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構大板梁的結構特點，該大板梁為三層雙幅疊梁設計，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苛。下文重點介紹了大板梁三層雙幅疊梁的制作要點和應采取的控制措施，并通過技術創新，優化工藝、細化流程，最終取得了良好的效果。山東豐匯設備技術有限公司（以下簡稱“我公司”）承攬的某機組二次再熱塔式鍋爐，鋼結構所采用的大板梁設計主要以三層雙幅疊梁結構為主，在國內尚屬首次，通過實踐證明其制造技術及工藝方法對塔式爐大板梁三層雙幅疊梁的生產制造效果明顯、技術先進，對同類型的雙層或三層疊梁的大板梁生產有指導性的意義。

一、結構特點

某機組鍋爐鋼結構的大板梁采用三層雙幅疊梁設計，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643t。每件大板梁共存在七部分，上層疊梁以“π”型而機構為主，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”型機構為主，三層疊梁之間，以此使用疊合板和高強螺栓進行穩固連接，疊合板厚度為δ=50mm。三層疊梁端部位置，全部安裝設置法蘭板，厚度為δ=75mm，利用法蘭板同端板和高強螺栓性能穩固連接成整體，端板厚度為δ=25mm。大板梁整體利用兩側位置端板支坐于五層鋼構架主梁的墊板上，支撐著整個爐膛的重量。大板梁孔群密集，單件總計26490個孔，疊合處5376個孔，制孔量相對較大，難以對焊接變形做出有效控制，且精度標準相對較高，具有較大的制作難度。所以，位于生產期間，應當對各工序主要難點以及關鍵控制點做出綜合考慮，確保大板梁可以做到保質保量完成。

二、制作難點

對于制作難點，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，同一根疊梁兩側腹板厚度也不相同，而且腹板的坡口形式一側為熔透焊接，另外一側為非熔透焊接，因此大板梁各個疊梁的焊接收縮和焊接變形就各不相同，規律也很難掌握。如何選擇合理的制孔順序消除大板梁各個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，該板重量達到40t，造成上層疊梁重心向上翼板側偏移大，形成類似“不倒翁”模型。

三、生產操作要點

1.生產前準備及下料

搭設組合平臺，平臺搭建應當保證牢固且可靠，嚴格控制平臺平面度不超過2mm。原材料入廠復檢合格并進行鋼板防腐預處理。下料前要編制下料工藝卡，編制時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行有效模擬，然后再在數控切割機上空行走驗證精度，確認無誤后才進行正式下料。

2.拼板

（1）拼接圖編制會簽

大板梁板材拼接前首先按設計和規范要求編制大板梁拼接圖，并交設計部門確認。拼接時要嚴格按照設計部門審核通過的會簽圖，基于此完成鋼板拼接。關于大板梁腹板位置，盡可能排除縱向拼接焊縫，盡可能定制符合寬度標準的鋼板，以防縱縫拼接導致焊接出現嚴重變形，腹板精度無法得到保證。

（2）焊接

關于焊接操作，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，一般情況下會使用機械加工的方法進行“U”型坡口的制備，由于價格高且周期較長，我們通過合理減小坡口度數，適當增加根部間隙，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各15mm內的疏松物、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，直至發出金屬光澤。對口時預留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。對口錯口量不大于板厚3%，且最大不超過3mm。焊接前按照標準進行火焰預熱，通過測溫槍采取準確檢測，確保焊接之前與焊接期間溫度控制能夠控制在標準范圍。焊接期間，CO2氣體保護焊打底，以埋弧自動焊填料、蓋面方式為主完成焊接。焊接時選擇合理的焊接參數和正確的焊接順序，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，并按照熱處理作業要求嚴格控制升、降溫速度和保溫時間。

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作模板，完成疊合面孔配鉆，這樣可以消除大板梁各個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，對上、下翼板、腹板采取同時組合，確保翼板、腹板能夠保持縱、橫向中心線的重合對齊，并以電焊方式進行固定，通過氣體保護焊完成兩側焊縫的同時打底焊接，完成后對中層疊梁“工”型梁翻身并放置于平臺上，再進行氣保焊打底焊接。打底完成后，使用埋弧自動焊同時對兩條焊縫進行平焊焊接。第二，焊接完成后對疊梁進行校正，主要通過機械校正，搭配火焰校正，以防熱校正超出形成附加應力、產生變形，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，筋板通過數控平面鉆制孔完成，基準以中層疊梁腹板橫向中心性為主，進行準確定位并完成安裝，采取焊接固定。焊接期間，應當對筋板焊接變形采取有效控制，完成之后采取有效驗證，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，先進行上層疊梁單件“T”型梁的組合焊接，完成后對“T”型梁進行校正，主要通過機械校正，搭配火焰校正，校正只有應當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，再進行上層疊梁三段單件組合焊接。上層疊梁三段分別進行組合，組合方式以倒組合為主，對上翼板平放置平臺，基于圖紙尺寸，對兩件T型梁準確安裝到翼板，對上腹板沿腹板起拱度同腹板進行點焊固定。因為上層疊梁重心發生變化，向著上翼板一側發生較大便宜，產生同“不倒翁”形狀的模型，以常規方法完成翻身無法實現。針對這一特點，對上層疊梁的重心進行計算制作了大板梁翻身工裝。該翻身工裝為倒三角形結構形式，能夠實現平穩翻身。通過翻身將上層疊梁平放于平臺上，使用埋弧自動焊對主角焊縫進行焊接完成。

第三，最后進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螺栓進行穩固連接成整體；對三段制作所得到的上層疊梁放置到平臺，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、翼板以電焊方式進行固定；對兩處連接法蘭兩側對稱焊接，焊接方法采用氣體保護焊，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配完成后，先與中層疊梁進行疊合面孔的配鉆。

（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準完成端銑處理，以此為基準完成螺栓孔精準定位，在數控鉆床上制孔完成，等待大板梁試裝時使用。

4.實配鉆孔

上層疊梁與中層疊梁實配鉆孔和下層疊梁與中層疊梁實配鉆孔。實配以臥式組合方式為主，對上層疊梁三段水平放置到平臺，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，同上層疊梁疊合面保持準確對其，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行制孔，制孔時應嚴格控制精度，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，基于標準對上層疊梁所具有的水平度和垂直度做出準確調整，待達到標準即可。對中層、上層疊梁采取有效連接，螺栓連接穩固之后，對下層、中層疊梁采取有效連接。

第二，對制作完成的200mm端板，利用高強螺栓以及定位銷同端部法蘭采取穩固連接，以整體完成安裝。端部法蘭準確就位之后，對大板梁疊梁的翼板、腹板采取切割與修磨，保證符合圖紙標準，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

關于大梁板時裝，具體流程為：第一，大板梁試裝嚴格模擬現場安裝工況進行，通過大板梁試裝驗證穿孔率和高強螺栓摩擦面要求，為現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域，就位時下層疊梁下部支墊150mm厚度鋼板，并將下層疊梁腹板的筋板使用螺栓連接牢固，調整下層疊梁的尺寸符合標準要求。第三，安裝中層疊梁：先對中層疊梁內側筋板通過螺栓進行連接，之后通過高強螺栓完成對中層、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行連接，之后通過高強螺栓完成對上層、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、垂直度等參數進行測量，并逐個檢查摩擦面的間隙是否符合要求，并形成試裝記錄。第六，驗證合格后將大板梁逐層拆除，以此完成整個大板梁的試裝。