叠合式大板梁的制造技术探讨

叠合式大板梁的制造技术探讨

李宝生

（九冶建设有限公司陕西咸阳712042）

摘要：介绍了电站锅炉框架钢结构重要承重部件叠合式大板梁制在造过程中，对材料下料与切割、超厚板焊接技术及叠合面孔群控制措施等关键工序的制造工艺进行探讨；

关键词：叠合式大板梁；超厚板焊接；叠合面

电站锅炉框架大板梁为承受锅炉设备动载运行的重要承重部件。设计时在满足锅炉设备安全运行的同时，考虑到大板梁超限运输及吊装设备选用的经济性，对大板梁系统中截面尺寸超大、超重的构件设计为叠合式结构。哈尔滨锅炉厂设计的准东北二电厂2*66MW锅炉机组框架大板梁系统中C梁、B梁、D梁采用的就是叠梁的结构形式；D梁为大板梁系统中外形尺寸最大、单件重量最重的一榀叠梁。其叠合面由1896套规格为M27*110mm10.9级大六角高强螺栓将上、下梁连接一体。整榀叠梁的外形尺寸长30.3m×宽1.7m×高5.8m，总重218t，D梁的上、下翼缘钢板达到160mm，腹板由60mm+50mm+60mm不等厚钢板拼接，叠合面钢板厚度为30mm；钢板材质为345-C级钢。

针对叠合式大板梁的结构特点及设计要求，结合生产车间起重能力及制造设备加工能力，分析影响叠梁叠合面的平面度、叠合面的穿孔率、起拱控制、超厚钢板的焊接及叠梁组合件内各相邻零件偏差等因素.编制叠合式大板梁制造工艺，建立专项工艺检查制度，运行工序间专项质量传递卡使其成为叠合式大板梁制造精度、质量控制的关键技术文件。

一、材料下料与切割

1.钢板的定轧哈尔滨锅炉厂企业标准HG5.11.1.1中对板梁腹板高H≥2.6m时，允许有两条纵向焊缝。拼接最小宽度应不小于350mm.。腹板有纵向焊缝的，横向不允许有贯通性拼接焊缝。组合件内各相邻零件的拼接焊缝中心线彼此错开的尺寸应大于200mm。梁、柱及板梁的拼接焊缝中心线与接头、托架或隔板的焊缝边缘应错开100mm以上。钢板拼接时，纵横两个方向的对接焊缝可采用T形交叉，但两交叉点间的距离不小于350mm，不允许出现十字接头。准东北二电厂2*66MW锅炉机组框架大板梁系统中C梁、B梁、D梁腹板高度分别达到3895mm、3880mm、3810mm；腹板厚度分别为B、C梁40mm，D梁腹板由60mm+50mm+60mm不等厚钢板拼接而成；以D梁的上梁腹板而言，如由两块钢板纵向拼接腹板势必形成一条纵向30.3m的通长焊缝，原设计腹板60mm+50mm+60mm不等厚钢板2条横向拼接焊缝就形成4条相邻距离不小于350mmT形焊缝。横向拼接焊缝与腹板纵向通长焊缝还要出现T形焊缝。为满足哈尔滨锅炉厂企业标准关于腹板横向焊缝与上翼缘板与中间翼缘板的不小于200mm的焊缝距离及腹板、翼缘板焊缝与组合件内各相邻零件不小于200mm的焊缝距离的要求；D梁腹板势必增加横向焊缝数量，加大材料损耗；在制造过程中，纵向通长焊缝在焊前预热、施焊过程及焊后热处理工艺措施提出高的要求；形成T形交叉焊缝位置极易出现缺陷。为此叠合式板梁制造工艺中确定大板梁系统中的单梁、叠梁所需材料在舞阳钢铁厂定尺采购。在供货技术协议中对所供材料在宽度、长度、机械性能、化学成分、UT检测、厚度公差及钢板平面度上提出了具体的技术指标。虽然在材料采购及运输环节上增加了成本；与人工、消耗材料综合成本分析及生产效率、质量控制上优势明显；

2.下料与切割下料车间依据技术部门发出的翼缘板、腹板拼接图，按照拼接图中指定的材料领料、下料。下料前应检查材料的外形尺寸、厚度及平面度；满足技术文件要求方可下料。板梁所有材料按照制造工艺要求采取整板拼接二次下料的生产工艺。一次下料生产流程：钢板齐头—坡口加工—抛丸除锈—喷涂底漆—拼接施焊—UT检测—热处理—火焰矫正；板梁翼缘板二次下料以一次下料钢板齐头与纵向垂直线作为基准，使用划针划出翼缘板轮廓线；翼缘板轮廓线的对角尺寸相差应小于2mm。翼缘板长度方向两侧各增加50mm作为焊接收缩余量，宽度方向增加6mm作为选用丙烷气体火焰切割割缝补偿尺寸。板梁腹板起拱曲线精度是腹板二次下料重要的技术控制措施，首先划出腹板设计轮廓线，依据二次抛物线的计算数值在各等分线上量取线段连接成圆滑的曲线。160mm翼缘板火焰切割时由2台数控火焰切割机配合作业；第一台切割机往复行走对板材进行切割前预热，使用手持式测温仪度测量预热温度超过100°C时，第二台数控火焰气割机开始切割作业；两台数控火焰切割机同步配合完成对整个翼缘板的切割作业。腹板切割前，使用切割机的两个数控切割头空车行走，一个数控头做直线行走，另一个数控头以二次抛物曲线行走；与划线的腹板轮廓线完全重合方可开始预热、切割作业；

二、超厚钢板焊接技术

超厚钢板入厂按照规范要求取样复验，取样的试件机械性能、化学成分、冲击功试验数据符合《低合金高强度结构钢》GB/T1591-2008之相关规定；并对材料逐张100%进行超声波检测，避免由于母材质量原因对焊接质量产生影响。

1.焊接坡口在不影响焊接质量的情况下，为减少焊接熔敷金属填充量，降低焊接应力，提供生产效率。超厚钢板焊接坡口设计为不对称双面U型坡口。正面坡口尺寸100mm，背面坡口尺寸60mm，坡口角度22.5°，钝边6mm，坡口间隙0-1mm；采用刨边机刨削加工方式保证U型坡口的尺寸准确。

2.焊接作业1）适当的预热温度可减缓焊后的冷却速度，降低结晶组织裂纹倾向，焊前预热温度严格控制在不低于150°C。这是焊接质量重要的保证措施。具体实施在坡口两侧采用火焰加热方式，预热温度范围不小于焊件厚度的2倍。使用手持式测温仪在钢板背面测量温度；2）焊接参数的选择与合理焊接顺序是防止焊接裂纹的产生和控制焊接变形的关键。施焊时选择小熔深参数多层多道作业.过程中密切观察焊接变形情况，根据变形情况及时调整焊接顺序。正面坡口填充至2/3左右时，翻转对背面焊缝使用碳弧气刨清根，清根后坡口根部与母材应圆滑过渡半径不小于8mm。背面坡口一次施焊完成在翻转到正面将余下的焊缝焊接完成；3）超厚钢板SAW焊接应连续作业施焊，焊接过程不宜中断；特殊情况下中断焊接时，应及时进行后热消氢措施，将中断焊接的焊缝加热到300-400°C采用石棉包裹保温2-3小时。再次施焊作业前，将中断的焊缝重新预热，预热温度应不低于200°C；施焊过程中应严格控制150-350°C焊缝层间温度区间作业。可采用加热与短暂暂停作业的方式控制层间温度；4）焊接完成应进行后热消氢，将焊缝加热到300-400°C采用石棉包裹保温2-3小时；为防止出现延迟性裂纹，24小时方可进行UT检测。5）热处理在专用平台上进行，热处理区域避免受到自重的影响。焊缝背面垫放80mm石棉，焊缝正面放置陶瓷加热板覆盖80mm石棉。按照热处理工艺设置控温设备的升温温度与时间、保温温度与时间及冷却温度与时间进行焊缝热处理；

三、叠合面平面度与叠合面穿孔率

影响叠合面平面度的主要因素是焊接变形，焊接变形表现形式为叠合面翼缘板的角变形与腹板纵向焊接收缩的弯曲变形。叠合面翼缘板的角变形可通过型钢翼缘矫正机矫平，腹板纵向收缩引起的弯曲变形产生原因由于腹板与中间翼缘板、腹板与翼缘板金属熔敷质量差，焊缝的受热膨胀产生压缩塑性变形不一致；采用焊后火焰矫正的方式由于板梁自重原因会引起叠合面翼缘板波浪变形。经过对纵向焊接收缩变形的定量计算，在腹板与叠合面翼缘板装配T型结构前，采取预加热使腹板产生反向变形的方式抵消焊接收缩不一致的方法，在制造实践中叠合面的平面度满足设计要求；

叠合面的穿孔率是叠合式大板梁制造质量的一项重要的技术指标。结合车间对以往类似项目的制造经验，采用叠合梁成品制孔的生产工艺。叠合梁的上、下梁的下料与切割、拼接与装配、焊接与矫正工序均以完成，经“三检制”检查合格的叠合梁产品方可进入划线制孔工序。划线时应按照腹板中心为基准，使用0.5kg拉力计配合钢盘尺整体划线。划线应先划出制孔基准线，在划出检查线。制孔模板必须镶以经淬火处理的钢套，且保证足够长度以控制一个制孔区间允许移动一次钻模的要求；制孔作业结束应按照检查线检查尺寸，每一个制孔区间尺寸检查应记录；出现尺寸偏差的位置在相对应梁的相对应制孔区间修正，使上、下梁同一位置的孔尺寸偏差一致；以确保叠合面穿孔率；

结束语

在准东北二电厂2*66MW锅炉机组框架大板梁系统中叠合式大板梁的制造过程中，通过对关键工序的技术控制，在叠合式大板梁车间试装中，实测叠合面的间隙小于1mm、穿孔率100%、起拱9mm、上下梁的垂直度、外形尺寸等数据均符合规范要求。最终在工地顺利的完成了安装工作；

参考文献：

[1]《哈尔滨锅炉厂有限责任公司制造技术条件》；哈尔滨锅炉厂有限责任公司技术管理处

[2]NB/T47043-2014《锅炉钢结构制造技术规范》；国家能源局.2014年11月1日

[3]雷世明《焊接方法与设备》；北京机械工业出版社.2007.2