(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (13) B1 (51) IntCl7 B23P 6/04 (54) Sposób regeneracji walczaka kotłowego (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 10/98 (73) U praw niony z patentu: Fabryka Kotłów RAFAKO S.A., Racibórz, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 06/01 (72) Tw órcy w ynalazku: Antoni Pałczyński, Racibórz, PL Kazimierz Kajzer, Racibórz, PL Kazimierz Mogielski, Racibórz, PL Maciej Kaczorowski, Rydułtowy, PL Czesław Dudek, Łódź, PL Ryszard Białak, Konin, PL Maciej Olbrych, Konin, PL PL B1 (57) Sposób regeneracji walczaka kotłowego z niskostopowej stali miedziowo-niklowej, manganowo -molibdenowej, manganowo-wanadowej lub niklowo-molibdenowo-wanadowej, w którym na wstępie ustala się rozmieszczenie uszkodzeń płaszcza walczaka z uwzględnieniem głębokości ich zalegania na grubości ścianki w oparciu o przeprowadzone badania magnetyczno-proszkowe i ultradźwiękowe oraz przeprowadza się pomiary twardości HV i grubości blach poszczególnych dzwon płaszcza walczaka, następnie wyszlifowuje się wszystkie wykryte uszkodzenia i przeprowadza się badania magnetyczno-proszkowe wyszlifowanych miejsc, a w dalszej kolejności wytypowuje się blachy wykazujące najwyższą skłonność do kruchych pęknięć, znam ienny tym, że z blach wykazanych, co najmniej z jednego dzwona, pobiera się krążek do badań niszczących na własności mechaniczne, metalograficzne i pomiaru twardości, po czym walczak poddaje się regeneracji pod warunkiem, jeżeli materiał krążka po obróbce cieplnej przewidzianej dla walczaka w stosunku do stanu poeksploatacyjnego wykaże poprawę własności udarnościowych więcej niż 20% i jeżeli ich wartości nie będą niższe niż wymagania normowe obowiązujące dla danego gatunku stali, a także gdy granica plastyczności Ret w temperaturze przyjętej do obliczeń walczaka lub w temperaturze 350 C, nie wykaże obniżenia o więcej niż 5% wartości przyjętej do obliczeń lub określonej normą dla 350 C, przy czym w przypadku potrzeby napawania ubytków materiałowych w płaszczu walczaka dokonuje się doboru spoiwa i technologii spawania, zapewniających uzyskanie własności mechanicznych stopiwa na poziomie nie niższym niż wymagania ustalone dla materiału rodzimego płaszcza walczaka po przeprowadzeniu obróbki cieplnej, jaka została przetestowana z wynikiem pozytywnym przy badaniu własności mechanicznych próbnego krążka a w przypadku braku pewności spełnienia tych wymagań dla wytypowanego spoiwa, dokonuje się zbadania tych własności na osobno wykonanych elementach próbnych, które poddaje się analogicznej obróbce cieplnej jaka przewidziana jest dla renegacyjnego żarzenia naprawianego walczaka.

2 Sposób regeneracji walczaka kotłowego Zastrzeżenie patentowe Sposób regeneracji walczaka kotłowego z niskostopowej stali miedziowo-niklowej, manganowo-molibdenowej, manganowo-wanadowej lub niklowo-molibdenowo-wanadowej, w którym na wstępie ustala się rozmieszczenie uszkodzeń płaszcza walczaka z uwzględnieniem głębokości ich zalegania na grubości ścianki w oparciu o przeprowadzone badania magnetyczno-proszkowe i ultradźwiękowe oraz przeprowadza się pomiary twardości HV i grubości blach poszczególnych dzwon płaszcza walczaka, następnie wyszlifowuje się wszystkie wykryte uszkodzenia i przeprowadza się badania magnetyczno-proszkowe wyszlifowanych miejsc, a w dalszej kolejności wytypowuje się blachy wykazujące najwyższą skłonność do kruchych pęknięć, znamienny tym, że z blach wykazanych, co najmniej z jednego dzwona, pobiera się krążek do badań niszczących na własności mechaniczne, metalograficzne i pomiaru twardości, po czym walczak poddaje się regeneracji pod warunkiem, jeżeli materiał krążka po obróbce cieplnej przewidzianej dla walczaka w stosunku do stanu poeksploatacyjnego wykaże poprawę własności udarnościowych więcej niż 20% i jeżeli ich wartości nie będą niższe niż wymagania normowe obowiązujące dla danego gatunku stali, a także gdy granica plastyczności Ret w temperaturze przyjętej do obliczeń walczaka lub w temperaturze 350 C, nie wykaże obniżenia o więcej niż 5% wartości przyjętej do obliczeń lub określonej normą dla 350 C, przy czym w przypadku potrzeby napawania ubytków materiałowych w płaszczu walczaka dokonuje się doboru spoiwa i technologii spawania, zapewniających uzyskanie własności mechanicznych stopiwa na poziomie nie niższym niż wymagania ustalone dla materiału rodzimego płaszcza walczaka po przeprowadzeniu obróbki cieplnej, jaka została przetestowana z wynikiem pozytywnym przy badaniu własności mechanicznych próbnego krążka a w przypadku braku pewności spełnienia tych wymagań dla wytypowanego spoiwa, dokonuje się zbadania tych własności na osobno wykonanych elementach próbnych, które poddaje się analogicznej obróbce cieplnej jaka przewidziana jest dla renegacyjnego żarzenia naprawianego walczaka. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób regeneracji walczaka kotłowego z niskostopowej stali miedziowo-niklowej, manganowo-molibdenowej oraz manganowo-molibdenowo-wanadowej celem przywrócenia pełnej sprawności eksploatacyjnej walczaka. Walczak, który w wyniku długotrwałej pracy, przy cyklicznie zmiennych warunkach temperaturowo-ciśnieniowych oraz wielosetkrotnych uruchomieniach z różnych stanów cieplnych, na skutek zmęczenia termicznego, uległ przypowierzchniowym uszkodzeniom w płaszczu walczaka i z nim połączonych elementów konstrukcyjnych - króćców rurowych, prętów kształtowych i blach - powodujących powstanie ubytków materiałowych większych niż naddatek ponad grubość obliczeniową, albo też w płaszczu walczaka wystąpiła kruchość materiału spowodowana degradacyjnymi zmianami własności mechanicznych przy podwyższeniu własności wytrzymałościowych oraz podwyższeniem temperatury progu kruchości Tk o z temperatur ujemnych (bliskich 0 C) do temperatur powyżej 0 C a nawet do +50 C i więcej albo też wystąpiły obydwa negatywne zjawiska łącznie, powodując potrzebę wycofania takiego walczaka z eksploatacji lub dopuszczenie go do pracy przy obniżonych parametrach pracy kotła. W eksploatacji walczaka kotłowego występują zarówno pęknięcia przypowierzchniowe, które po wyszlifowaniu stanowią ubytki nośnej grubości ścianki, jak również zjawisko zwiększonej kruchości stali, która podczas przeprowadzania próby wodnej w temperaturze otoczenia niższej niż nabyta po długotrwałej eksploatacji temperatura progu kruchości Tko, może stanowić jedną z przyczyn powodujących eksplozyjne rozerwanie walczaka. Jeżeli powstałe

3 po wyszlifowaniu ubytki grubości ścianki są większe niż wynosi naddatek ponad grubość obliczeniową, walczak nie nadaje się w tym stanie do dalszej eksploatacji przy nominalnych parametrach ruchowych i może być dopuszczonym do pracy wyłącznie przy obniżonych parametrach. Znany i stosowany jest sposób naprawy walczaka poprzez spawanie w miejscu jego instalacji w kotle, ale tylko w tych przypadkach, gdy ubytki grubości ścianki obejmują niewielkie obszary. Aby zabezpieczyć walczak przed skutkami kruchego rozerwania zaleca się przeprowadzenie ciśnieniowej próby wodnej w temperaturze nie niższej niż +50 C, czyli zbliżonej do temperatury progu kruchości T ko jaka występuje w niskostopowych stalach - miedziowo-niklowej, manganowo-molibdenowej, manganowo-molibdenowo-wanadowej po długotrwałej eksploatacji. Wadą wyżej wymienionego sposobu naprawy walczaka kotłowego jest to, że naprawiany walczak nie osiąga parametrów pracy na jakie został zaprojektowany. Celem wynalazku jest usunięcie wyżej wymienionej wady przez przeprowadzenie takiej obróbki cieplnej walczaka kotłowego, aby nastąpiło regeneracyjne uzdrowienie materiału, objawiające się powrotem własności mechanicznych i temperatury progu kruchości Tko w przybliżeniu do stanu początkowego, a co najmniej uzyskanie wymaganej normą udamości w temperaturze otoczenia +20 C względnie 0 C w zależności od wymagań dla gatunku stali oraz granicy plastyczności w temperaturze przyjętej do obliczeń lub normowej, jak na przykład 350 C, przez co zmniejszy się ryzyko eksploatacyjnego rozerwania walczaka podczas przeprowadzania ciśnieniowej próby wodnej oraz uruchamiania kotła ze stanu zimnego. Celem wynalazku jest również opracowanie sposobu realizacji regeneracyjnej obróbki cieplnej walczaka, aby równocześnie zaistniała możliwość uzupełnienia nawet stosunkowo' dużych ubytków materiałowych płaszcza poprzez spawanie i to, przy tak dobranej technologii spawania oraz zastosowanym spoiwie, aby stopiwo uzyskane z procesu spawania zapewniło wymagany poziom własności mechanicznych, zbliżonych do własności mechanicznych płaszcza walczaka, a przede wszystkim własności plastycznych oraz granicy plastyczności w temperaturze obliczeniowej. Cel ten osiągnięto, ponieważ sposób regeneracji walczaka kotłowego z niskostopowej stali miedziowo-niklowej, manganowo-molibdenowej względnie manganowo-molibdenowowanadowej spełnia postawione zadanie. W sposobie według wynalazku na wstępie ustala się rozmieszczenie uszkodzeń płaszcza walczaka w oparciu o przeprowadzone badania magnetyczno-proszkowe i ewentualnie ultradźwiękowe oraz przeprowadza się pomiary twardości HV i grubości blach poszczególnych dzwon płaszcza walczaka, zaś następnie wyszlifowuje się wszystkie wykryte uszkodzenia i przeprowadza się badania magnetyczno-proszkowe wyszlifowanych miejsc oraz ustala ich głębokości zalegania, a w dalszej kolejności ustala się blachy wykazujące najwyższą skłonność do kruchych pęknięć, z których z co najmniej jednego dzwona, pobiera się krążek do badań niszczących na własności mechaniczne, metalograficzne oraz pomiaru twardości i w oparciu o które dany walczak zakwalifikuje się do naprawy, przy zastosowaniu regeneracyjnej obróbki cieplnej jeżeli materiał krążka, po symulacyjnie przeprowadzonej obróbce cieplnej (przy optymalnych parametrach), w stosunku do stanu poeksploatacyjnego, wykaże poprawę własności mechanicznych, a przede wszystkim udamości KCU2 względnie KCV badanej w temperaturze otoczenia (+20 C) względnie 0 C, (w zależności od gatunku stali), których wartości spełnią wymagania normowe przy minimum 40% ciągliwości ich przełomów, a także gdy granica plastyczności Ret w temperaturze przyjętej do obliczeń walczaka, względnie wartości normowej w temperaturze 350 C, nie wykaże obniżenia o więcej niż 5%. W przypadku potrzeby napawania głębokich a szczególnie rozległych ubytków materiałowych dokonuje się doboru takiego spoiwa do spawania, które (ze stopiwa) zapewni uzyskanie wymaganych własności mechanicznych jakie określone są dla płaszcza walczaka, a w przypadku braku pewności ich spełnienia dokonuje się ich sprawdzenia na elementach próbnych, po przeprowadzeniu obróbki cieplnej jaka przewidziana jest w oparciu o badania materiału krążka, dla regeneracji walczaka. Sposób według wynalazku przyczynił się do przywrócenia pełnej zdolności eksploatacyjnej walczaka który w czasie eksploatacji utracił pierwotną odporność na kruche pęknięcia

4 oraz przyczynił się do uzupełnienia ubytków materiału nośnej grubości płaszcza walczaka dla normalnych parametrów pracy walczaka. W sposobie według wynalazku, dla walczaka, którego długi czas eksploatacji, przykładowo powyżej godzin, i wielosetkrotne uruchomienia spowodowały niebezpieczeństwo dalszej eksploatacji przy nominalnych parametrach, przeprowadza się badania magne tyczno-proszkowe i ewentualnie ultradźwiękowe, celem określenia ilości i wielkości oraz rozmieszczenia uszkodzeń płaszcza walczaka. Następnie w miejscach największych zagrożeń przeprowadza się pomiary twardości HV i grubości blach poszczególnych dzwon płaszcza, jak również badania metalograficzne metodą replik matrycowych, a także pomiary linii ugięcia walczaka i pomiary owalizacji poszczególnych dzwon płaszcza walczaka. Następnie wyszlifowuje się wszystkie wykryte w trakcie badań pęknięcia. Po wyszlifowaniu pęknięć ponownie przeprowadza się badania magnetyczno-proszkowe wyszlifowanych miejsc, dla sprawdzenia skuteczności usunięcia uszkodzeń w procesie szlifowania. Po czym nanosi się na rysunek rozwinięcia płaszcza walczaka ubytki powstałe po wyszlifowanych pęknięciach. W dalszej kolejności określa się, które z blach płaszcza walczaka cechują się największą skłonnością do kruchych pęknięć. Następnie z co najmniej jednego dzwona z pośród blach obarczonych oceną najwyższej skłonności do kruchych pęknięć, wycina się krążek do badań własności mechanicznych i metalograficznych oraz pomiaru twardości HV. Z wyciętego krążka pobiera się próbki do badań własności mechanicznych ze stanu poeksploatacyjnego oraz po symulacyjnie przeprowadzonych obróbkach cieplnych przy różnych parametrach temperaturowo czasowych. Dla ustalenia optymalnych parametrów obróbki cieplnej określa się, w oparciu o składy chemiczne i własności mechaniczne poszczególnych blach, z których jest wykonany płaszcz walczaka oraz w oparciu o obróbkę cieplną jakiej podlegał walczak podczas wytwarzania, a także w oparciu o doświadczenia z ustalania parametrów regeneracyjnych obróbek cieplnych dla podobnie eksploatowanych warunków. Jeżeli materiał krążka po wymienionej obróbce cieplnej, w odniesieniu do stanu poeksploatacyjnego - to jest bez dodatkowo przeprowadzonej obróbki cieplnej, wykaże poprawę udarności KCU2 względnie KCV w temperaturze pokojowej +20 C względnie w 0 C, a wartości te nie będą mniejsze niż najniższe wymagania ustalone normowo dla danego gatunku stali, a także jeżeli granica plastyczności Ret w temperaturze przyjętej do obliczeń walczaka, względnie w 350 C według normy nie wykaże obniżenia wartości o więcej niż 5% w stosunku do wartości obliczeniowej lub normowej, to walczak z którego taki krążek został wycięty będzie uznany za kwalifikujący się do przeprowadzenia regeneracyjnej obróbki cieplnej według parametrów ustalonych podczas badań poszczególnych segmentów krążka próbnego. Jeżeli walczak zakwalifikowany do regeneracji wykazał się ubytkami materiałowymi nośnej grubości ścianki płaszcza ponad grubość obliczeniową to wtedy ustala się technologię naprawy oraz dobiera się odpowiednie spoiwo które ma zapewnić wymagane własności mechaniczne stopiwa a przede wszystkim udarności i Ret nie mniejsze niż wymagania własności mechanicznych ustalone dla blach płaszcza walczaka, a w przypadku braku pewności spełnienia tych wymagań wykonuje się atestowanie tych własności na specjalnie wykonanych próbkach z obróbką cieplną ustaloną dla regeneracji walczaka. W dalszej kolejności wykonuje się prace przygotowawcze do połączenia z płaszczem walczaka nowych elementów, w tym co najmniej króćca zaślepiającego otwór po wyciętym krążku. Następnie przygotowuje się urządzenia do: suszenia elektrod, spawania oraz wykonywania zabiegów cieplnych czyli podgrzewania do spawania oraz wyżarzania, jak również przygotowuje się sprzęt do szlifowania, przekuwania wibracyjnego oraz mierniki do kontroli i pomiaru temperatury. Dla dokonania naprawy walczaka wynikającej z potrzeby napawania ubytków materiałowych i wykonania prac spawalniczych, związanych z odtworzeniem bądź modernizacją niektórych węzłów konstrukcyjnych, względnie poprawy cech użytkowych czyli własności mechanicznych materiału płaszcza walczaka, opracowuje się technologię naprawy walczaka określającą zasady i kolejność realizacji naprawy za pomocą spawania oraz przeprowadzenia regeneracyjnej obróbki cieplnej. Naprawa jest realizowana poprzez podgrzewanie do spawania i przeprowadzenie prac spawalniczych w tej strefie po czym, bez obniżenia temperatury, przeprowadzenie w tej strefie regeneracyjnej obróbki cieplnej, a następnie

5 wykonywanie analogicznych napraw w kolejnych strefach aż do ukończenia naprawy walczaka, względnie przeprowadzenia w pierwszej kolejności naprawy za pomocą spawania kolejno we wszystkich strefach grzania po czym, po przeprowadzeniu w nich badań magnetycznoproszkowych i uzyskaniu wyników pozytywnych z tych badań, przeprowadza się regeneracyjną obróbkę cieplną, kolejno w poszczególnych strefach, rozpoczynając od pierwszej a kończąc na ostatniej. W ramach opracowywanej technologii naprawy walczaka określa się ilość stref grzania i kierunki ich przemieszczania wzdłuż całej długości walczaka, łącznie z dennicami, w zależności od dysponowanej mocy urządzeń grzewczych oraz przyjętej zasady realizowania tej naprawy. Dla zminimalizowania strat cieplnych cały walczak izoluje się od strony zewnętrznej i wewnętrznej. Podgrzewanie do spawania, a przede wszystkim wyżarzanie regeneracyjne realizuje się w ten sposób aby uzyskać możliwie łagodny rozkład temperatur w strefie wyprzedzającej i strefie stygnącej w stosunku do strefy czynnie naprawianej, to jest grzanej w czasie spawania względnie wyżarzanej podczas przeprowadzania obróbki cieplnej. Temperatura płaszcza walczaka w strefie naprawy, w ramach podgrzewania do spawania oraz w czasie trwania spawania, powinna być przez cały czas utrzymywana w zakresie około 200 C. Poszczególne ściegi, aż do całkowitego wypełnienia ubytków materiałowych, przekuwa się młotkiem wibracyjnym z bijakiem o końcówce zaokrąglonej, a nierówności spoiny, kratery i wszelkie wady poszczególnych ściegów wyszlifowuje się, natomiast lica spoin powinny uwzględniać naddatki na końcowe szlifowanie tak aby uzyskać wymagane wymiary i kształty tych spoin - napoin. Następnie rejony powierzchni, w których występowało spawanie przygotowuje się do pomiarów i nieniszczących badań kontrolnych po naprawie za pomocą spawania. Nieniszczące badania kontrolne realizuje się głównie przy pomocy badań magnetyczno-proszkowych (w otworach dopuszcza się badania przy użyciu penetrantów) oraz pomiarów twardości, a niekiedy także przy pomocy badań ultradźwiękowych oraz metalograficznych wykonywanych metodą replik matrycowych. Ponadto dokonuje się pomiarów grubości ścianki oraz owalizacji poszczególnych dzwon, a także linii ugięcia walczaka. Po zakończeniu badań kontrolnych przeprowadza się urzędową próbę wodną walczaka przy ciśnieniu 0,8 ciśnienia obliczeniowego w ten sposób aby temperatura ścianki walczaka przez cały czas trwania próby mieściła się w zakresie temperatur C. Po przeprowadzeniu urzędowej próby wodnej przeprowadza się ponownie nieniszczące badania kontrolne i jeżeli wyniki tych badań są pozytywne, to na zakończenie, według znanych metod i wzorów, realizuje się obliczeniową procedurę oceny stanu technicznego walczaka i określa się parametry ruchowe i zasady eksp oatacyjne oraz zalecenia w zakresie dokonywania badań kontrolnych w oparciu o które udziela się gwarancji dalszej bezpiecznej pracy walczaka na określony czas eksploatacji.

6 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.