锅炉钢结构双腹双翼板梁关键工序的质量控制*

2013-06-28黄剑平

机械研究与应用 2013年3期

黄剑平

(兰州兰石重型装备股份公司，甘肃兰州 730050)

1 引言

锅炉钢结构是发电厂重要设备之一，主要由立柱、板梁、次梁、支撑梁、支吊梁、梁、垂直支撑、水平支撑等结构组成。板梁有单腹板结构板梁(Η型)和双腹双翼板结构板梁(Ⅱ型)两种，双腹双翼板结构板梁(Ⅱ型)结构复杂，制造难度比单腹板结构板梁(Η型)大。某厂1#锅炉钢结构板梁2件双腹双翼板结构板梁(Ⅱ型)结构如图1、2所示，翼板δ50 mm，腹板δ20 mm，材料Q345B，长度L=21 600 mm，高度H为3 200 mm，质量46 987 kg/件。

图1 双腹双翼板结构板梁1

通过对几何尺寸的保证、焊接变形和焊缝内在质量等的控制进行研究论证，本着“合理、科学、节约、高效”的原则，确保产品质量，在制造工序的质量控制方面进行创新改进。

图2 双腹双翼板结构板梁2

2 双腹双翼板梁关键工序质量控制

2.1 下料尺寸的质量控制

(1)板梁翼板和腹板下料前对钢板进行100%超声波探伤(UT)按DG1411.1Ⅲ级验收［1］(即单个缺陷指示长度＜120 mm，单个缺陷指示面积＜100 cm2，在1 m×1 m检测面积内存在的缺陷面积百分比≤10%)，板梁翼板和腹板下料尺寸计算时应注意［2］﹕①焊缝避开高强度螺栓孔，焊缝中心线距孔群边缘孔中心线距离≥120 mm;②翼板和腹板焊缝中心线错开距离≥200 mm;③板梁焊缝与连接板、托架、隔板或筋板的角焊缝距离≥100 mm。

(3)板梁翼板腹板采用数控等离子多头切割，减少钢板下料时产生的旁弯变形，切口必须平直、局部缺口补焊打磨，割嘴切割时垂直钢板面，斜度不得大于0.5 mm。翼板宽度尺寸控制偏差B±1 mm，翼板拼接总长度尺寸L+50 mm(因拼板焊缝焊后长度尺寸收缩)，划出气割线、刨边线及检查线。板梁腹板拼板宽度尺寸控制偏差H+50mm，腹板总长度留二次气割余量ΔL=50 mm，同样划出腹板气割线、刨边线及检查线。

(4)因板梁是前后单腹板梁组装体，所以前后板梁高度尺寸、上拱度控制要一致。前后板梁高度尺寸之差应控制在±1 mm，这就要求控制前后板梁腹板宽度尺寸之差，前后两件腹板全长范围内每米宽度尺寸之差控制±1 mm。

(5)板梁翼板焊缝两侧坡口需进行100%磁粉探伤(MT)，以检查坡口母材处是否有裂纹、分层、夹渣存在。

2.2 拼板焊接及变形的质量控制

(1)焊工必须是压力容器持证焊工，焊工按焊接工艺文件进行施焊，焊缝坡口处清理浮锈、油污，检查焊接设备仪表是否正常。

(2)板梁翼板δ50 mm拼板坡口形式Χ型，角度60°±2°，钝边6 mm，预热温度100～150℃。板梁腹板δ20 mm拼板坡口形式V型，角度60°±2°，钝边6 mm，预热温度≥15℃。焊剂HJ431烘焙150℃，层间温度控制≤250℃，拼板焊接规范［3］如表1所列。

(3)板梁翼板拼板反变形控制［4］采取正反面埋弧自动焊焊接，反面碳弧气刨清根，打磨反面碳弧气刨焊道，坡口正反面对称焊接，以减少板梁翼板拼板后因焊接产生的较大波浪弯曲或死弯，减少板梁翼板火焰校正或机械校正。另因板梁翼板宽度较窄(500 mm)可将板梁两件翼板焊缝并在一起(加固)焊接，减少板梁翼板拼板产生较大的旁弯变形。

(4)板梁腹板拼板反变形控制因板梁腹板宽度较大为3 100 mm，板厚为20 mm较薄。首先，板梁腹板宽度尺寸钢厂采购定尺;其次，长度尺寸以拼接板梁腹板焊缝越少越好。埋弧自动焊焊接板梁腹板正面二遍后，反面碳弧气刨清根，打磨反面碳弧气刨焊道，正反面对称焊接减少板梁腹板拼板后因焊接产生的波浪弯曲。

2.3 拼板焊缝无损检测及热处理的质量控制

(1)板梁翼板腹板拼板焊缝进行100%超声波探伤(UT)按DG1411.5Ⅰ级验收［5］(即反射波幅Ⅰ区域:单个缺陷指示长度L及多个缺陷累计长度L'均非裂纹类缺陷;反射波幅Ⅱ区域:单个缺陷指示长度L=T/3，最小为10 mm，最大≤30 mm，多个缺陷累计长度L'在任意9T焊缝长度范围内L′≤T)。板梁翼板拼板焊缝(包括翼板拼板焊缝两端侧面)再进行100%磁粉探伤(MT)按DG1416Ⅱ级验收［6］(即不允许线性缺陷磁痕，圆形缺陷磁痕d≤3 mm，且评定框35 mm×100 mm范围内≤2个)。

针对性训练3：某种植物的花色性状受一对等位基因控制，且红花对白花为显性。现将该植物群体中的白花植株与红花植株杂交，子一代中红花植株和白花植株的比例为5∶1，若该亲本红花植株群体自交，则F1中红花植株和白花植株的比例为（）

(2)凡经无损探伤不合格的焊缝，均应按返修工艺进行返修，返修后按原探伤方法100%进行复探。另外，同一部位焊缝返修不得超过3次。

(3)板梁翼板拼板焊缝的热处理采取局部热处理，热处理宽度为焊缝两侧各≥3倍板厚，电热毯加热，自动仪表控制参数，并记录热处理曲线(热处理前检查仪表是否正常及定期进行校验)。

(4)板梁翼板拼板焊缝的热处理工艺控制［7］300～600℃时，升温速度≤100℃/h时，600～640℃时，保温时间140～200 min，600～350℃时，降温速度≤110℃/h，＜350℃空冷。

2.4 单腹翼板腹板组对及主角焊缝焊接变形的质量控制

(1)装配前4 000 mm×2 000 mm的5块钢平台平行摆放，用水准仪进行找平，平面度≤1 mm，将前板梁上下翼板放置钢平台上，划好上下翼板与腹板中心线装配线，再将校平后的前腹板用2台天车垂直吊于前板梁下翼板上进行装配，并点焊牢固，如图3所示。腹板与下翼板内侧用支撑角钢进行支撑，翻转180°装配前板梁上翼板并点焊牢固，腹板与上翼板内侧用支撑角钢进行支撑，点焊前板梁两端引弧板及收弧板。后板梁上下翼板及腹板组对采用同样方法。

图3 单腹翼板腹板组对

(2)主角焊缝焊接规范见表2所列，清除坡口周边处铁锈﹑油污﹑水分等不洁物，焊前预热温度要≥15℃，焊剂HJ431烘焙150℃，用埋弧自动焊先焊前板梁上翼板与腹板、下翼板与腹板外侧角焊缝，层间温度控制≤250℃，翻转180°再将前板梁上翼板与腹板、下翼板与腹板内侧焊道碳弧气刨清根，打磨清根部位见金属光泽，去除内侧支撑角钢，埋弧自动焊焊接前板梁上翼板与腹板、下翼板与腹板内侧角焊缝，这样的焊接顺序使得翼板与腹板焊后角度90°变形最小，单腹板梁焊后自然上拱，如图4所示。后板梁上下翼板与腹板内外侧角焊缝焊接顺序采用同样方法。

图4 单腹主角焊缝焊接

表2 主角焊缝焊接规范

2.5 单腹翼板腹板主角焊缝无损检测的质量控制

(1)翼板与腹板主角焊缝焊接完成24 h后复检焊缝是否有冷裂纹，若出现局部冷裂纹，打磨裂纹处，分析制定工艺措施:打磨消除-预热-补焊-后热。

(2)前后单腹板梁4条主角焊缝进行100%超声波探伤(UT)后按DG1411.11Ⅱ级验收［8］(即反射波幅Ⅱ区域:单个缺陷指示长度L=2T/3，最小为12 mm，最大≤40 mm;多个缺陷累计长度L'在任意4.5 T焊缝长度范围内L′≤T)及100%磁粉探伤(MT)按DG1416Ⅱ级验收(即不允许线性缺陷磁痕，圆形缺陷磁痕d≤3 mm，且评定框35 mm×100 mm范围内≤2个)。

(3)同样无损探伤不合格的主角焊缝，均应按返修工艺进行返修，返修后按原探伤方法100%进行复探，同一部位焊缝返修不得超过3次。

2.6 双腹双翼板梁装配尺寸及高强度螺栓孔质量控制

(1)前后单腹板梁分别进行矫正先用水准仪对平行放置的钢平台再次进行复查找平，平面度≤1 mm，控制前后单腹板梁翼板与腹板相对垂直度≤5 mm，翼板、腹板任意每米内平面度≤3 mm，连接部位(高强度螺栓孔区域)平面度≤1 mm，翼板连接部位局部翘曲≤2 mm，全长扭曲≤10 mm，全长侧弯(旁弯)值≤6 mm，上拱度≤10 mm下绕度为0，变形部位矫正采取火焰矫正，温度控制≤900℃，Q345B低合金钢在＞400℃时不得用水急冷。

(2)矫正后的前后单腹板梁进行组对装配划出前后单腹板梁长度方向的中心线，以中心线为基准装焊前后单腹板梁之间连接隔板如图5所示，并进行角焊缝100%超声波探伤(UT)按DG1411.11Ⅱ级验收及100%磁粉探伤(MT)按DG1416Ⅱ级验收(同上述)。腹板之间连接隔板采取数控多头下料控制宽度±1 mm及板旁弯≤1 mm，以保证两腹板之间距±1.5 mm。连接隔板必须与前后单腹板梁的腹板点焊牢固后再进行角焊缝焊接，否则，板梁腹板变形较大。

图5 前后单腹板之间连接隔板装焊

(3)组对双腹双翼板梁控制高度尺寸±5 mm，两端扭曲值K≤全长的1/1 000 mm且≤16 mm;上拱度≤30 mm下绕度为0，侧弯(旁弯)值控制1/1 000 mm且≤6 mm，板梁尺寸参数如表3所列。两端用型钢临时电焊固定防止扭曲变形。

表3 板梁尺寸参数 /mm

(4)以板梁中心线为基准划出高强度螺栓孔组(用划针划线)，孔组与板梁中心线偏差控制±1 mm，孔组与孔组中心线偏差控制±2 mm，孔组与孔组对角线偏差控制±1.5 mm;孔组内任意相邻四孔的对角线之差控制≤1 mm，相邻两孔中心距偏差控制±0.5 mm。孔组采取钻模板及定位销方法控制高强度螺栓孔尺寸精度，将摇臂钻床放置板梁腹板上，用长杆钻头钻出孔组内对角4个螺栓孔，放置钻模板及定位销固定，再钻孔组内相邻各孔，如图6所示。

图6 高强度螺栓孔尺寸精度控制

(5)以板梁中心线为基准划出托架、连接板、板梁筋板的中心线，托架筋板、连接板装焊前开坡口，并进行打磨去除坡口氧化物。托架、连接板的中心线与板梁中心线偏差控制±2 mm，托架、连接板与板梁腹板垂直度控制≤1.5 mm，连接板上高强度螺栓孔组中心线与板梁腹板尺寸偏差控制±1 mm。采用手工电弧焊焊接板梁托架、连接板，焊前对板梁托架、连接板进行临时支撑固定，防止焊接变形。焊条使用前须经350℃烘焙1 h并随烘随用，清除坡口周边处铁锈、油污、水分等不洁物，手工电弧焊反面清根全焊透形式。焊后对托架筋板、连接板板厚≥15 mm角焊缝进行100%超声波探伤(UT)按DG1411.11Ⅱ级验收(同上述)，对托架筋板、连接板板厚＜15 mm角焊缝进行100%磁粉探伤(MT)按DG1416Ⅱ级验收(同上述)。采取CO2气保焊对称焊接板梁筋板，减少板梁焊接变形，手工电弧焊及CO2气保焊焊接规范见表4。

表4 手工电弧焊及CO2气保焊焊接规范

(6)因板梁长度较长，焊接后长度有一定收缩量，所以对板梁进行二次长度号线，长度尺寸偏差控制L±10 mm，采取半自动气割，气割后进行打磨平齐。

2.7 喷砂油漆的质量控制

(1)板梁金属表面进行喷砂处理，要求其金属表面呈现金属光泽GB8923中［9］(Sa2.5级)，不得有金属氧化皮、铁锈、油污存在，并在8 h以内喷涂上第一道底漆。因板梁较大，整体喷砂处理困难，采取板梁翼板腹板分片喷砂处理，板梁的托架、连接板、筋板装配前进行喷砂处理，其坡口正反处各留100 mm及高强度螺栓孔组区域内不喷涂第一道底漆。

(2)板梁油漆表面质量要求涂层均匀、色泽一致，不应有气泡、龟裂、流挂、脱皮、渗色、漏涂、误涂等缺陷。采取喷涂法进行板梁喷涂底漆、面漆，工作环境控制。地点清洁干燥，温度≥5℃，相对湿度＜80%，板梁喷漆前先试喷，用湿度测厚仪测定每一道湿膜厚度，以掌握漆膜实际干燥后的厚度，进而保证涂层干膜厚度及涂层的均匀。

(3)板梁喷涂底漆(型号C06-1)，漆膜厚度为70μm分三道喷漆，每道漆25μm左右。板梁喷涂面漆(型号C04-42)，漆膜厚度50μm分二道喷漆，每道漆25μm左右。原则为上一道涂层干后才能喷涂下一道，喷涂下一道漆前清理上一道涂层的灰尘、流挂、皱皮等，每一道涂层干后用漆膜磁性测厚仪测定漆膜厚度，平均10 m2左右检测一点。

(4)板梁所有连接摩擦面严禁油漆和其他油脂，喷涂过程中应对摩擦面进行保护［10］。采取高强度螺栓孔群组并将范围控制在80 mm内，用不干胶带将硬纸粘贴在高强度螺栓孔群组及周围，待底漆、面漆漆膜干透后再将不干胶带及硬纸摘除。