锅炉钢构架制造技术

高云鹏

（哈尔滨哈锅锅炉工程技术有限公司，黑龙江 哈尔滨 150040）

1 结构特点

一台300MW锅炉构架重量一般在2000多吨，主体构架总高在60m左右，一般分5层。根据构件的作用分为柱、梁、垂直支撑（立面斜拉条）及水平支撑（水平斜拉条）4部分。柱、梁、垂直支撑基本都是板拼工型构件，采用碳钢或低合金钢材料的中厚板拼焊而成，水平支撑杆件为型钢件。各部分杆件通过连接板或连接角钢，用M22高强度螺栓连接组成构架。连接孔为Φ24，一台炉构架一般有10余万个连接孔。连接部位靠摩擦传力，摩擦系数μ=0.40。

构架最顶端有大板梁，它是锅炉构架中最重要的承力部件。一台300MW炉一般有10根大板梁，总质量在280吨左右。大板梁为板拼工型梁，最大梁高4m，梁宽1m左右，最长20m多，单件最大质量60多吨。大板梁的几何尺寸和质量都很大，钢板厚，孔群多，技术要求高，制造难度大。

2 摩擦系数测定

由于高强度螺栓连接靠摩擦传力，连接部位摩擦系数的大小直接影响构架的受力，所以在生产前必须对摩擦面进行摩擦系数测定，验证拟采取的工艺措施能否达到设计值μ=0.40。

2.1 试件选取。取与构架材质相同的试件和工程所用的高强度螺栓连接副进行试验。

2.2 摩擦系数计算。计算公式为：μ=N/n·Σp

式中μ-摩擦系数；N-滑动荷载；n-传力摩擦面数，n=2；Σp-与试件荷载一侧对应的高强度螺栓预拉力（紧固轴力）之和，因实际预拉力与公称预拉力有一定出入，所以P应为实测值。

2.3 螺栓预拉力测定。通过电阻应变仪进行测定。取10个高强度螺栓，加工后贴好应变片，用导线连接于应变仪上，然后连接试件，用电动扭矩搬手紧固螺栓。螺栓受力后产生伸长线应变，在应变仪上分别读出每个螺栓的应变量。求出平均应变量ε。

ε=Σεi/10=2493×10-6

螺栓紧固轴力计算公式为：P=εEF

式中P-螺栓紧固轴力；E-弹性模量，取E=2.1×106kg/cm2；F- 螺栓截面积，3.64cm2。

经计算螺栓的平均紧固轴力为：P=186.9kN。

2.4 摩擦系数测定。选3种表面处理方法分别测定：a.连接副试件全部喷砂处理；b.连接副试件全部酸洗处理；c.连接副试件一部分酸洗后淋上水，室外放置24小时，使其生锈；另一部分喷砂处理。

每种取3组试件，将其分别在拉力机上夹紧（轴线要与夹具中心严格对中）。启动拉力机，观察试件标记线。当标记线发生错位时的拉力机读数即为滑动荷载。

经测定3种方法的平均滑动荷载分别为：

Na=500kN，Nb=347Kn，Nc=514kN。

经计算3种方法的平均摩擦系数分别为：

μa=0.45，μb=0.31，μc=0.46

可以看出，a和c两种工艺方法得到的摩擦系数能够达到设计值要求。

3 工艺要点

3.1 零件备料。工型杆件翼板、腹板采用数控气割机或半自动气割机下料，校平、校直用校板机和火焰校证。

连接板δ<20mm采用剪板机下料，δ≥20mm用手工气割或数控气割下料，压力机校平。

连接角钢厚δ≤10mm采用联合冲剪机下料，δ>10mm用手工气割下料，最好采用锯床锯切下料。如角钢角度不能保证90°时，要用压力机角尺模进行校正。

3.2 机械加工。连接板基准边用钅包或铣加工；翼板上有孔群的杆件腹板两边及δ≥38mm的所有板件边缘进行刨边或铣边加工；柱子两端端铣或镗加工；对接边及对接坡口进行机械加工。

依据钢板厚度和下料方法，单边机械加工余量预留3～7mm；腹板机加宽度公差按-0.5～-1控制。

3.3 工型杆件翼板和腹板长度余量。翼板和腹板在备料时应适当放出一定的余量，以补偿下列因素的收缩影响。

钢板拼接焊缝收缩。主要与拼接缝的多少及板厚有关，拼接缝越多、板越厚收缩量越大。

角焊缝收缩。主要与焊缝的长度有关，焊缝越长收缩越大。

火焰校正收缩。工型杆件焊接成型后的变形用火焰校正，火焰校正的收缩量与操作者技术水平高低有很大关系，烤火点准确、烤火量及遍数少，收缩量就小，反之就大。

柱子端铣余量。根据截面的大小，一般按每端5～8mm考虑。

综合以上各种因素，一般按以下规律放余量：梁、垂直支撑杆件翼板和腹板按总长的1%-1.5%mm放余量；柱子两端机械加工，余量按总长的2%～3%mm选取。

3.4 焊接。钢板对接及杆件4条主角焊缝采用埋弧自动焊。两端装点引息弧板（L≥100mm），焊后割掉，不允许用锤击去除。焊缝区域浮锈及杂物要清理干净露出金属光泽。

对接焊缝采取全焊透结构，工型角焊缝采取船形位置焊，埋弧焊熔深P≥1mm。

对接焊缝坡口形式，以保证焊缝质量，并尽量减少填充金属。

定位焊要求。定位焊过渡时间短，母材升温迟缓，冷却速度快，容易出现裂纹和焊不透现象。所以定位焊应与正式焊接同等对待，由具有合格证的焊工施焊，且定位焊缝高度和长度应足够大，焊缝高度一般情况下应不小于焊缝高度的7倍，长度50～100mm。

焊接材料选取见表2所示。

预热及热处理。16Mn材料δ≥32mm焊前预热100～150℃，Q235-A材料δ≥70mm焊前预热100℃，均包括定位焊。δ≥38mm板对接焊缝焊后要进行去应力热处理。

无损检验。δ≥32mm板对接焊缝100%RT或UT检验；δ>25mm板对接焊缝及两块板均δ>25mm的角焊缝100%MT检验；δ≤25mm对接焊缝MT抽查起弧和收弧部位。

3.5 其它。工型组件中的翼板和腹板拼接焊缝及其相关联部位要相互错开，下料尺寸要参照组件图绘出，最好出拼接图。相互错开距离如下：相邻拼缝L>200mm；拼缝与附件L≥100mm；拼缝与孔L>120mm。

钻完孔后要清理干净铁屑及毛刺等，但不能将孔磨出倒角，这样会减小摩擦面，而影响传力。

孔群周围75mm范围内不允许油漆，涂漆时应用必要的工装覆盖孔群周围表面，避免摩擦面淋上油漆而降低摩擦系数。

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