鍋爐鋼構(gòu)架制造技術(shù)

高云鵬

（哈爾濱哈鍋鍋爐工程技術(shù)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

一臺300MW鍋爐構(gòu)架重量一般在2000多噸，主體構(gòu)架總高在60m左右，一般分5層。根據(jù)構(gòu)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(gòu)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(qiáng)度螺栓連接組成構(gòu)架。連接孔為Φ24，一臺爐構(gòu)架一般有10余萬個連接孔。連接部位靠摩擦傳力，摩擦系數(shù)μ=0.40。

構(gòu)架最頂端有大板梁，它是鍋爐構(gòu)架中最重要的承力部件。一臺300MW爐一般有10根大板梁，總質(zhì)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(zhì)量60多噸。大板梁的幾何尺寸和質(zhì)量都很大，鋼板厚，孔群多，技術(shù)要求高，制造難度大。

2 摩擦系數(shù)測定

由于高強(qiáng)度螺栓連接靠摩擦傳力，連接部位摩擦系數(shù)的大小直接影響構(gòu)架的受力，所以在生產(chǎn)前必須對摩擦面進(jìn)行摩擦系數(shù)測定，驗(yàn)證擬采取的工藝措施能否達(dá)到設(shè)計(jì)值μ=0.40。

2.1 試件選取。取與構(gòu)架材質(zhì)相同的試件和工程所用的高強(qiáng)度螺栓連接副進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2 摩擦系數(shù)計(jì)算。計(jì)算公式為：μ=N/n·Σp

式中μ-摩擦系數(shù)；N-滑動荷載；n-傳力摩擦面數(shù)，n=2；Σp-與試件荷載一側(cè)對應(yīng)的高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力（緊固軸力）之和，因?qū)嶋H預(yù)拉力與公稱預(yù)拉力有一定出入，所以P應(yīng)為實(shí)測值。

2.3 螺栓預(yù)拉力測定。通過電阻應(yīng)變儀進(jìn)行測定。取10個高強(qiáng)度螺栓，加工后貼好應(yīng)變片，用導(dǎo)線連接于應(yīng)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(chǎn)生伸長線應(yīng)變，在應(yīng)變儀上分別讀出每個螺栓的應(yīng)變量。求出平均應(yīng)變量ε。

ε=Σεi/10=2493×10-6

螺栓緊固軸力計(jì)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(jīng)計(jì)算螺栓的平均緊固軸力為：P=186.9kN。

2.4 摩擦系數(shù)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(shí)，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(jī)上夾緊（軸線要與夾具中心嚴(yán)格對中）。啟動拉力機(jī)，觀察試件標(biāo)記線。當(dāng)標(biāo)記線發(fā)生錯位時(shí)的拉力機(jī)讀數(shù)即為滑動荷載。

經(jīng)測定3種方法的平均滑動荷載分別為：

Na=500kN，Nb=347Kn，Nc=514kN。

經(jīng)計(jì)算3種方法的平均摩擦系數(shù)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(shù)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)值要求。

3 工藝要點(diǎn)

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

連接板δ<20mm采用剪板機(jī)下料，δ≥20mm用手工氣割或數(shù)控氣割下料，壓力機(jī)校平。

連接角鋼厚δ≤10mm采用聯(lián)合沖剪機(jī)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(shí)，要用壓力機(jī)角尺模進(jìn)行校正。

3.2 機(jī)械加工。連接板基準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)行機(jī)械加工。

依據(jù)鋼板厚度和下料方法，單邊機(jī)械加工余量預(yù)留3～7mm；腹板機(jī)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(shí)應(yīng)適當(dāng)放出一定的余量，以補(bǔ)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(guān)，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(guān)，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(shù)水平高低有很大關(guān)系，烤火點(diǎn)準(zhǔn)確、烤火量及遍數(shù)少，收縮量就小，反之就大。

柱子端銑余量。根據(jù)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(guī)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(jī)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(diǎn)引息弧板（L≥100mm），焊后割掉，不允許用錘擊去除。焊縫區(qū)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(jié)構(gòu)，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(zhì)量，并盡量減少填充金屬。

定位焊要求。定位焊過渡時(shí)間短，母材升溫遲緩，冷卻速度快，容易出現(xiàn)裂紋和焊不透現(xiàn)象。所以定位焊應(yīng)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(yīng)足夠大，焊縫高度一般情況下應(yīng)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(yù)熱及熱處理。16Mn材料δ≥32mm焊前預(yù)熱100～150℃，Q235-A材料δ≥70mm焊前預(yù)熱100℃，均包括定位焊。δ≥38mm板對接焊縫焊后要進(jìn)行去應(yīng)力熱處理。

無損檢驗(yàn)。δ≥32mm板對接焊縫100%RT或UT檢驗(yàn)；δ>25mm板對接焊縫及兩塊板均δ>25mm的角焊縫100%MT檢驗(yàn)；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(guān)聯(lián)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(nèi)不允許油漆，涂漆時(shí)應(yīng)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(shù)。

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