浅谈电厂钢结构主要工艺及关键控制点

浅谈电厂钢结构主要工艺及关键控制点 裴传飞（上海宝冶建设机装分公司）摘要： 本文介绍了电厂钢结构的广阔前景，对电厂钢结构进行了分类，并指出其中的关键构件，对于关键有其特有的制作工艺和技术，并对关键的构件的关键控制点加以指出，以利于制作中进行有效的控制。控制住了关键的部分，也就可以从宏观上解决了整个电厂钢结构制作的难题。关键词：电厂钢结构、工艺流程、关键控制点。前言： 近年来随着我国用电量的急剧增长的需要，电力资源的紧缺，已经成为制约一个地方经济发展的重要因素之一。火力发电厂的建设已经成为全国目前最多的工程项目之一，可以预见在未来几年的钢结构市场中，电厂钢结构将成为这一行业中无可争议的龙头老大。因此，如果一个企业有电厂钢结构的良好业绩，工程技术人员对电厂钢结构制作的主要工艺及关键控制点都非常熟悉，那么这个企业无疑将成为钢结构行业中的领跑者。 电厂钢结构根据发电机组的容量不同，常见见的有15万MW、30万MW、60万MW、90万MW、100万MW几种结构，容量不同，用钢量也有很大的不同，钢板最厚的可以达到125mm以上，电厂钢结构的主要特点是：用钢量大，层数较多，焊接要求高，高强螺栓用量大，螺栓穿孔率及尺寸精度要求较高，主要节点以刚节点为主，构件单件尺寸及重量较大，最长可达30m，最重可达80吨。1 电厂钢结构的主要分类及关键构件。11 分类12 关键构件 重要性由下向上递增 重要性由下向上递增2 关键构件的 主要制作工艺及关键的控制点21锅炉岛和汽机房的钢柱211 两者的相同之处在于基本上都要求端面铣，均是多节柱形式，柱与柱之间连接除高强螺栓连接外，还要求磨平顶紧，铣平面的误差要求在0.3mm以内，锅炉岛钢柱一般有48节，主厂房钢柱一般有24节结构形式都较为复杂，牛腿都较多，高强螺栓用量较大。其关键在于钢板接料及H型钢主焊缝、端铣精度、零部件装配尺寸、摩擦面的处理、涂装和标记等六个控制点。212、钢柱制作的主要工艺流程为：（见图1）钢材验收钢板矫平切割下料钢板拼焊H型钢组装焊接、矫正制孔、装配组装后焊接整形及检验喷砂、涂装成品编号、标记出厂底版、筋板切割下料号孔、制孔牛腿切割下料牛腿拼装牛腿焊接矫正号孔、制孔若成品的尺寸超过抛丸机的最大尺寸，应解体制作，先喷一道底漆后组装有时应进行整体框架平台预组装，以检验柱、梁、支撑等的相对几何尺寸UTUTUT图1213 关键控制点2131 接料及焊缝控制：钢柱的钢板都较厚，对接焊缝为一级焊缝，100%UT，H型钢主焊缝要求全熔透，20%UT，对于厚板焊接，焊前要进行预热，预热温度见表一。钢板厚度（mm）焊条了类型钢的最低屈服强度310KN/MPa1938普通型60100低氢型3851普通型100150低氢型601005176普通型150180低氢型100150 表一2132 预热位置 接板应在焊道两侧100mm的位置均匀预热。 H型钢的T形焊缝应由两把烤枪同时预热。 钢板拼接 H型钢T型钢焊接2133 厚板的对接和H型钢主焊缝要达到焊透要求，还必须有工艺剖口，设置引弧板，注意焊接顺序，焊接变形，焊接收缩等内容： 对接剖口形式（等厚）不同厚度的钢板对接，超过允许厚度差时应将较厚的一面或两侧加工成斜坡，其坡度应小于或等于1：4。如图示。较薄钢板厚度t2（mm）59101212允许厚度差（t1-t2）（mm）234 无论是对接焊缝还是H型钢T型钢焊缝都要设置与母材同成分，同坡口形式，长度为80120mm的引弧板以保证焊接边缘位置的质量。无论哪种焊缝都要注重焊接的顺序和方法，以保证焊接变形最小，焊接顺序如下图所示： 对接焊缝焊接顺序示意、CO2焊打底翻身清根CO2打底焊埋弧焊盖面翻身埋弧焊盖面 T型焊缝焊接顺序示意、CO2焊打底翻身清根CO2打底焊埋弧焊盖面翻身埋弧焊盖面焊后热处理： 厚板对接和T型焊缝必须进行焊后热处理，防止延迟裂缝和应力腐蚀的产生，并改善因大热量造成的接头组织恶化的可能，焊后热处理是一个较为复杂的过程手法，此处不再多说，可参照美国钢结构焊接规范AWS D1-2000。2134 端铣精度控制：端铣的核心就是控制铣刀面与构件的中心垂直，如果不垂直将造成铣平面和构件中心成斜交（构件中心如何找在2135中说明），另外还必须控制整个柱端铣面是一个平面而非多个。 要保证柱端铣面是一个平面，要调整好进刀量，另外构件要一次端铣成功，不能翻身和挪动，H型钢固定要牢固。依靠端铣机床的水平滑动来完成整个工作。 要保证端铣面和H型钢中心垂直，则需采取如下措施，如下图所示：（是个论文并请教潘总）2135 零部件的装配尺寸：核心实质为“多中线合一”，既底板螺栓孔间距中心线，柱身H型钢中心线，个牛腿中心相互重合。 H型钢焊接、矫正后，用划针在两截面上，以两端腹板中心线为基准，在上下盖板上划出盖板中心线，然后以两端腹板中心线为基准，划出整个H型钢腹板中心线，如 下图所示： 柱子盖板上牛腿中心线示意 柱子腹板上牛腿中心线示意 装配时要求柱底板中心线EE，FF与柱身中心线AA，BB分别垂直相交。牛腿中心线GG（GG）与柱身中心线AA，BB，垂直相交，牛腿中心线HH（HH）与柱身中心线CC，DD垂直相交。 牛腿装配的时，还应注意，牛腿上表面应该与标高线重合，牛腿的号孔等均应以盖板的上表面为基准。2136 高强螺栓穿孔率： 高强螺栓穿孔率的已经成为衡量一个工程质量好坏的重要标志之一，要提高穿孔精度只有从制孔工艺本身以及号孔基准两方面入手，如果控制良好，穿孔率可以达到99%以上。 制孔工艺有多种，一般厂家采用的有数控钻孔、套模钻孔、直接用钻床钻孔三种，精度逐步降低，但是数控钻孔设备昂贵且数量有限，对工期不利；直接用摇臂钻或磁座钻制孔，设备较普遍，可以多台同时施工，抢工期时可以采用，但是精度较低且误差无规律可循。因此，一般应采用套模制孔，进度和精度均可兼顾。套模板要有专门的钳工精制而成，孔距误差应该控制在0.3mm以内，套模应该用工具钳加工而成，耐磨性要求较高，套模要经常检查，如果发现孔径磨大0.5mm以上时，必须更换。 制孔工艺的选择仅可以保证同一组孔（或孔群内的误差减少），但与其他构件连接是否精确，这要取决于个部分号孔时的基准线是否正确，号孔的精度是否足够。对于柱子腹板号孔应该以整个H型钢中心线（如图中CC，DD）为基准两边均分；对于柱子盖板号孔时应该以腹板中心线（如图中AB，AB）为基准，而决不能以盖板宽度方向的中心线为准，对于牛腿盖板的号孔，则应该以腹板中心线（GG，HH）为基准，但对于腹板号孔则应该以上盖板为基准面，从上往下划线、号孔，以确保标高一致。划线时应该用划针划线，不宜采用石笔划线，据实测统计，前者要比后者精度提高0.30.5mm以上，石笔划线本身误差在0.5mm左右。2137 摩擦面及油漆处理 一般来讲，摩擦面的处理与构件其他部分的处理是同时进行的，摩擦面与其他部分的粗糙度是一样的，一般应该在40m，摩擦面是否合格要以摩擦面系数实验得到，统计显示，摩擦面粗糙度较均匀时，系数相应较高，粗糙度可以通过百分表进行检查。要使表面粗糙度均匀，需要使用粒径在0.82.0mm级配的铁砂进行抛丸处理。摩擦面的保护尤为重要，要在抛丸后用胶带封闭以免油污染或灰尘等污染（可以让其自然生赤锈）且在抛丸不能对摩擦面进行砂轮打磨，否则就对摩擦面进行了破坏。另外，油漆基底处理是一个隐蔽工程，除锈必须达到规定的级别，否则油漆的附着力将下降，使用时间下降。喷涂一般采用无气喷涂，以确保一定的雾化和喷涂压力。特别应控制每道油漆的时间间隔，每一道油漆后，需用细砂纸进行表面清理，然后再进行下一道油漆，这样喷涂的油漆一定会光彩照人。另外，在涂每一道油漆前，应该对各个死角进行预涂，可以保证厚度非常均匀，损耗也可以大大降低，实测统计，预涂工作可以降低尤其损耗10%20%。2137 各种标记 构件标记也是一个重要过程，特别是对于钢柱，一定要标记出中心线和标高（主要是0m标高或1m标高），以方便安装与基础中心线及标高进行对应，还应该标记钢柱所处轴线位置和南北两方向，以便安装时能顺利就位。重心位置及重量位置应该明显标记，以便吊装时选择合理吊具。22 锅炉岛大板梁、汽机房吊车梁、屋面梁的制作。 大板梁是锅炉岛构件中最重要的构件，所有锅炉设备均悬挂在大板梁下，因此大板梁的强度和刚度的要求很高，跨度也很大，最大可达30m。汽机房吊车梁是汽机房中最重要的构件，长期受动力荷载，对疲劳强度要求较高。汽机房屋面梁主要是跨度大，有一定的倾斜角度。 此三者的共同点是：均为厚板焊接而成，焊接要求较高，焊接处理可以参照厚板钢柱的方法执行，均要求有一定的预起拱值。其主要工艺流程如图所示，关键控制点在于厚板焊接控制，构件预起拱，大件组装焊接顺序。221 主要工艺流程（以漳州电厂大板梁为例进行示意）。BH55080032/100=27.0m 大板梁制作工序材料进厂钢板调直钢板接料焊接后检验焊接矫平腹板、翼板切割下料翼板数控钻孔焊接H型钢组装及零件板组装钢板素材抛丸（大梁、H型钢抛丸机进不去）刷底漆（焊接位置留出）零件板放样、切割下料零件板钻孔调直尺寸检验（主要是起拱度和腹板不平度控制）抛丸油漆出厂222、厚板焊接参照钢柱的工艺进行。但是梁的截面很高，腹板需要从纵向、横向两个方向接料。先是接纵向焊缝，焊完后钢板会呈一线度形或边缘波浪形，然后再接横缝，在接横缝时要注意钢板变形的方向性。正确的接料方法如下图所示（弧形要在一个方向上，并在接头的位置的弧度呈干滑状）： 1平台面 2横焊缝 3垫块223、腹板焊接后调直和矫平。 腹板焊完后会有如下图所示的变形，在H型钢组装前，纵向焊缝周围4050mm位置的急弯必须火焰矫正，由于纵向焊接产生焊缝方向收缩变形而产生的边缘波浪，在组装时进行调整： 1焊缝调平不允许有急弯 2边缘波浪形变形在组装时处理224、构件预起拱2241、起拱值计算 a、设计起拱值为15mm（如没有特别说明可以取L/2000L/5000）； b、自重起拱：依据经验，一般取45mm； c、工艺起拱：因为吊车梁或大板梁的上翼板要求焊透，需要剖口焊接，反面清根等工艺，而下翼缘只需要角焊缝，所以上下受热变形不一样，而且所有加筋板与上翼均有焊接，所以在整个制作过程中，上翼受热大于下翼受热，变形范围大概在1015mm左右。因此制作起拱最大值为：设计起拱值+自重起拱+工艺起拱=15+5+15=35mm2242、各点按照抛物线起拱，腹板下料时按如下计算： fmax4 fmaxxx/（LL） 梁上任何一点x处起拱值； fmax跨度中心最大起拱值； x任意一点距坐标原点距离； L梁总长点A0A1A2A3A4A5A6A7起拱值3534.532.629.224.217.79.60225、大件组装焊接顺序方法。图中虚线部分的焊缝已经完成。 先焊横向焊缝，全部采用埋弧焊，直至焊到图纸要求，焊完后处理好A、B两位置的腹板剖口。焊接正面上下翼板与腹板的T型焊缝，上下翼同时施焊，其中上翼板为坡口焊，用CO2打底直至坡口平为止，下翼板为角焊逢，焊至焊角=6mm，焊接采用中间向两边是施焊，由4个电焊工同时焊接，上翼打底控制在小范围内，下翼角焊缝可以偏大。焊完后构件翻身，翻身后对焊缝进行清根，再用埋弧焊焊至图纸要求尺寸。反面上翼板与腹板焊缝清根，清根后，用CO2打底，方法顺序同。焊完后，对下翼板与腹板T型焊缝进行焊接，采用构件垫出一定角度，用改装小车进行埋弧焊，焊角大小为12mm，一次性焊完。对上翼板和腹板T型焊缝进行盖面，方法同。焊完后吊车再翻身，按照顺序再焊上下翼同腹板角焊缝，方法同。226、煤仓梁及横向主梁的制作2261、主要的工艺流程图： 煤仓梁及横向主梁制作工艺流程图钢材验收钢板矫平切割下料钢板拼焊H型钢组装焊接、矫正切头、制孔、装配成品焊接整形及检验喷砂、涂装成品编号、标记出厂筋板切割下料号孔、制孔UTUT2262、关键控制点： 梁总长及孔位控制和煤仓梁端部角钢平整度控制： 梁总长控制：由于主梁是柱子之间的牛腿连接，两柱子牛腿之间的间距理论上仅比梁长5mm，如果牛腿、梁均出现正公差极容易出现构件安装不上的情况，因此一般要求梁的长度误差在30mm之内。主要措施有：主H型钢焊接矫正后，号孔时不要再留筋板等焊缝的收缩余量，等筋板等焊接收缩完成后总长一般会短13mm；对于超过10m的构件在测量长度的时候