鍋爐鋼構架制造技術

高云鵬

（哈爾濱哈鍋鍋爐工程技術有限公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 結構特點

一臺300MW鍋爐構架重量一般在2000多噸，主體構架總高在60m左右，一般分5層。根據構件的作用分為柱、梁、垂直支撐（立面斜拉條）及水平支撐（水平斜拉條）4部分。柱、梁、垂直支撐基本都是板拼工型構件，采用碳鋼或低合金鋼材料的中厚板拼焊而成，水平支撐桿件為型鋼件。各部分桿件通過連接板或連接角鋼，用M22高強度螺栓連接組成構架。連接孔為Φ24，一臺爐構架一般有10余萬個連接孔。連接部位靠摩擦傳力，摩擦系數μ=0.40。

構架最頂端有大板梁，它是鍋爐構架中最重要的承力部件。一臺300MW爐一般有10根大板梁，總質量在280噸左右。大板梁為板拼工型梁，最大梁高4m，梁寬1m左右，最長20m多，單件最大質量60多噸。大板梁的幾何尺寸和質量都很大，鋼板厚，孔群多，技術要求高，制造難度大。

2 摩擦系數測定

由于高強度螺栓連接靠摩擦傳力，連接部位摩擦系數的大小直接影響構架的受力，所以在生產前必須對摩擦面進行摩擦系數測定，驗證擬采取的工藝措施能否達到設計值μ=0.40。

2.1 試件選取。取與構架材質相同的試件和工程所用的高強度螺栓連接副進行試驗。

2.2 摩擦系數計算。計算公式為：μ=N/n·Σp

式中μ-摩擦系數；N-滑動荷載；n-傳力摩擦面數，n=2；Σp-與試件荷載一側對應的高強度螺栓預拉力（緊固軸力）之和，因實際預拉力與公稱預拉力有一定出入，所以P應為實測值。

2.3 螺栓預拉力測定。通過電阻應變儀進行測定。取10個高強度螺栓，加工后貼好應變片，用導線連接于應變儀上，然后連接試件，用電動扭矩搬手緊固螺栓。螺栓受力后產生伸長線應變，在應變儀上分別讀出每個螺栓的應變量。求出平均應變量ε。

ε=Σεi/10=2493×10-6

螺栓緊固軸力計算公式為：P=εEF

式中P-螺栓緊固軸力；E-彈性模量，取E=2.1×106kg/cm2；F- 螺栓截面積，3.64cm2。

經計算螺栓的平均緊固軸力為：P=186.9kN。

2.4 摩擦系數測定。選3種表面處理方法分別測定：a.連接副試件全部噴砂處理；b.連接副試件全部酸洗處理；c.連接副試件一部分酸洗后淋上水，室外放置24小時，使其生銹；另一部分噴砂處理。

每種取3組試件，將其分別在拉力機上夾緊（軸線要與夾具中心嚴格對中）。啟動拉力機，觀察試件標記線。當標記線發生錯位時的拉力機讀數即為滑動荷載。

經測定3種方法的平均滑動荷載分別為：

Na=500kN，Nb=347Kn，Nc=514kN。

經計算3種方法的平均摩擦系數分別為：

μa=0.45，μb=0.31，μc=0.46

可以看出，a和c兩種工藝方法得到的摩擦系數能夠達到設計值要求。

3 工藝要點

3.1 零件備料。工型桿件翼板、腹板采用數控氣割機或半自動氣割機下料，校平、校直用校板機和火焰校證。

連接板δ<20mm采用剪板機下料，δ≥20mm用手工氣割或數控氣割下料，壓力機校平。

連接角鋼厚δ≤10mm采用聯合沖剪機下料，δ>10mm用手工氣割下料，最好采用鋸床鋸切下料。如角鋼角度不能保證90°時，要用壓力機角尺模進行校正。

3.2 機械加工。連接板基準邊用钅包或銑加工；翼板上有孔群的桿件腹板兩邊及δ≥38mm的所有板件邊緣進行刨邊或銑邊加工；柱子兩端端銑或鏜加工；對接邊及對接坡口進行機械加工。

依據鋼板厚度和下料方法，單邊機械加工余量預留3～7mm；腹板機加寬度公差按-0.5～-1控制。

3.3 工型桿件翼板和腹板長度余量。翼板和腹板在備料時應適當放出一定的余量，以補償下列因素的收縮影響。

鋼板拼接焊縫收縮。主要與拼接縫的多少及板厚有關，拼接縫越多、板越厚收縮量越大。

角焊縫收縮。主要與焊縫的長度有關，焊縫越長收縮越大。

火焰校正收縮。工型桿件焊接成型后的變形用火焰校正，火焰校正的收縮量與操作者技術水平高低有很大關系，烤火點準確、烤火量及遍數少，收縮量就小，反之就大。

柱子端銑余量。根據截面的大小，一般按每端5～8mm考慮。

綜合以上各種因素，一般按以下規律放余量：梁、垂直支撐桿件翼板和腹板按總長的1%-1.5%mm放余量；柱子兩端機械加工，余量按總長的2%～3%mm選取。

3.4 焊接。鋼板對接及桿件4條主角焊縫采用埋弧自動焊。兩端裝點引息弧板（L≥100mm），焊后割掉，不允許用錘擊去除。焊縫區域浮銹及雜物要清理干凈露出金屬光澤。

對接焊縫采取全焊透結構，工型角焊縫采取船形位置焊，埋弧焊熔深P≥1mm。

對接焊縫坡口形式，以保證焊縫質量，并盡量減少填充金屬。

定位焊要求。定位焊過渡時間短，母材升溫遲緩，冷卻速度快，容易出現裂紋和焊不透現象。所以定位焊應與正式焊接同等對待，由具有合格證的焊工施焊，且定位焊縫高度和長度應足夠大，焊縫高度一般情況下應不小于焊縫高度的7倍，長度50～100mm。

焊接材料選取見表2所示。

預熱及熱處理。16Mn材料δ≥32mm焊前預熱100～150℃，Q235-A材料δ≥70mm焊前預熱100℃，均包括定位焊。δ≥38mm板對接焊縫焊后要進行去應力熱處理。

無損檢驗。δ≥32mm板對接焊縫100%RT或UT檢驗；δ>25mm板對接焊縫及兩塊板均δ>25mm的角焊縫100%MT檢驗；δ≤25mm對接焊縫MT抽查起弧和收弧部位。

3.5 其它。工型組件中的翼板和腹板拼接焊縫及其相關聯部位要相互錯開，下料尺寸要參照組件圖繪出，最好出拼接圖。相互錯開距離如下：相鄰拼縫L>200mm；拼縫與附件L≥100mm；拼縫與孔L>120mm。

鉆完孔后要清理干凈鐵屑及毛刺等，但不能將孔磨出倒角，這樣會減小摩擦面，而影響傳力。

孔群周圍75mm范圍內不允許油漆，涂漆時應用必要的工裝覆蓋孔群周圍表面，避免摩擦面淋上油漆而降低摩擦系數。

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