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【摘要】某锅炉路空气预热器中的下桁架梁在电力锅炉钢结构中属于最重要的承重部件，它支撑起了包括上桁架、扇形板、转子以及换热元件在内的大部分预热器部件，承载重量为600余吨，所以要求在制作时必须保证焊接质量并预留上拱量。我公司承制的某电力锅炉空气预热器项目结构件下桁架梁采用了薄钢板预先弯制成槽形的结构，加之槽壳内焊件繁多焊后必须上拱，焊接变形不易控制，通过采用合理的工艺措施即解决了焊接变形，又解决了整体上拱的难题，满足了该项目的验收要求。
【关键词】 下桁架梁 焊接变形上拱
中途分类号：P755.1 文献标识码：A文章编号：
Abstract
The underbeam of preheater for a boiler is the most important bearing part in the steel structure of electric boiler. This part supports most parts of preheater including upbeam, fanning strip, rotor, heat exchanger and boiler itself. The total bearing weight for underbeam is more than 600 tons, so it is necessary to reserve proper upwarp amount when manufacture underbeam. We design the groove bending sheet steel structure on underbeam for preheater, and our company supplys this kind of electric boiler for ALSTOM. Although there are many weldments in such groove, we apply proper measures to control the deform and meet the 6mm upwarp requirement at the same time. We finally solve the upwarp question and satisfy the test standard.
Key words
underbeam upwarp deform
1、引言
容克式空气预热器是电力锅炉钢结构中的主要结构件。如图1所示为容克式预热器的总体结构布局，其中“上下大梁”的下桁架梁承担着主要载荷，本文所述某锅炉钢结构项目下桁架梁最大外形尺寸为13010mm×3230mm×1278mm（长度×宽度×高度），设计要求对接焊缝需100% UT，且梁整体上拱量为全长范围内不小于6mm。以往制作的下桁架梁主壳板厚度为26～30mm，厚板焊接变形量相对薄板容易控制。在此处下桁架梁制作时主壳板厚度仅为8mm，宽度展开尺寸为5316mm，如按以往拼接方式则存在薄板拼接难度较大，槽型内腔焊件较多，存在焊接变形量不易控制，长度拼接后易下挠的问题，而且薄板焊后不宜采用火焰加热矫形。鉴于此，通过不断尝试和分析，采用了制作过程中利用焊接前反变形的方法达到了控制焊接变形和制作上拱量的目的。
2、结构概况
下桁架梁主结构为两侧折弯的槽形壳板（原料尺寸δ8×5276×13010），组焊后下桁架梁最大外形尺寸为13010mm×3230mm×1278mm，如图2所示为其模型立体视图。根据制造和验收标准要求，下桁架梁整体上拱量为不小于6mm，如图2所示，在槽形壳板弯制成形后还需在内腔部位焊接各类加强肋板等其余零件，焊件较多焊接工作量较大，加之壳体钢板较薄，焊接热输入量的加大会影响焊接残余变形，所以在制作过程中如能控制好焊接残余变形就可以保证下桁架梁整体焊接后的上拱量以及在焊接后尺寸公差符合技术要求。
3、焊接变形与上拱量的控制
下桁架梁的上拱量如图3所示。
下桁架梁主要部件槽形壳板为钢板弯制成形，尺寸外形见图4（槽型壳板）所示。在制作过程中使用分段折弯成形，再分段将折弯件拼接的方法。此处下桁架梁壳板的制作时在拼接前对拼接图进行审核，审核后按拼接图尺寸对两侧Z形板在折弯机折制弯边，再先后对宽度和长度尺寸分段进行拼接，宽度和长度尺寸两端各预留切割余量40mm，在所有焊接件完成后切割余量至图纸尺寸。
如图5所示为槽形壳板拼接图。圆孔中心位置要求划十字中心线并打洋冲，拼接前制成拼接坡口，正面焊完后背面挑焊根。拼接焊缝在壳板内组焊肋板或其它零件时，若零件与壳板拼接焊缝十字交叉，则零件焊缝应绕过拼接焊缝，间断焊的零件在拼接焊缝处应为间断点。
构件焊接时产生瞬时内应力，焊后产生残余应力，并同时产生残余变形，这是不可避免的。通过下桁架梁图纸可以看出槽型壳板内需焊接肋板较多，肋板纵横交错，焊接量大极易导致焊接残余应力和变形，采用将下桁架梁底部垫起一定高度达到焊后反变形从而实现整体上拱不小于6mm的目的，通过此法即可控制焊接收缩变形又能达到整体上拱的要求。实际制作中如图6所示，调平平台，在平台划十字中心线，槽型壳板十字中心线与平台中心重合，并点焊固定。在槽型壳板两端尺寸所示处垫10mm垫块，在中心两侧尺寸所示处垫6mm垫块，所有垫块与工件全部点焊固定于平台。肋板焊接时采用从中心向两侧施焊，焊接时注意要采用合理的焊接顺序，根据零件焊缝结构和尺寸确定焊接顺序，保证收缩量待全部焊接完成后能达到预期的效果。待所有焊件冷卻至室温，剔开固定用焊点及垫块，槽型壳板会因收缩而反变形从而达到上拱6mm的技术要求。
4、下桁架梁上拱量的检测
下桁架梁尺寸较大且需要在自由状态下测量各项技术数据。首先所用计量器具的必须是合格的并经校准的，标准尺测定拉力为5Kg，以确保划线、制作和检验的一致性。在测量时对工作平台进行调整，保证平台的平面度≤0.5mm/1000mm。在平台上划出下桁架梁长度和宽度尺寸的十字中心线，并划出宽度范围线，长度范围线，自制直角尺检验高度尺寸，在下桁架梁上也按长度、宽度方向划中心线。以平台所标注的各条刻线为基准检测各项尺寸数据，尤其是上拱量，并对各项数据进行记录归档。此验收方法不仅方便了实际操作，也节省了工件翻转吊运的时间和精力，经过实践检验，所有技术数据符合图纸要求，上拱量也达到了不小于6mm的范围。
5结论
通过焊接前迫使构件反变形，依靠焊后残余变形补偿变形量的方法达到技术要求上拱量的方法是我们在生产制作中通过摸索和不断尝试的一次创新，该方法使产品一次制作合格，一次交验合格率100%，大大减少了后续的焊后火焰矫正工作量，避免了校形、返修等繁琐的工艺过程，极大的提高了生产效率，确保了生产产品成功交付，产品质量也得到了用户高度评价。同时通过与国外企业的合作，产品质量也越来越高，工艺技术水平以及制造技术能力也达到了更高的水准。
通过该方法的采用，使我们在控制产品焊接变形方面向前迈进了一大步，并为我们今后在超大型构件制作方面提供了宝贵的经验。
需要强调的是施工过程中因构件重量和尺寸较大，制作验收过程应严格遵守国家及厂有关安全生产规则和安全技术操作规程，确保安全生产。
[参考文献]
1、阿尔斯通容克式预热器验收检验规范技术协议2011
2、中国钢结构协会 《建筑钢结构施工手册》第一版中国计划出版社 2005
3、中华人民共和国建设部《建筑钢结构焊接技术规程》 JGJ81-2002中国建筑工业出版社2002
4、中华人民共和国建设部《钢结构工程施工质量验收规范》 GB50205-2001中国计划出版社2001
【关键词】 下桁架梁 焊接变形上拱
中途分类号：P755.1 文献标识码：A文章编号：
Abstract
The underbeam of preheater for a boiler is the most important bearing part in the steel structure of electric boiler. This part supports most parts of preheater including upbeam, fanning strip, rotor, heat exchanger and boiler itself. The total bearing weight for underbeam is more than 600 tons, so it is necessary to reserve proper upwarp amount when manufacture underbeam. We design the groove bending sheet steel structure on underbeam for preheater, and our company supplys this kind of electric boiler for ALSTOM. Although there are many weldments in such groove, we apply proper measures to control the deform and meet the 6mm upwarp requirement at the same time. We finally solve the upwarp question and satisfy the test standard.
Key words
underbeam upwarp deform
1、引言
容克式空气预热器是电力锅炉钢结构中的主要结构件。如图1所示为容克式预热器的总体结构布局，其中“上下大梁”的下桁架梁承担着主要载荷，本文所述某锅炉钢结构项目下桁架梁最大外形尺寸为13010mm×3230mm×1278mm（长度×宽度×高度），设计要求对接焊缝需100% UT，且梁整体上拱量为全长范围内不小于6mm。以往制作的下桁架梁主壳板厚度为26～30mm，厚板焊接变形量相对薄板容易控制。在此处下桁架梁制作时主壳板厚度仅为8mm，宽度展开尺寸为5316mm，如按以往拼接方式则存在薄板拼接难度较大，槽型内腔焊件较多，存在焊接变形量不易控制，长度拼接后易下挠的问题，而且薄板焊后不宜采用火焰加热矫形。鉴于此，通过不断尝试和分析，采用了制作过程中利用焊接前反变形的方法达到了控制焊接变形和制作上拱量的目的。
2、结构概况
下桁架梁主结构为两侧折弯的槽形壳板（原料尺寸δ8×5276×13010），组焊后下桁架梁最大外形尺寸为13010mm×3230mm×1278mm，如图2所示为其模型立体视图。根据制造和验收标准要求，下桁架梁整体上拱量为不小于6mm，如图2所示，在槽形壳板弯制成形后还需在内腔部位焊接各类加强肋板等其余零件，焊件较多焊接工作量较大，加之壳体钢板较薄，焊接热输入量的加大会影响焊接残余变形，所以在制作过程中如能控制好焊接残余变形就可以保证下桁架梁整体焊接后的上拱量以及在焊接后尺寸公差符合技术要求。
3、焊接变形与上拱量的控制
下桁架梁的上拱量如图3所示。
下桁架梁主要部件槽形壳板为钢板弯制成形，尺寸外形见图4（槽型壳板）所示。在制作过程中使用分段折弯成形，再分段将折弯件拼接的方法。此处下桁架梁壳板的制作时在拼接前对拼接图进行审核，审核后按拼接图尺寸对两侧Z形板在折弯机折制弯边，再先后对宽度和长度尺寸分段进行拼接，宽度和长度尺寸两端各预留切割余量40mm，在所有焊接件完成后切割余量至图纸尺寸。
如图5所示为槽形壳板拼接图。圆孔中心位置要求划十字中心线并打洋冲，拼接前制成拼接坡口，正面焊完后背面挑焊根。拼接焊缝在壳板内组焊肋板或其它零件时，若零件与壳板拼接焊缝十字交叉，则零件焊缝应绕过拼接焊缝，间断焊的零件在拼接焊缝处应为间断点。
构件焊接时产生瞬时内应力，焊后产生残余应力，并同时产生残余变形，这是不可避免的。通过下桁架梁图纸可以看出槽型壳板内需焊接肋板较多，肋板纵横交错，焊接量大极易导致焊接残余应力和变形，采用将下桁架梁底部垫起一定高度达到焊后反变形从而实现整体上拱不小于6mm的目的，通过此法即可控制焊接收缩变形又能达到整体上拱的要求。实际制作中如图6所示，调平平台，在平台划十字中心线，槽型壳板十字中心线与平台中心重合，并点焊固定。在槽型壳板两端尺寸所示处垫10mm垫块，在中心两侧尺寸所示处垫6mm垫块，所有垫块与工件全部点焊固定于平台。肋板焊接时采用从中心向两侧施焊，焊接时注意要采用合理的焊接顺序，根据零件焊缝结构和尺寸确定焊接顺序，保证收缩量待全部焊接完成后能达到预期的效果。待所有焊件冷卻至室温，剔开固定用焊点及垫块，槽型壳板会因收缩而反变形从而达到上拱6mm的技术要求。
4、下桁架梁上拱量的检测
下桁架梁尺寸较大且需要在自由状态下测量各项技术数据。首先所用计量器具的必须是合格的并经校准的，标准尺测定拉力为5Kg，以确保划线、制作和检验的一致性。在测量时对工作平台进行调整，保证平台的平面度≤0.5mm/1000mm。在平台上划出下桁架梁长度和宽度尺寸的十字中心线，并划出宽度范围线，长度范围线，自制直角尺检验高度尺寸，在下桁架梁上也按长度、宽度方向划中心线。以平台所标注的各条刻线为基准检测各项尺寸数据，尤其是上拱量，并对各项数据进行记录归档。此验收方法不仅方便了实际操作，也节省了工件翻转吊运的时间和精力，经过实践检验，所有技术数据符合图纸要求，上拱量也达到了不小于6mm的范围。
5结论
通过焊接前迫使构件反变形，依靠焊后残余变形补偿变形量的方法达到技术要求上拱量的方法是我们在生产制作中通过摸索和不断尝试的一次创新，该方法使产品一次制作合格，一次交验合格率100%，大大减少了后续的焊后火焰矫正工作量，避免了校形、返修等繁琐的工艺过程，极大的提高了生产效率，确保了生产产品成功交付，产品质量也得到了用户高度评价。同时通过与国外企业的合作，产品质量也越来越高，工艺技术水平以及制造技术能力也达到了更高的水准。
通过该方法的采用，使我们在控制产品焊接变形方面向前迈进了一大步，并为我们今后在超大型构件制作方面提供了宝贵的经验。
需要强调的是施工过程中因构件重量和尺寸较大，制作验收过程应严格遵守国家及厂有关安全生产规则和安全技术操作规程，确保安全生产。
[参考文献]
1、阿尔斯通容克式预热器验收检验规范技术协议2011
2、中国钢结构协会 《建筑钢结构施工手册》第一版中国计划出版社 2005
3、中华人民共和国建设部《建筑钢结构焊接技术规程》 JGJ81-2002中国建筑工业出版社2002
4、中华人民共和国建设部《钢结构工程施工质量验收规范》 GB50205-2001中国计划出版社2001