn)行矯直，殘余應(yīng)力就很低。
沒(méi)有鉻貧化或過(guò)酸洗的風(fēng)險(xiǎn)
在進(jìn)行空氣退火時(shí)，為了去除氧化皮和貧鉻層，必須要進(jìn)行酸洗。由于鋼管內(nèi)徑非常小，鋼管很長(zhǎng)，在鋼管表面很難進(jìn)行該操作。酸洗條件不好時(shí)，不是不能完全去除貧鉻層就是造成過(guò)酸洗，如圖9所示。過(guò)酸洗會(huì)使表面變粗糙，增大壓降。上述生產(chǎn)工藝采用光亮退火避免了這些風(fēng)險(xiǎn)，由于不進(jìn)行酸洗，同時(shí)對(duì)環(huán)境友好（不產(chǎn)生含氮化物的廢液），使用安全（無(wú)HF酸）。
圖9 鋼管內(nèi)表面的過(guò)酸洗
嚴(yán)格的無(wú)損檢測(cè)
在鋼管生產(chǎn)規(guī)范中，渦流檢測(cè)是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測(cè)方法，但是為了檢測(cè)出利用其它方法無(wú)法檢出的關(guān)鍵性缺陷，還須強(qiáng)制實(shí)施超聲波檢測(cè)。這些關(guān)鍵缺陷會(huì)導(dǎo)致管道故障，特別是在高溫高壓條件下，會(huì)使設(shè)備產(chǎn)生重大問(wèn)題，因此強(qiáng)烈建議在鋼管生產(chǎn)中使用渦流檢測(cè)和超聲波檢測(cè)。
降低運(yùn)送帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)
在線加工處理可明顯降低將鋼管從一臺(tái)設(shè)備運(yùn)送到另一臺(tái)設(shè)備所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。為了防止產(chǎn)生凹痕、應(yīng)力或管道變形等缺陷，在運(yùn)送時(shí)要格外小心謹(jǐn)慎。
來(lái)源：不銹、中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)不銹鋼分會(huì)
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