百万千瓦塔式炉主钢结构箱型柱制作与焊接工艺

刘振辉 朱振兴

（山东丰汇设备技术有限公司，济南 250000）

随着百万千瓦机组制造的国产化，超临界百万千瓦机组将是火电发展的主流方向，百万千瓦火电机组在火力发电的比重将不断加大，其中，塔式炉因占地面积小、燃烧效率高、安装速度快的特点，广泛用于新建的百万千瓦机组，同时，为塔式炉钢结构的制作带来了广阔的市场前景。塔式锅炉受力结构的特点决定了其钢结构高度高、构件少、重量大、精度要求高。塔式锅炉钢结构一般由柱、梁、垂直支撑、大板梁等组成。山东丰汇设备技术有限公司（以下简称“我公司”）承揽的某电厂百万千瓦机组塔式锅炉主钢结构箱型柱截面达2500mm×2500mm、单体重量最重达144t，内部结构复杂、精度要求高。我公司积极探索新的制作工艺，通过实践证明实行的制造技术及焊接工艺控制方法对大截面箱型柱的生产制造效果明显，技术先进。

1 箱型柱的结构特点

箱型柱由两块翼板和两块腹板组成，翼板和腹板的厚度在70mm以上，而且由翼板和腹板组成的主角焊缝为全熔透焊接，且100%进行超声波探伤。箱型柱相邻两个面有与主梁连接的连接板，其与筋板形成了箱型柱内部独有的“九宫格”结构，在腹板、翼板沿长度方向焊有两条“T”型加强钢。箱型柱的上下两端头法兰板一般为75mm，需要进行端铣。

2 制作工艺流程

具体制作工艺流程：材料入厂检验→技术交底→材料抛丸做底漆→下料→T型钢等零部件组合焊接→U型组立→内部焊接→盖板成口型→主焊缝焊接→无损探伤热处理→铣端面→装配附件钻孔→验收→涂装。

3 制作工艺措施

因箱型柱尺寸和重量较大、内部独特的“九宫格”结构复杂，质量标准要求高，一旦制作过程控制不好，容易出现焊接变形导致尺寸不符合标准要求。从制作开始到最终完成加强质量控制，做好制作过程记录，发现问题及时解决。

3.1 原材料处理、下料、T型钢、端面法兰部件结构制作

材料入场检验合格后进行抛丸处理，并做底漆。下料前编制下料工艺卡，充分考虑焊接收缩量及端铣余量，部件下料前使用排料软件进行模拟。“T”型钢由板材焊接而成，加强柱的结构并参与力的传递，焊后容易发生变形，须矫正后才能装配。端面方法兰为柱与柱连接的关键部件，上、下柱连接的二块方法兰应叠铣、配钻，保证上、下法兰外形尺寸、孔群位置一致。方法兰下料时在板材厚度方向预留了5mm的加工量，下料时长条法兰板宽度方向+5mm，长度方向+10mm，短条法兰板宽度方向+5mm，将下料完成的法兰按照图纸要求进行坡口制备，组对法兰框架外尺寸按+10mm制作。焊接完成后进行矫正，矫正合格后再进行铣边。

3.2 T型钢与翼板、腹板的组合焊接及箱体组合

在翼板、腹板上画出纵横向中心线，并以此为基准画出法兰、隔板、T型钢等的定位线；将T型钢定位于翼板、腹板，T型钢腹板与箱型柱翼板、腹板垂直度不大于2mm，与筋板、法兰间隙小于3mm，检验合格后，进行焊接，焊后进行平面度检测，变形超标的进行火焰矫正。按照所画定位线安装方法兰、腹板、内部隔板及九宫格的下层隔板，调整法兰、腹板与下翼板的垂直度；安装腹板处下连接板及下连接板上的隔板，隔板点焊定位后，装配上连接板，上下连接板相对腹板中心线对称，两连接板同位置孔要求同心；装配上翼板及上翼板侧的两块连接板，两块连接板要相对翼板中心线对称，同位置孔要同心。

3.3 箱型柱内部焊缝焊接

采用CO2气体保护焊，先焊接连接板与腹板的焊缝，再焊接连接板与隔板的焊缝，最后将“九宫格”架中的隔板全部焊接完成。方法兰与箱型柱腹板、翼板的焊缝为全熔透焊缝，焊接时要特别注意打底焊缝的质量。

3.4 箱型柱外部焊缝焊接

采用CO2气体保护焊打底，四名焊工由柱一端向另一端焊接，同侧焊工焊接方向相同，异侧的焊工焊接方向相反，四个焊工的焊接参数、焊接速度保持一致。为提高焊接效率、减少缺陷，采用双丝双弧埋弧自动焊进行主角焊缝的焊接。焊接时，正面的两条焊缝同时焊接，每条焊缝配置一台双丝焊机，每台焊机均从柱一端向另一端进行焊接。正面焊缝焊接三分之一后，将柱翻身进行背面焊接，背面焊接一半后，再次翻身将正面焊缝焊接到三分之二，然后翻身将背面焊接完成，最后翻身将正面焊缝焊接完成。焊接过程中，焊接参数要保持一致，具体如表1所示。

表1 双丝双弧埋弧自动焊焊接参数

3.5 无损检测及焊后热处理

焊接完成后，对箱型柱进行消缺处理，因箱型柱部分焊缝为全熔透Ⅰ级焊缝，采用超声波检测。探伤合格后，对主焊缝进行热处理，热处理后矫正。将箱型柱置于平台上，两条焊缝在上部，两条焊缝在下部，将箱型柱垫实，采用电阻加热，同时对上部的两条焊缝进行热处理。

3.6 端面法兰铣面、附件安装、钻孔、整体检验、防腐

端面法兰是箱型柱连接的关键部件，既要保证两法兰板能紧密贴合，又要保证垂直度要求，必须对端面进行精确的机械加工。根据厂内设备情况，为满足加工要求，提高生产效率，制作专用加工工装平台，可快速有效地将大件准确定位，有效减少调整工作量。严控机床与工装相对精度，减少箱型柱加工面的位置偏差，加工过程全程跟踪参与，严格要求加工操作及工序步骤。依靠厂内现有检验仪器，创新检验采用“等边三角”有效结合经纬仪测量方法，快速检验加工件，确保每件箱型柱端面平面度符合要求。以端铣后的法兰面为基准，对箱型柱翼板、腹板上的孔群进行划线，利用模板进行钻孔。根据图纸安装附件。至此，箱型柱主要工序制作完毕，可以进行尺寸的最终验收。尺寸验收合格后，对箱型柱的内外表面进行防腐处理。

4 结论

某电厂百万机组钢结构在制作过程中，从结构制作、焊接、加工等各个环节入手进行了工艺优化和技术创新，通过不断优化工艺、细化流程，提升了整个钢结构的制作水平，突破多项技术壁垒。有效保证了箱型柱的长度、端面平面度和长度轴线垂直度，生产出了高质量、高标准的产品，至此，我公司已掌握百万机组塔式锅炉钢结构制作的核心技术。