哈锅上都2X660MW机组超临界叠型梁制作方案MicrosoftWord文档资料.docx
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哈锅上都2X660MW机组超临界叠型梁制作方案MicrosoftWord文档资料
哈锅上都2X660MW机组超临界锅炉钢结构
叠合梁制作方案
前言
哈锅上都2X660MW机组超临界锅炉钢结构整体钢架为矩形框架体系，分五层十段，其第五层九段设有5榀大板梁及3榀大型叠合大板梁，用以承重锅炉设备。
由于大板梁是电站框架中承受锅炉动载的最重要部件，加工质量的好坏将直接影响大板梁的正常运行，因此，确
保大板梁焊接质量和尺寸精度，便成了大板梁制造的关键。
1、叠合梁结构特点
叠合大板梁分上、下单梁两部分，每根单梁均为极不对称的工字型结构，其叠合面通过数千只高强螺栓连接叠合构成一体。
整根梁超大、超重，最长、最高、最重的一榀叠合大板梁（见图1），长、宽、高分别为30.12*1.6*5.3（m），总重约205吨，截面尺寸、单件重量是我厂目前制作的最大构件。
板梁厚度大于100mm的钢材，材料使用SM490BN,其余材料使用Q345B,梁的翼板使用的板材超厚，最大一根梁的翼板厚度达150mm，梁的腹板相对较薄，厚度为50mm,叠合面翼板厚度为30mm。
图1：
叠合工字型大板梁结构示意图
注：
如何根据结构特点，确定合理的焊接和制造方案，对保证大板梁的焊接质量和尺寸精度，降低工程成本有重要意义。
2、叠合梁材料要求
2.1材料准备
材料准备主要遵循图纸尺寸、标准规范及设计要求，特别是叠合梁腹板的准备为重点考虑对象，由于该腹板宽度达3.324m，严重超宽，如果超宽的腹板实施纵缝拼接，将存在纵横拼接焊缝，产生的变形很难通过矫正消除，不可避免影响腹板的平整度，且工字型组拼焊接后，极有可能导致构件扭曲；另外，纵横拼接缝相对于只有横向拼接的腹板焊缝，拘束度增大，残余应力较高，超长的纵缝增加消除残余应力的难度，构件在长期使用过程中以及运输中的振动，残余内应力会发生松弛，给构件尺寸的稳定带来隐患。
为此，我们综合考虑各方面的因素，并根据图纸理论尺寸及设计规范要求进行排版，对钢板宽度方向实行定尺采购，避免了腹板宽度方向的拼接；虽材料成本有所增加，却明显降低制造成本，而且有利保证了大板梁的加工质量并提高了生产效率。
2.2原材料进场后必须遵循哈锅行业标准《金属材料入厂验收和检验标准》30.2003.286中的规定。
2.3钢材及焊材必须具有符合标准及有关合同要求的质量保证书。
2.4钢材表面不允许有重皮、结疤、气孔、夹渣及钢材边缘分层等局部缺陷，且表面锈蚀、麻坑、划痕不得超过钢材负偏差的一半。
2.4根据哈锅要求，钢板厚度δ≥16mm必须逐张进行100%的超声波检验，钢板质量等级为Ⅲ级合格。
3、材料下料、切割控制
3.1超厚板一般都会存在小波浪的不平整，下料前，严格检查翼、腹板的平直度，超出规定进行矫平处理，使平整度控制在1mm/1m之内。
3.2下料时，将工艺需要的各种焊接收缩补偿余量和加工余量加入整体尺寸中，选用高纯度98%以上的丙稀气体切割，用以保证切割面光滑、平直、无缺口、挂渣。
规定翼、腹板下料时，两端长度各预放50mm的焊接收缩余量，成型后用半自动切割机或磁力切割机二次切型号净料（号净料时应以长度方向中心线为基准划出两端的切头线，严禁手把切割）。
3.3采用热切割的方式下料和制备坡口时，应按表1中的要求进行预热，避免切割面淬硬现象发生。
表1钢材热切割下料和制备坡口时的预热要求
钢材牌号
厚度范围，mm
预热温度，℃
预热范围，mm
Q345B
δ＞100mm
100
切割处两侧不小于钢板厚度的范围
SM490B
δ＞100mm
100
4、板梁拼接规定
4.1板梁翼板及腹板长度方向的拼接规定：
30m＞L＞10m时，允许有3条拼接焊缝；
L＞30m时，允许有4条拼接焊缝；
注：
板梁的最小拼接长度应不小于2m；拼接接头采用全焊透结构，背面焊之前应清根。
4.2按主翼板的自然长度进行拼接，腹板的分段服从翼板，各相邻对接缝中心线彼此错开200mm以上，在接料时必须根据哈锅确认的排版图进行接料，不得擅自更改。
4.3对接缝必须避开节点孔、筋板200mm以上。
4.4板梁的腹板及盖板在下料前应先绘制排版图，经有关技术部门签审后报到哈锅设计处，待批复后方可下料。
5、拱度予设
5.1板梁跨度及自重均比较大，在施工状态下，由于竖向自重作用，将会产生下挠，所以制作加工时要考虑预起拱。
5.2板梁不允许有向下垂直挠度，故板梁腹板下料时，应按1/2000起拱，成抛物线形，起拱度10mm＜f＜20mm（f为挠度）。
5.3上、下梁叠合板面为高强螺栓的连接面，平整度要求高，叠合面的角变形通过型钢矫正机矫正更能保证平整度，应考虑到上梁的上盖板及下梁的下盖板较厚，无法采用型钢矫正机矫正，故先将叠合板与腹板组焊成T形件，用型钢矫正机矫正角变形后，再与特厚翼板装焊成工字型。
6、上、下单梁的焊接制作
6.1焊接材料
6.1.1对于材质为Q345B及SM490B的埋弧焊,焊丝H10Mn2，焊剂HJ431；手工电弧焊时，焊条采用E5015；气体保护焊，焊丝采用ER50-6。
6.2厚板焊接工艺技术
6.2.1坡口制作与焊接方法
不影响焊接质量的前提下，采用焊缝金属填充量较小的坡口形式，一可提高焊接效率，二可减少焊接变形。
6.2.1.1板厚δ≥100mm的翼板拼接时宜采用1/3：
2/3不等边X型坡口，正面采用CO2气体保护焊进行封底，背面清根，然后采用埋弧自动焊将坡口填满。
6.2.2厚板焊接控制
如何有效地防止焊接裂纹的产生和控制焊接变形保证翼板的平整度是厚板焊接的关键。
6.2.2.1工件焊接前应按表2规定的温度预热。
表2金属结构件焊接最低预热温度及层间温度
钢材牌号
厚度范围，mm
最低预热温度，℃
层间温度，℃
Q345B
δ≥32mm
δ＞100mm
100
150
100～350
150～350
SM490B
38＜δ≤100
δ＞100
100
150
100～350
150～350
注：
1.需预热的厚度指待焊部位的最大厚度。
2.当焊件周围温度低于0℃、厚度小于表2规定的焊件亦应进行预热，预热温度不低于30℃。
3.需要预热的焊件，其达到预热温度的范围应不小于焊件厚度的2倍，且不小于100mm。
6.2.2.2预热方法采用履带式加热器进行加热，应在加热的背面采用测温笔进行测温。
焊接完毕后采用石灰或石棉覆盖在焊缝上的方法对焊缝进行保温缓冷，以防止焊接裂纹的产生。
一般而言，骤热、骤冷是造成钢结构不均匀胀缩的主要因素，而不均匀胀缩又是造成焊接裂纹产生的主要因素，消除明显温界，最大限度减少钢材在板厚方向由胀压应力到收缩拉应力的过程，最大可能促使接头在同轴线上均匀胀缩是厚板焊接重要的质量保证环节。
通过预热可降低热循环冷却速度，缓和板厚方向的拘束应力，从而防止冷裂的产生。
6.2.2.3厚板多层焊接时应连续进行，在某些特殊情况下必须中断时，应适当后热保温，同时在再次施焊时起先的二道焊缝的预热温度应高于规定的最低预热温度30-50℃，而后才可降至规定的预热温度。
6.2.2.4焊接时务必控制好焊接顺序，焊接时，先将正面坡口深坡口侧焊至1/2处，然后反面清根，焊反面侧坡口并一次焊完，再翻身焊接正面坡口完毕。
厚板焊接层数多，焊缝金属填充量大，一旦发生变形，矫正难度加大。
6.2.2.5保证背面清根质量：
碳刨清跟后的坡口根部半径不得小于8mm，坡口角度不小于20，避免间隙过窄而产生裂纹。
焊接前应打磨清理坡口面的渗碳层，并对坡口面进行必要的磁粉探伤检查。
6.2.2.6施焊工艺参数严格按照哈锅上都厚板焊接工艺评定执行，严格控制焊接线能量。
单从提高焊接效率来讲，加大焊接电流可增加熔敷金属减少焊接道数，但焊接道数的减少，焊缝的致密度降低，焊缝的强度相应下降，且过大的电流的所形成的焊缝由于熔深大，焊缝截面易成梨状，非金属夹杂物均集中在焊缝中心截面，很易造成裂纹，另外在这样的规范下焊缝中心冷却较慢，这时中央部分的液态焊缝金属经受不住收缩力的作用也易产生裂纹。
因此，严格控制焊接线能量对于大板梁厚板焊接来说是十分必要的。
6.2.2.7当材料规格达到表3规定，焊后或焊接中断应立即进行后热或消氢。
表3焊后后热或消氢的厚度界限和温度范围
钢材牌号
厚度范围，mm
温度及保温时间
Q345B
SM490B
70＜δ≤150mm
δ＞150mm
200～250℃/1～2h
300～400℃/2～3h
6.2.2.7叠合梁的拼接焊缝UT和MT合格后，必须及时按表4进行焊后消应力热处理。
表4大容量锅炉金属结构件需进行焊后热处理的要求
钢材牌号
厚度范围，mm
最低热处理温度℃
Q345B
SM490B
δ≥38
600
注：
1.对于全焊透对接焊缝，接头厚度指最薄的钢板厚度。
2.对于局部焊透的对接接头，接头厚度指有效焊缝厚度。
3.对于T型角焊缝或T型对接接头，接头厚度指有效焊喉厚度。
6.2.2.8工字型和T字型焊接时在专用焊接胎具上进行，主焊缝宜采船型焊法用半自动焊机进行焊接，如图2所示：
图2:
工字型和T字型焊接专用焊接胎具
6.2.2.9工字型组对焊接完毕后，四道主角焊缝应进行100%的磁粉检测。
6.3焊接质量要求
6.3.1对接焊缝应略有余高，但最大余高不得大于3mm，且焊缝与母材之间应平滑过渡。
6.3.2所有对接焊缝必须进行100%的超声波检测，合格等级为Ⅱ级。
6.3.3焊缝外表应整洁、均匀、无焊瘤、凹陷和凸起，焊缝表面不得有裂纹。
6.3.4焊缝金属与母材及层间应完全熔合，弧坑必须填满。
拼接焊缝两端需接引、熄弧板（规格尺寸为：
100×100×δ）。
焊接完毕后，用火焰切割割去，严禁使用锤击方法去掉引、熄弧板。
6.3.5板厚大于25mm的对接焊缝去掉引、熄弧板的焊缝两端面应进行100%的磁粉探伤，合格等级为Ⅱ级。
6.3.6任意长度焊缝或热影响区上的咬边深度不得超过0.5mm，对任意300mm长度焊缝内累计咬边长度不得大于50mm。
7、组装制作
7.1叠合板的钻孔
7.1.1由于上、下叠合梁的连接用高强螺栓连接，每块叠合板上约有数千个孔，为了保证叠合梁加工后能达到100%的穿孔率，故上下叠梁所有工序完毕后（包括变形修理），在下梁的叠合盖板上进行划线（用划针划线）、钻孔（用划规规孔），然后将钻完孔的下梁放在上梁上进行预装、抹孔，钻完孔的上下梁不允许再次修理变形。
7.1.2T型钢的组焊
7.2.1.1由于叠合面板的宽度较窄，在组对T型钢时，高度又高，为了保证安全施工，故采用卧装的方法进行组对，将校平且加工好坡口的腹板吊入经水平仪测平的专用组装胎架上（胎架应有足够的强度与刚度），叠合板立于装配侧，用锲块调整好位置，并在腹板两侧制作必要的工装，通过千斤顶对称顶紧，用移动式的顶紧装置，对T型钢实施定位焊。
见图3：
图3：
T型钢装配胎具示意图
7.2.1.2T型钢纵缝焊接：
用焊丝CO2气体保护焊打底焊接及中间层的埋弧焊接；焊接时，该侧纵缝不得一次性焊完，焊接高度为该侧焊缝高度的2/3即可，翻身焊接背侧纵缝；翻身时加装临时支撑，翻身的方向应使已焊焊缝处于受压状态，既保证在翻身时叠合板的平整度和垂直度，减少了矫正工作量，又避免焊缝受拉被撕裂的危险；待背侧纵缝全部焊接完毕，再焊完正面焊缝。
T型钢纵缝较长，由多台埋弧焊焊机同时由中间向两端分段退焊焊接。
7.2.1.3T型钢矫正
焊接完成的T型钢存在两种变形：
叠合板的角变形和构件的挠曲变形，由于叠合板面为高强螺栓连接面，为保证结合面的平整度，采用型钢矫正机矫正角变形，挠曲变形可暂不予考虑。
7.1.3工字型装焊
工字型装配时，由于上翼板较宽，可采用立装法进行装配，将矫正完好的T型钢与厚翼板装配成工字型结构，焊接翼板与腹板的纵缝。
7.1.4加筋板、节点板装焊
加筋板装配时，加筋板部位的翼腹板垂直度偏差不得大于1mm，上下梁的加筋板位置公差方向尽量一致。
横向加筋板焊接顺序和方向为先焊中间加筋板焊缝,再依次向两端对称同时焊接；每一加筋板与翼板的焊缝先焊，与腹板的焊缝后焊，焊接方向指向自由端，采用间断跳焊法施焊（图4）。
8、预组装工艺与调整措施
将加工好的上部叠合梁竖直放置在找平的平台上，在不下挠的情况下，在梁的中部垫实，以防止下部梁吊上后产生下挠。
然后将下部叠合梁吊入上部叠合梁上，注意上下腹板的对中，腹板与腹板的中心线偏差≤1mm。
对于叠合面间隙超差部位应予以矫正，就位后将上下部分的加筋板用螺栓予以连接，加筋板螺栓连接时，由于加筋板与腹板焊缝纵收缩、加筋板与梁本体的垂直偏差以及上下孔距偏差等因素的影响，部分连接板并不能一次性达到100%穿孔率，采取一定的调整措施使连接板穿孔全部到位后，在上梁的叠合板上进行抹孔，抹孔后将下梁吊出，对上梁的叠合板进行钻孔。
9、板梁投产前试样及产品试板
9.1板梁投产前应作有代表性的腹板与翼板（即最厚的翼板及腹板）的角焊缝试样，具体作法如下：
9.1.1试验用母材及规格
试板：
与产品相同牌号或相同类别的材料，按照产品坡口的尺寸
翼板：
T1×W1×L（min）=150×200×350mm，且不小于实际产品最小厚度。
腹板：
T2×W2×L（min）=50×100×350mm。
注：
翼板厚度为T1的评定，同时适用于翼板厚度小于T1的焊接接头。
9.1.2焊接
焊角尺寸：
16～20mm，有效焊喉厚度大于或等于13mm。
9.1.3检验项目
焊后状态焊缝金属力学性能应符合SM490B的要求：
⑴σb（抗拉强度）；
⑵σs（屈服强度）；
⑶δ（延伸率）；
⑷Akv（常温冲击）
如产品在低温室外布置，则还应进行低温冲击试验。
9.1.4取样位置见（图5）
图5焊缝取样位置
9.2翼板对接焊缝产品试板（选用主板梁翼板最大厚度）
试板：
与产品相同牌号或相同类别的材料，按照产品坡口的尺寸。
规格：
T1×W1×L（min）=150×200×350mm，且不小于实际产品最小厚度。
图6产品试板
9.2.1检验项目
⑴接头拉伸：
2个（全截面）
⑵接头弯曲：
侧弯2个（试样厚度t=10mm）
⑶焊缝冲击：
3个（试验温度按设计温度）
9.2.2其检验性能指标应不低于母材标准的最低要求。
编号：
哈锅上都2X660MW机组超临界锅炉钢结构
叠合梁制作方案
批准：
审核：
编制：
中国二冶钢结构公司
2009年11月20日
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