鍋爐鋼結(jié)構(gòu)雙腹雙翼板梁關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制*

黃劍平

(蘭州蘭石重型裝備股份公司，甘肅 蘭州 730050)

1 引言

鍋爐鋼結(jié)構(gòu)是發(fā)電廠重要設(shè)備之一，主要由立柱、板梁、次梁、支撐梁、支吊梁、梁、垂直支撐、水平支撐等結(jié)構(gòu)組成。板梁有單腹板結(jié)構(gòu)板梁(Η型)和雙腹雙翼板結(jié)構(gòu)板梁(Ⅱ型)兩種，雙腹雙翼板結(jié)構(gòu)板梁(Ⅱ型)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度比單腹板結(jié)構(gòu)板梁(Η型)大。某廠1#鍋爐鋼結(jié)構(gòu)板梁2件雙腹雙翼板結(jié)構(gòu)板梁(Ⅱ型)結(jié)構(gòu)如圖1、2所示，翼板δ50 mm，腹板δ20 mm，材料Q345B，長(zhǎng)度L=21 600 mm，高度H為3 200 mm，質(zhì)量46 987 kg/件。

圖1 雙腹雙翼板結(jié)構(gòu)板梁1

通過(guò)對(duì)幾何尺寸的保證、焊接變形和焊縫內(nèi)在質(zhì)量等的控制進(jìn)行研究論證，本著“合理、科學(xué)、節(jié)約、高效”的原則，確保產(chǎn)品質(zhì)量，在制造工序的質(zhì)量控制方面進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)。

圖2 雙腹雙翼板結(jié)構(gòu)板梁2

2 雙腹雙翼板梁關(guān)鍵工序質(zhì)量控制

2.1 下料尺寸的質(zhì)量控制

(1)板梁翼板和腹板下料前對(duì)鋼板進(jìn)行100%超聲波探傷(UT)按DG1411.1Ⅲ級(jí)驗(yàn)收［1］(即單個(gè)缺陷指示長(zhǎng)度＜120 mm，單個(gè)缺陷指示面積＜100 cm2，在1 m×1 m檢測(cè)面積內(nèi)存在的缺陷面積百分比≤10%)，板梁翼板和腹板下料尺寸計(jì)算時(shí)應(yīng)注意［2］﹕①焊縫避開高強(qiáng)度螺栓孔，焊縫中心線距孔群邊緣孔中心線距離≥120 mm;②翼板和腹板焊縫中心線錯(cuò)開距離≥200 mm;③板梁焊縫與連接板、托架、隔板或筋板的角焊縫距離≥100 mm。

(3)板梁翼板腹板采用數(shù)控等離子多頭切割，減少鋼板下料時(shí)產(chǎn)生的旁彎變形，切口必須平直、局部缺口補(bǔ)焊打磨，割嘴切割時(shí)垂直鋼板面，斜度不得大于0.5 mm。翼板寬度尺寸控制偏差B±1 mm，翼板拼接總長(zhǎng)度尺寸L+50 mm(因拼板焊縫焊后長(zhǎng)度尺寸收縮)，劃出氣割線、刨邊線及檢查線。板梁腹板拼板寬度尺寸控制偏差H+50mm，腹板總長(zhǎng)度留二次氣割余量ΔL=50 mm，同樣劃出腹板氣割線、刨邊線及檢查線。

(4)因板梁是前后單腹板梁組裝體，所以前后板梁高度尺寸、上拱度控制要一致。前后板梁高度尺寸之差應(yīng)控制在±1 mm，這就要求控制前后板梁腹板寬度尺寸之差，前后兩件腹板全長(zhǎng)范圍內(nèi)每米寬度尺寸之差控制±1 mm。

(5)板梁翼板焊縫兩側(cè)坡口需進(jìn)行100%磁粉探傷(MT)，以檢查坡口母材處是否有裂紋、分層、夾渣存在。

2.2 拼板焊接及變形的質(zhì)量控制

(1)焊工必須是壓力容器持證焊工，焊工按焊接工藝文件進(jìn)行施焊，焊縫坡口處清理浮銹、油污，檢查焊接設(shè)備儀表是否正常。

(2)板梁翼板δ50 mm拼板坡口形式Χ型，角度60°±2°，鈍邊6 mm，預(yù)熱溫度100～150℃。板梁腹板δ20 mm拼板坡口形式V型，角度60°±2°，鈍邊6 mm，預(yù)熱溫度≥15℃。焊劑HJ431烘焙150℃，層間溫度控制≤250℃，拼板焊接規(guī)范［3］如表1所列。

(3)板梁翼板拼板反變形控制［4］采取正反面埋弧自動(dòng)焊焊接，反面碳弧氣刨清根，打磨反面碳弧氣刨焊道，坡口正反面對(duì)稱焊接，以減少板梁翼板拼板后因焊接產(chǎn)生的較大波浪彎曲或死彎，減少板梁翼板火焰校正或機(jī)械校正。另因板梁翼板寬度較窄(500 mm)可將板梁兩件翼板焊縫并在一起(加固)焊接，減少板梁翼板拼板產(chǎn)生較大的旁彎變形。

(4)板梁腹板拼板反變形控制 因板梁腹板寬度較大為3 100 mm，板厚為20 mm較薄。首先，板梁腹板寬度尺寸鋼廠采購(gòu)定尺;其次，長(zhǎng)度尺寸以拼接板梁腹板焊縫越少越好。埋弧自動(dòng)焊焊接板梁腹板正面二遍后，反面碳弧氣刨清根，打磨反面碳弧氣刨焊道，正反面對(duì)稱焊接減少板梁腹板拼板后因焊接產(chǎn)生的波浪彎曲。

2.3 拼板焊縫無(wú)損檢測(cè)及熱處理的質(zhì)量控制

(1)板梁翼板腹板拼板焊縫進(jìn)行100%超聲波探傷(UT)按DG1411.5Ⅰ級(jí)驗(yàn)收［5］(即反射波幅Ⅰ區(qū)域:單個(gè)缺陷指示長(zhǎng)度L及多個(gè)缺陷累計(jì)長(zhǎng)度L'均非裂紋類缺陷;反射波幅Ⅱ區(qū)域:單個(gè)缺陷指示長(zhǎng)度L=T/3，最小為10 mm，最大≤30 mm，多個(gè)缺陷累計(jì)長(zhǎng)度L'在任意9T焊縫長(zhǎng)度范圍內(nèi)L′≤T)。板梁翼板拼板焊縫(包括翼板拼板焊縫兩端側(cè)面)再進(jìn)行100%磁粉探傷(MT)按DG1416Ⅱ級(jí)驗(yàn)收［6］(即不允許線性缺陷磁痕，圓形缺陷磁痕d≤3 mm，且評(píng)定框35 mm×100 mm范圍內(nèi)≤2個(gè))。

針對(duì)性訓(xùn)練3：某種植物的花色性狀受一對(duì)等位基因控制，且紅花對(duì)白花為顯性?，F(xiàn)將該植物群體中的白花植株與紅花植株雜交，子一代中紅花植株和白花植株的比例為5∶1，若該親本紅花植株群體自交，則F1中紅花植株和白花植株的比例為 （ ）

(2)凡經(jīng)無(wú)損探傷不合格的焊縫，均應(yīng)按返修工藝進(jìn)行返修，返修后按原探傷方法100%進(jìn)行復(fù)探。另外，同一部位焊縫返修不得超過(guò)3次。

(3)板梁翼板拼板焊縫的熱處理采取局部熱處理，熱處理寬度為焊縫兩側(cè)各≥3倍板厚，電熱毯加熱，自動(dòng)儀表控制參數(shù)，并記錄熱處理曲線(熱處理前檢查儀表是否正常及定期進(jìn)行校驗(yàn))。

(4)板梁翼板拼板焊縫的熱處理工藝控制［7］300～600℃時(shí)，升溫速度≤100℃/h時(shí)，600～640℃時(shí)，保溫時(shí)間140～200 min，600～350℃時(shí)，降溫速度≤110℃/h，＜350℃空冷。

2.4 單腹翼板腹板組對(duì)及主角焊縫焊接變形的質(zhì)量控制

(1)裝配前4 000 mm×2 000 mm的5塊鋼平臺(tái)平行擺放，用水準(zhǔn)儀進(jìn)行找平，平面度≤1 mm，將前板梁上下翼板放置鋼平臺(tái)上，劃好上下翼板與腹板中心線裝配線，再將校平后的前腹板用2臺(tái)天車垂直吊于前板梁下翼板上進(jìn)行裝配，并點(diǎn)焊牢固，如圖3所示。腹板與下翼板內(nèi)側(cè)用支撐角鋼進(jìn)行支撐，翻轉(zhuǎn)180°裝配前板梁上翼板并點(diǎn)焊牢固，腹板與上翼板內(nèi)側(cè)用支撐角鋼進(jìn)行支撐，點(diǎn)焊前板梁兩端引弧板及收弧板。后板梁上下翼板及腹板組對(duì)采用同樣方法。

圖3 單腹翼板腹板組對(duì)

(2)主角焊縫焊接規(guī)范見表2所列，清除坡口周邊處鐵銹﹑油污﹑水分等不潔物，焊前預(yù)熱溫度要≥15℃，焊劑HJ431烘焙150℃，用埋弧自動(dòng)焊先焊前板梁上翼板與腹板、下翼板與腹板外側(cè)角焊縫，層間溫度控制≤250℃，翻轉(zhuǎn)180°再將前板梁上翼板與腹板、下翼板與腹板內(nèi)側(cè)焊道碳弧氣刨清根，打磨清根部位見金屬光澤，去除內(nèi)側(cè)支撐角鋼，埋弧自動(dòng)焊焊接前板梁上翼板與腹板、下翼板與腹板內(nèi)側(cè)角焊縫，這樣的焊接順序使得翼板與腹板焊后角度90°變形最小，單腹板梁焊后自然上拱，如圖4所示。后板梁上下翼板與腹板內(nèi)外側(cè)角焊縫焊接順序采用同樣方法。

圖4 單腹主角焊縫焊接

表2 主角焊縫焊接規(guī)范

2.5 單腹翼板腹板主角焊縫無(wú)損檢測(cè)的質(zhì)量控制

(1)翼板與腹板主角焊縫焊接完成24 h后復(fù)檢焊縫是否有冷裂紋，若出現(xiàn)局部冷裂紋，打磨裂紋處，分析制定工藝措施:打磨消除-預(yù)熱-補(bǔ)焊-后熱。

(2)前后單腹板梁4條主角焊縫進(jìn)行100%超聲波探傷(UT)后按DG1411.11Ⅱ級(jí)驗(yàn)收［8］(即反射波幅Ⅱ區(qū)域:單個(gè)缺陷指示長(zhǎng)度L=2T/3，最小為12 mm，最大≤40 mm;多個(gè)缺陷累計(jì)長(zhǎng)度L'在任意4.5 T焊縫長(zhǎng)度范圍內(nèi)L′≤T)及100%磁粉探傷(MT)按DG1416Ⅱ級(jí)驗(yàn)收(即不允許線性缺陷磁痕，圓形缺陷磁痕d≤3 mm，且評(píng)定框35 mm×100 mm范圍內(nèi)≤2個(gè))。

(3)同樣無(wú)損探傷不合格的主角焊縫，均應(yīng)按返修工藝進(jìn)行返修，返修后按原探傷方法100%進(jìn)行復(fù)探，同一部位焊縫返修不得超過(guò)3次。

2.6 雙腹雙翼板梁裝配尺寸及高強(qiáng)度螺栓孔質(zhì)量控制

(1)前后單腹板梁分別進(jìn)行矯正 先用水準(zhǔn)儀對(duì)平行放置的鋼平臺(tái)再次進(jìn)行復(fù)查找平，平面度≤1 mm，控制前后單腹板梁翼板與腹板相對(duì)垂直度≤5 mm，翼板、腹板任意每米內(nèi)平面度≤3 mm，連接部位(高強(qiáng)度螺栓孔區(qū)域)平面度≤1 mm，翼板連接部位局部翹曲≤2 mm，全長(zhǎng)扭曲≤10 mm，全長(zhǎng)側(cè)彎(旁彎)值≤6 mm，上拱度≤10 mm下繞度為0，變形部位矯正采取火焰矯正，溫度控制≤900℃，Q345B低合金鋼在＞400℃時(shí)不得用水急冷。

(2)矯正后的前后單腹板梁進(jìn)行組對(duì)裝配 劃出前后單腹板梁長(zhǎng)度方向的中心線，以中心線為基準(zhǔn)裝焊前后單腹板梁之間連接隔板如圖5所示，并進(jìn)行角焊縫100%超聲波探傷(UT)按DG1411.11Ⅱ級(jí)驗(yàn)收及100%磁粉探傷(MT)按DG1416Ⅱ級(jí)驗(yàn)收(同上述)。腹板之間連接隔板采取數(shù)控多頭下料控制寬度±1 mm及板旁彎≤1 mm，以保證兩腹板之間距±1.5 mm。連接隔板必須與前后單腹板梁的腹板點(diǎn)焊牢固后再進(jìn)行角焊縫焊接，否則，板梁腹板變形較大。

圖5 前后單腹板之間連接隔板裝焊

(3)組對(duì)雙腹雙翼板梁控制高度尺寸±5 mm，兩端扭曲值K≤全長(zhǎng)的1/1 000 mm且≤16 mm;上拱度≤30 mm下繞度為0，側(cè)彎(旁彎)值控制1/1 000 mm且≤6 mm，板梁尺寸參數(shù)如表3所列。兩端用型鋼臨時(shí)電焊固定防止扭曲變形。

表3 板梁尺寸參數(shù) /mm

(4)以板梁中心線為基準(zhǔn)劃出高強(qiáng)度螺栓孔組(用劃針劃線)，孔組與板梁中心線偏差控制±1 mm，孔組與孔組中心線偏差控制±2 mm，孔組與孔組對(duì)角線偏差控制±1.5 mm;孔組內(nèi)任意相鄰四孔的對(duì)角線之差控制≤1 mm，相鄰兩孔中心距偏差控制±0.5 mm?？捉M采取鉆模板及定位銷方法控制高強(qiáng)度螺栓孔尺寸精度，將搖臂鉆床放置板梁腹板上，用長(zhǎng)桿鉆頭鉆出孔組內(nèi)對(duì)角4個(gè)螺栓孔，放置鉆模板及定位銷固定，再鉆孔組內(nèi)相鄰各孔，如圖6所示。

圖6 高強(qiáng)度螺栓孔尺 寸精度控制

(5)以板梁中心線為基準(zhǔn)劃出托架、連接板、板梁筋板的中心線，托架筋板、連接板裝焊前開坡口，并進(jìn)行打磨去除坡口氧化物。托架、連接板的中心線與板梁中心線偏差控制±2 mm，托架、連接板與板梁腹板垂直度控制≤1.5 mm，連接板上高強(qiáng)度螺栓孔組中心線與板梁腹板尺寸偏差控制±1 mm。采用手工電弧焊焊接板梁托架、連接板，焊前對(duì)板梁托架、連接板進(jìn)行臨時(shí)支撐固定，防止焊接變形。焊條使用前須經(jīng)350℃烘焙1 h并隨烘隨用，清除坡口周邊處鐵銹、油污、水分等不潔物，手工電弧焊反面清根全焊透形式。焊后對(duì)托架筋板、連接板板厚≥15 mm角焊縫進(jìn)行100%超聲波探傷(UT)按DG1411.11Ⅱ級(jí)驗(yàn)收(同上述)，對(duì)托架筋板、連接板板厚＜15 mm角焊縫進(jìn)行100%磁粉探傷(MT)按DG1416Ⅱ級(jí)驗(yàn)收(同上述)。采取CO2氣保焊對(duì)稱焊接板梁筋板，減少板梁焊 接變形，手工電弧焊及CO2氣保焊焊接規(guī)范見表4。

表4 手工電弧焊及CO2氣保焊焊接規(guī)范

(6)因板梁長(zhǎng)度較長(zhǎng)，焊接后長(zhǎng)度有一定收縮量，所以對(duì)板梁進(jìn)行二次長(zhǎng)度號(hào)線，長(zhǎng)度尺寸偏差控制L±10 mm，采取半自動(dòng)氣割，氣割后進(jìn)行打磨平齊。

2.7 噴砂油漆的質(zhì)量控制

(1)板梁金屬表面進(jìn)行噴砂處理，要求其金屬表面呈現(xiàn)金屬光澤GB8923中［9］(Sa2.5級(jí))，不得有金屬氧化皮、鐵銹、油污存在，并在8 h以內(nèi)噴涂上第一道底漆。因板梁較大，整體噴砂處理困難，采取板梁翼板腹板分片噴砂處理，板梁的托架、連接板、筋板裝配前進(jìn)行噴砂處理，其坡口正反處各留100 mm及高強(qiáng)度螺栓孔組區(qū)域內(nèi)不噴涂第一道底漆。

(2)板梁油漆表面質(zhì)量要求 涂層均勻、色澤一致，不應(yīng)有氣泡、龜裂、流掛、脫皮、滲色、漏涂、誤涂等缺陷。采取噴涂法進(jìn)行板梁噴涂底漆、面漆，工作環(huán)境控制。地點(diǎn)清潔干燥，溫度≥5℃，相對(duì)濕度＜80%，板梁噴漆前先試噴，用濕度測(cè)厚儀測(cè)定每一道濕膜厚度，以掌握漆膜實(shí)際干燥后的厚度，進(jìn)而保證涂層干膜厚度及涂層的均勻。

(3)板梁噴涂底漆(型號(hào)C06-1)，漆膜厚度為70μm分三道噴漆，每道漆25μm左右。板梁噴涂面漆(型號(hào)C04-42)，漆膜厚度50μm分二道噴漆，每道漆25μm左右。原則為上一道涂層干后才能噴涂下一道，噴涂下一道漆前清理上一道涂層的灰塵、流掛、皺皮等，每一道涂層干后用漆膜磁性測(cè)厚儀測(cè)定漆膜厚度，平均10 m2左右檢測(cè)一點(diǎn)。

(4)板梁所有連接摩擦面嚴(yán)禁油漆和其他油脂，噴涂過(guò)程中應(yīng)對(duì)摩擦面進(jìn)行保護(hù)［10］。采取高強(qiáng)度螺栓孔群組并將范圍控制在80 mm內(nèi)，用不干膠帶將硬紙粘貼在高強(qiáng)度螺栓孔群組及周圍，待底漆、面漆漆膜干透后再將不干膠帶及硬紙摘除。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)雙腹雙翼板梁關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制，制造過(guò)程符合圖紙﹑標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)東方鍋爐(集團(tuán))檢查處及西北電力設(shè)計(jì)院米東項(xiàng)目部檢查，無(wú)論板梁的幾何尺寸、焊縫內(nèi)在質(zhì)量、表面質(zhì)量等均得到一致好評(píng)。

［1］ DG1411.1-2006.鋼板超聲波檢測(cè)方法［S］.

［2］ DG1109-2007.鍋爐栓焊鋼結(jié)構(gòu)制造［S］.

［3］ 國(guó)家機(jī)械工業(yè)委員.焊接材料產(chǎn)品樣本［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

［4］ 技工學(xué)校機(jī)械類通用教材編委會(huì).焊工手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1979.

［5］ DG1411.5-2006.對(duì)接焊縫超聲波檢測(cè)［S］.

［6］ DG1416-2006.磁粉檢測(cè)［S］.

［7］ GB/T4709-2000.鋼制壓力容器焊接規(guī)程［S］.

［8］ DG1411.11-2006.T型焊縫超聲波檢測(cè)［S］.

［9］ GB9823-1988.涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)［S］.

［10］ GB50205-2001.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.