百萬千瓦塔式爐大板梁三層雙幅疊梁制作和焊接工藝

趙金鵬

首先介紹了某百萬千瓦二次再熱塔式鍋爐鋼結(jié)構(gòu)大板梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，該大板梁為三層雙幅疊梁設(shè)計(jì)，高度10.8m，單件重量643t。大板梁三層雙幅疊梁除了保證疊合面的螺栓穿孔率，還要保證高強(qiáng)螺栓的摩擦面，因此對于三層雙幅疊梁的大板梁制作要求非常嚴(yán)苛。下文重點(diǎn)介紹了大板梁三層雙幅疊梁的制作要點(diǎn)和應(yīng)采取的控制措施，并通過技術(shù)創(chuàng)新，優(yōu)化工藝、細(xì)化流程，最終取得了良好的效果。山東豐匯設(shè)備技術(shù)有限公司（以下簡稱“我公司”）承攬的某機(jī)組二次再熱塔式鍋爐，鋼結(jié)構(gòu)所采用的大板梁設(shè)計(jì)主要以三層雙幅疊梁結(jié)構(gòu)為主，在國內(nèi)尚屬首次，通過實(shí)踐證明其制造技術(shù)及工藝方法對塔式爐大板梁三層雙幅疊梁的生產(chǎn)制造效果明顯、技術(shù)先進(jìn)，對同類型的雙層或三層疊梁的大板梁生產(chǎn)有指導(dǎo)性的意義。

一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

某機(jī)組鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的大板梁采用三層雙幅疊梁設(shè)計(jì)，共兩件，兩件對稱制作。大板梁長度34.3m，寬度2.6m，高度10.8m，單件重量則高達(dá)643t。每件大板梁共存在七部分，上層疊梁以“π”型而機(jī)構(gòu)為主，共存在三部分，每部分通過中間δ=60mm厚度的連接法蘭連接；中層、下層疊梁則以“工”型機(jī)構(gòu)為主，三層疊梁之間，以此使用疊合板和高強(qiáng)螺栓進(jìn)行穩(wěn)固連接，疊合板厚度為δ=50mm。三層疊梁端部位置，全部安裝設(shè)置法蘭板，厚度為δ=75mm，利用法蘭板同端板和高強(qiáng)螺栓性能穩(wěn)固連接成整體，端板厚度為δ=25mm。大板梁整體利用兩側(cè)位置端板支坐于五層鋼構(gòu)架主梁的墊板上，支撐著整個(gè)爐膛的重量。大板梁孔群密集，單件總計(jì)26490個(gè)孔，疊合處5376個(gè)孔，制孔量相對較大，難以對焊接變形做出有效控制，且精度標(biāo)準(zhǔn)相對較高，具有較大的制作難度。所以，位于生產(chǎn)期間，應(yīng)當(dāng)對各工序主要難點(diǎn)以及關(guān)鍵控制點(diǎn)做出綜合考慮，確保大板梁可以做到保質(zhì)保量完成。

二、制作難點(diǎn)

對于制作難點(diǎn)，主要涵蓋如下方面：第一，大板梁三層疊梁的翼緣板厚度各不相同，同一根疊梁兩側(cè)腹板厚度也不相同，而且腹板的坡口形式一側(cè)為熔透焊接，另外一側(cè)為非熔透焊接，因此大板梁各個(gè)疊梁的焊接收縮和焊接變形就各不相同，規(guī)律也很難掌握。如何選擇合理的制孔順序消除大板梁各個(gè)疊梁之間焊接變形不一致的影響。第二，大板梁翼緣板厚度為150mm，端板厚度為200mm，這些大厚度、大熔深的對接焊縫如何制備坡口、如何保證焊接質(zhì)量并控制焊接變形。第三，大板梁上層疊梁的上翼板為150mm厚度板，寬度為2400mm，該板重量達(dá)到40t，造成上層疊梁重心向上翼板側(cè)偏移大，形成類似“不倒翁”模型。

三、生產(chǎn)操作要點(diǎn)

1.生產(chǎn)前準(zhǔn)備及下料

搭設(shè)組合平臺(tái)，平臺(tái)搭建應(yīng)當(dāng)保證牢固且可靠，嚴(yán)格控制平臺(tái)平面度不超過2mm。原材料入廠復(fù)檢合格并進(jìn)行鋼板防腐預(yù)處理。下料前要編制下料工藝卡，編制時(shí)充分考慮焊接收縮量及端銑余量。主要部件的材料如翼板、腹板下料前使用排料軟件進(jìn)行有效模擬，然后再在數(shù)控切割機(jī)上空行走驗(yàn)證精度，確認(rèn)無誤后才進(jìn)行正式下料。

2.拼板

（1）拼接圖編制會(huì)簽

大板梁板材拼接前首先按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求編制大板梁拼接圖，并交設(shè)計(jì)部門確認(rèn)。拼接時(shí)要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)部門審核通過的會(huì)簽圖，基于此完成鋼板拼接。關(guān)于大板梁腹板位置，盡可能排除縱向拼接焊縫，盡可能定制符合寬度標(biāo)準(zhǔn)的鋼板，以防縱縫拼接導(dǎo)致焊接出現(xiàn)嚴(yán)重變形，腹板精度無法得到保證。

（2）焊接

關(guān)于焊接操作，具體包括：第一，母材坡口制備。大板梁的翼板、腹板、端板均采用“X”型坡口，鈍邊2-3mm。對于100mm、150mm厚度翼板，200mm厚度端板的坡口制備，一般情況下會(huì)使用機(jī)械加工的方法進(jìn)行“U”型坡口的制備，由于價(jià)格高且周期較長，我們通過合理減小坡口度數(shù)，適當(dāng)增加根部間隙，使得火焰制備大厚度板“X”型坡口成為可能。這樣既保證了根部熔透，又減少了焊縫填充量。第二，組對焊接操作。組對前須將坡口及坡口兩側(cè)各15mm內(nèi)的疏松物、氧化皮、熔渣、油銹及其它妨礙正常焊接操作的雜物清理干凈，直至發(fā)出金屬光澤。對口時(shí)預(yù)留2-3mm間隙，對于大于100mm的翼板和端板將對口間隙放大，以保證小坡口根部的熔透。對口錯(cuò)口量不大于板厚3%，且最大不超過3mm。焊接前按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行火焰預(yù)熱，通過測溫槍采取準(zhǔn)確檢測，確保焊接之前與焊接期間溫度控制能夠控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍。焊接期間，CO2氣體保護(hù)焊打底，以埋弧自動(dòng)焊填料、蓋面方式為主完成焊接。焊接時(shí)選擇合理的焊接參數(shù)和正確的焊接順序，保證焊縫成型、減小焊接變形。第三，焊后熱處理及無損檢測。大板梁厚度≥38mm的對接焊縫均要進(jìn)行焊后熱處理，熱處理方式采用電阻加熱，并按照熱處理作業(yè)要求嚴(yán)格控制升、降溫速度和保溫時(shí)間。

3.大板梁單件疊梁制作

（1）中層疊梁制作

中層疊梁支座，具體流程如下：第一，先對中層疊梁上、下疊合板，以鉆穿制孔為主，上層、下層疊梁疊合板，則無需鉆孔，通過中層疊梁疊合板當(dāng)作模板，完成疊合面孔配鉆，這樣可以消除大板梁各個(gè)疊梁之間焊接變形不一致的影響。將校正之后腹板平鋪在放置到平臺(tái)，對上、下翼板、腹板采取同時(shí)組合，確保翼板、腹板能夠保持縱、橫向中心線的重合對齊，并以電焊方式進(jìn)行固定，通過氣體保護(hù)焊完成兩側(cè)焊縫的同時(shí)打底焊接，完成后對中層疊梁“工”型梁翻身并放置于平臺(tái)上，再進(jìn)行氣保焊打底焊接。打底完成后，使用埋弧自動(dòng)焊同時(shí)對兩條焊縫進(jìn)行平焊焊接。第二，焊接完成后對疊梁進(jìn)行校正，主要通過機(jī)械校正，搭配火焰校正，以防熱校正超出形成附加應(yīng)力、產(chǎn)生變形，校正之后確保翼板平面度控制不超過0.5mm，翼板與腹板垂直度≤2mm。第三，校正完成后安裝筋板，筋板通過數(shù)控平面鉆制孔完成，基準(zhǔn)以中層疊梁腹板橫向中心性為主，進(jìn)行準(zhǔn)確定位并完成安裝，采取焊接固定。焊接期間，應(yīng)當(dāng)對筋板焊接變形采取有效控制，完成之后采取有效驗(yàn)證，確保筋板傾斜度以及垂直度控制不超過1mm。

（2）上層疊梁制作和下層疊梁制

上層、下層疊梁制作，具體流程如下：第一，先進(jìn)行上層疊梁單件“T”型梁的組合焊接，完成后對“T”型梁進(jìn)行校正，主要通過機(jī)械校正，搭配火焰校正，校正只有應(yīng)當(dāng)確保翼板平面度控制不超過0.5mm，翼板與腹板垂直度≤2mm。下層疊梁組合焊接與上層疊梁類似。

第二，再進(jìn)行上層疊梁三段單件組合焊接。上層疊梁三段分別進(jìn)行組合，組合方式以倒組合為主，對上翼板平放置平臺(tái)，基于圖紙尺寸，對兩件T型梁準(zhǔn)確安裝到翼板，對上腹板沿腹板起拱度同腹板進(jìn)行點(diǎn)焊固定。因?yàn)樯蠈盈B梁重心發(fā)生變化，向著上翼板一側(cè)發(fā)生較大便宜，產(chǎn)生同“不倒翁”形狀的模型，以常規(guī)方法完成翻身無法實(shí)現(xiàn)。針對這一特點(diǎn)，對上層疊梁的重心進(jìn)行計(jì)算制作了大板梁翻身工裝。該翻身工裝為倒三角形結(jié)構(gòu)形式，能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)翻身。通過翻身將上層疊梁平放于平臺(tái)上，使用埋弧自動(dòng)焊對主角焊縫進(jìn)行焊接完成。

第三，最后進(jìn)行上層疊梁三段梁連接法蘭組合焊接。將中間連接法蘭先進(jìn)行鉆孔、端銑并噴砂完成，并將配對法蘭通過定位銷以及高強(qiáng)螺栓進(jìn)行穩(wěn)固連接成整體；對三段制作所得到的上層疊梁放置到平臺(tái)，整體找正之后，切割滿足法蘭連接的合理間隙，連接法蘭同腹板、翼板以電焊方式進(jìn)行固定；對兩處連接法蘭兩側(cè)對稱焊接，焊接方法采用氣體保護(hù)焊，焊接完成并冷卻到室溫后將三段疊梁解體。上層疊梁三段梁連接法蘭實(shí)配完成后，先與中層疊梁進(jìn)行疊合面孔的配鉆。

（3）大板梁端板制作

大板梁200mm端板厚度方向預(yù)留端銑余量，該板對接并校正完成后移交加工，對端板采取銑面和鉆孔處理。端板采取銑面處理之后，讀端板下端位置按標(biāo)準(zhǔn)完成端銑處理，以此為基準(zhǔn)完成螺栓孔精準(zhǔn)定位，在數(shù)控鉆床上制孔完成，等待大板梁試裝時(shí)使用。

4.實(shí)配鉆孔

上層疊梁與中層疊梁實(shí)配鉆孔和下層疊梁與中層疊梁實(shí)配鉆孔。實(shí)配以臥式組合方式為主，對上層疊梁三段水平放置到平臺(tái)，利用中間連接法蘭體共同連接成整體，找正尺寸。對中層兩件疊梁水平放置到平臺(tái)，同上層疊梁疊合面保持準(zhǔn)確對其，確保中層疊梁同上層疊梁腹板橫向中心線保持重合對齊。對上層疊梁疊合板進(jìn)行制孔，制孔時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制精度，保證穿孔率，按照上述同樣的方式將下層疊梁與中層疊梁配孔完成。

5.大板梁端部法蘭板安裝

關(guān)于大板梁端部法蘭板安裝，具體流程如下：第一，對大板梁以倒立型式完成組合，上層疊梁平放于地面鋼板，基于標(biāo)準(zhǔn)對上層疊梁所具有的水平度和垂直度做出準(zhǔn)確調(diào)整，待達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)即可。對中層、上層疊梁采取有效連接，螺栓連接穩(wěn)固之后，對下層、中層疊梁采取有效連接。

第二，對制作完成的200mm端板，利用高強(qiáng)螺栓以及定位銷同端部法蘭采取穩(wěn)固連接，以整體完成安裝。端部法蘭準(zhǔn)確就位之后，對大板梁疊梁的翼板、腹板采取切割與修磨，保證符合圖紙標(biāo)準(zhǔn)，樣兒基于焊接工藝完成對稱焊接，待對端部法蘭全部焊接完成即可。

6.大板梁試裝

關(guān)于大梁板時(shí)裝，具體流程為：第一，大板梁試裝嚴(yán)格模擬現(xiàn)場安裝工況進(jìn)行，通過大板梁試裝驗(yàn)證穿孔率和高強(qiáng)螺栓摩擦面要求，為現(xiàn)場安裝提供有力保障。第二，將大板梁下層疊梁吊裝至試裝區(qū)域，就位時(shí)下層疊梁下部支墊150mm厚度鋼板，并將下層疊梁腹板的筋板使用螺栓連接牢固，調(diào)整下層疊梁的尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)要求。第三，安裝中層疊梁：先對中層疊梁內(nèi)側(cè)筋板通過螺栓進(jìn)行連接，之后通過高強(qiáng)螺栓完成對中層、下層疊梁疊合面的有效連接，最后將中層疊梁端部法蘭板與200mm端板連接。第四，安裝上層疊梁：對上層疊梁三段連接法蘭通過螺栓進(jìn)行連接，之后通過高強(qiáng)螺栓完成對上層、中層疊梁疊合面的有效連接，最后將上層疊梁端部法蘭板與200mm端板連接。第五，組合完成后，對大板梁的起拱度、垂直度等參數(shù)進(jìn)行測量，并逐個(gè)檢查摩擦面的間隙是否符合要求，并形成試裝記錄。第六，驗(yàn)證合格后將大板梁逐層拆除，以此完成整個(gè)大板梁的試裝。