塔式炉主钢架制作与焊接工艺.docx

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塔式炉主钢架制作与焊接工艺

塔式炉主钢架制作与焊接工艺

　　1.概述

　　塔式炉钢结构制作焊接难度较大，谁能解决该项技术难点就证明他的技术能力、市场份额占有率就大，我公司通过对电厂的钢辅架制作和焊接工艺的试验，积累了大量的技术资料和经验，在生产中不断提升产品质量。

图1为塔式炉辅钢架整体结构。

图1

　　2.塔式炉结构

　　1000MW机组由塔式炉主钢架和炉顶钢架两部分组成。

主钢架是锅炉的主要受力结构，是一个筒式框架，高为113.2m、共分5层框架，由4根立柱、20根主梁、40根斜撑组成。

（1）立柱部分每根立柱分8段（第一层2段、第二层2段、第三层1段、第四层2段、第五层1段）共计32段，每段长约16m、每段重约80t，下部截面尺寸2500mm×2500mm×45mm；上部截面最小尺寸2000mm×1700mm×45mm；柱内横向设有多道隔板；纵向设8道T型加劲肋；两道爬梯；上下柱通过两端框架法兰用螺栓联接而成，4条主要角焊缝为坡口部分熔透焊缝，且在主角焊缝内侧焊接10mm的贴角焊缝。

（2）主梁部分每层4根，截面尺寸为2000mm×900mm×30mm×40mm；斜撑牛腿钢板加厚长度28m、重约75t。

　　（3）斜撑部分每层8根，截面尺寸为1200mm×900mm×30mm×35mm/40mm；长度22m、重约30t。

单层整体结构如图2所示。

　　图2

　　柱子为箱型结构，截面尺寸为2500mm×2500mm，长度约16m，腹板、翼板厚度为45mm，四条主角焊缝为坡口半熔透焊缝，且在箱体内侧焊角焊缝焊高、宽10mm，柱子相邻两个板面开有与主梁连接的孔群，孔群位置柱子内壁有“井”字形加强结构，柱身内部在不同标高处有5层隔板（不包括平台板），在翼板、腹板纵向均各安装两条T形加强钢板，柱子的上下端头法兰板厚度为35mm（端铣平面），T形加强钢板与隔板H、E、M、B均为熔透角焊缝。

　　3.钢柱制作与焊接难点

　　辅钢架构件体积大、钢板厚、刚性强，焊接变形难控制，柱子构件整体尺寸精度高（见表1）

表1

（1）箱型柱截面大、结构复杂厚板对接尤为重要，焊道多，焊接操作稍有不慎就容易产生缺陷，造成探伤不合格。

柱身内有5层加强隔板与主体，有熔透焊缝、半熔透焊缝及角接焊缝，焊接工作量大，焊接工况条件差，焊接技术难度增加。

该工程焊接主要采用焊接效率高、工艺性能好的埋弧焊及CO2气体保护焊（药芯焊丝、实芯焊丝），所有熔透焊缝、半熔透焊缝都要100%UT探伤。

（2）箱型柱钢材多样钢板有国标Q345B、美标A572Gr50、板厚45mm，虽然钢板是同类钢号，但是从化学成分上看美标与国标比较，碳含量偏高，焊接时要注意焊前必须预热，焊后必须进行热处理，如果焊工操作上稍疏忽就有可能产生焊接裂纹。

对于箱体腹板、翼板、横隔板及纵向加劲板，互相连接装配精度高，错综复杂焊接变形大，关键技术是防止箱型柱的扭曲变形。

产生变形的主要因素是组装的尺寸、精度、间隙、焊接参数、焊接顺序及焊工操作意识等，都会导致焊接收缩拘束度、焊接应力，使箱型柱变形过大。

箱型柱自身刚度大，变形后矫正难，给制作和焊接变形控制带来相当大的挑战。

为确保箱型柱的焊接质量和焊后构件尺寸的精度，我们从焊接坡口位置、角度、钝边、焊接顺序，以及合理的焊接工艺评定和装配顺序工装技术措施来保证，在箱型柱、梁制作完成后进行检查测量，确保构件出厂一次性合格。

柱身如图3所示，柱各种接头形式如图4所示。

　　图3

图4柱各种接头形式

　　4.钢辅架钢材及焊接试验

（1）钢材采用国标Q345B、美标A572Gr50，其化学成分及力学性能如表2所示。

表2不同版厚的力学性能及化学成分

　　图表2可知，美标A572Gr50与国标Q345B材质力学性能和化学成分的数据基本属于同一个类型，在工程开工前选用了与Q345B钢种匹配的焊接材料进行埋弧焊与CO2气体保护焊三种焊接方法的焊接工艺评定试验，焊接前对试板进行清磨预热，焊接过程中适当控制道间焊接温度，并在焊后进行了630℃焊后热处理，经过UT100%探伤，力学试验完全符合美国AWS—D1.1标准。

焊接工艺评定力学性能如表3所示。

表3焊接工艺评定物理数据

（2）埋弧焊焊丝使用铁锚牌H10Mn2、焊剂使用豫林SJ101/F48A2、焊接设备使用唐山松下集团ZD5－1250，如图5所示，焊接参数如表4所示。

（a）                    （b）         

图5

　　表4埋弧焊焊接参数

　　（3）CO2气体保护焊时焊材使用武汉铁锚牌药芯焊丝YCJ501—1、实芯焊丝WH50—6，焊机使用唐山松下KRⅡ500。

　　图6为坡口形式及焊接顺序，焊接参数如表5所示。

　　（a）坡口形式（b）FCAW

　　（c）GMAW

　　图6

　　表5CO2气体保护焊焊接参数

　　5.箱型柱制作与焊接

　　箱型柱腹板、翼板的拼接，厚板焊接的最关键技术要求是焊前准备工作一定要做好，如焊剂、焊条的烘焙，气体的加热去湿，焊道的清洁打磨，焊前预热，焊接过程中的层间温度控制，焊道中的清渣，以及CO2气体保护焊表面氧化硅、氧化锰的结晶物都会影响焊接内部质量。

因为厚板如有缺陷焊接返修时不但难度增大，而且费工、费时，所以要严格把好焊接质量关。

（1）拼装在地面划出钢柱平面投影尺寸，钢柱轮廓线、中心线以及端部位置线，进行平台胎架制作，在搭设平台时要考虑到构件翻身时吊具的宽度便于操作，胎架标高最终复测确保在同一个水平线。

拼装合格经数控切割后的底板吊上胎架，在其底板上划出中心线、两端余量线、加强贴板的定位中心及位置线，将底板中心对齐地面中心线，贴板组织前须先进行小合拢拼装焊接。

探伤合格后校平，保证与底板密贴，而后与底板准确定位并四周围焊形成整体，焊接后处理合格后划出隔板、端板及T形肋的定位线作为安装基准线组装，横隔板划线以底板为基准T形肋以本体中心线为基准，划线以理论长加焊接收缩余量进行。

将焊接后矫正的合格T形肋吊在底板上按划出的定位线定位，可以从构件中间定位点焊，并控制垂直度加装辅助支撑减少焊接变形，T形肋端头开设坡口便于与横隔板焊接熔透。

≥25mm板无论对接、角接必须预热，符合要求后才能焊接。

底板劲板如图7所示。

　　图7

（2）组装隔板隔板由数控切割下料，自由边要求打磨光滑，以保证隔板与腹板、翼板密贴，从而控制截面尺寸。

端板在数控下料完成后拼装成框架，焊接后矫平，测量其截面、对角线尺寸，确保4个角成90°。

端板四面开好坡口并在框子上划出十字中心线及螺纹孔位置线，柱连接法兰要求叠钻，柱底端板销子孔设有沉头螺栓孔，端板组装时端板十字中心与底板中心线一致，端板余量线对准安装位置线，控制其与底板间的垂直度，并在T形肋翼板厚度两侧加设辅助支撑，防止T形肋焊接时将端板拉变形。

底板端板如图8所示。

　　图8

　　（3）腹板组装按前述方法合拢腹板的贴板及T形肋，并装上吊装码，定位时以腹板端部中心线对准端板十字中心线，使之与底板平齐，与隔板密贴搭牢保证与整体垂直度加以辅助支撑，然后按顺序装上左右两侧腹板控制对角线≠3mm进行定位焊。

定位焊每400mm间距、焊缝长30~40mm，组立后的槽型应进行预验收合格后进行焊接，为确保构件的尺寸控制焊接变形，先焊隔板与腹板，最好两边对称焊接。

完成后焊接腹板与底板角焊缝，注意要两面腹板对称，并同时由中心朝两边焊，至少4个焊工，焊完后焊纵向T形劲板与隔板熔透角焊缝，再焊底板与隔板角焊缝。

底板与腹板如图9所示。

          （a）底板（b）腹板

　　图9

　　（4）盖板组装组装时对齐端部中心线及端板十字中心线进行定位固定，复测箱型柱尺寸、上下中心线对称、垂直度等符合要求后，对四条主焊缝两侧100mm内进行焊前预热（可采用电加热或火焰加热）。

电加热由自动温度控制仪记录温度行走曲线；火焰加热应有专用测温仪在坡口中心朝两边75mm处正反面进行测量，温度设置在60~70℃，符合要求后进行焊接。

由于箱型柱构件大四条主焊缝还未焊，翻身会变形，故盖板与腹板焊接采用横焊工位，考虑到采用焊接热输入小、焊接变形量小的CO2药芯焊丝保护焊，4个焊工两面同时从中心朝两边焊接完成4条主焊缝，多层多道焊到离面层2~3mm后翻身90°，用埋弧焊进行盖面；随后翻身180°，再焊另一面，焊接时两边同时用埋弧焊焊接，这样构件变形更小。

　　（5）端面铣焊接、探伤、矫正、测量合格后，四面划出长度中心线，两端划出端铣余量线及控制对合线，对合线距离为200mm，对合线余量线与中心线垂直并进行检测，然后上端铣机。

铣前调整中心线水平度在±1mm之内，测量动力头的垂直度，控制动力头面与余量线的距离一致，保证端面垂直度与构件长度在公差范围内。

　　（6）柱上钻孔找出梁端板安装位置，将端板与柱固定，划出孔群位置线，划线时横向以柱底板中心线为基准、纵向以柱中心线为基准，然后与端板进行整体叠钻划线钻孔。

梁端板与柱定位前，须先将端板的上下部分接触面铣平，用夹具加紧，如图10所示。

　　图10

　　6.结语

　　箱型柱按照GB50205—2001标准对焊缝进行VT外观和焊接尺寸检查、100%UT探伤，结构尺寸按表1内容逐一检查，制作质量完全符合预定技术要求。

由于在装配、焊接工艺上的严格把关，所以有效地控制了箱型柱结构变形。

另外，采用梁板、柱身孔叠钻能有效地控制孔位偏差通孔率100%，使本公司在电厂辅钢架制作又迈出了一大步，确保了辅钢架在现场的一次安装成功。