王增锋
（九冶建设有限公司 郑州市 450041）
摘 要：由于该工程结构复杂，工程量大总量为11000吨，组成的钢构件数量多。且主要构件的截面大长度长，钢结构的厚板用量非常大，钢板厚度达100mm厚，厚板焊接焊缝的热处理量大，所以工程焊接的质量控制尤为重要。通过制定详细的质量控制规划，严格对焊接工程的各工序过程控制管理，严把焊接质量关，工程最终顺利完成，满足了工程的各项技术要求。
关键词 锅炉钢结构 焊接工艺 质量控制
A SUPERCRITICAL UNIT IN POWER plant boiler structural steel welding quality control
Wang Zengfeng
(No.9 Metallurgical Construction Limited Corporation zhengzhou 450041)
ABSTRACT ：Because of the complex engineering structure, project amount is large, a total of 11000 tons of steel, consisting of a large number of. And the main component of the geometric size, length, steel plate the amount is very large, steel plate thickness of 100mm thick plate welding, weld heat treatment amount is large, so the welding quality control is particularly important. Through the detailed quality control planning, strictly on the welding engineering the process management of process control, strict welding quality, the project finally completed smoothly, satisfy the engineering requirements of the technology.
KEY WORDS Boiler steel structure Welding technology Quality control
1 工程概况
国电荥阳电厂是国电集团与河南省政府实施“上大压小、节能减排”合作发展的典范，是落实加快推进资源节约、环境友好型社会建设战略的重要举措。电厂2×600MW“W”超临界机组锅炉是由北京巴布科克威尔科克斯公司设计，是国内火力发电站大型超临界“W”型火焰机组。超临界机组与亚临界机组相比，热效率提高2‰每年可节约标准煤3万吨，属于近年来大力发展的大容量火力发电机组。与其它亚临界机组钢结构形式不同，由于该机组高度高且炉膛大所以钢结构工程量大且构件超重超长。
图1 工程整体图
工程结构形式为刚性框架结构，总高80米，总工程量为11000吨。每层有39根钢柱，钢柱为实腹式焊接H型钢，最大钢柱截面尺寸为H640X1200X30X80，单重达32吨。钢架空间共设16层平台，通过实腹式焊接工型梁及轧制型材水平撑构成钢架的水平面，以保证结构刚性，部分轴线上设有垂直支撑，与钢柱构成钢架的立平面，与水平面共同将锅炉钢架全部载荷传递至基础。下图为典型立面布置图2：
图2 工程立面布置图
炉顶钢架，是承受锅炉荷载的重要部分，它由大板梁、支吊梁、支承梁组成，它系钢架的重点项目，由于承受悬挂锅炉设备的所有载荷，工程中最大的大板梁高6000mm，长37690mm，总重约173吨，翼缘板厚100mm，由上下两根梁法兰叠和而成[1]。板梁截面型式如下图3
图3 板梁截面图
工程主要材料有：A572-50、Q345B、Q345A、Q235-B。其中A572-50级，用于大板梁上厚度大于等于40mm的钢板，其它梁上板厚等于60mm的钢板。Q345B用于主柱上大于等于36mm钢板，大板梁上小于40mm钢板，其它梁上厚度等于36mm和40mm钢板。Q345A用于柱和梁上小于36mm钢板，国产轧制H型钢、柱底板、节点板和连接用角钢。 Q235-B用于国产工字钢，槽钢及非连接用角钢。超临界机组锅炉钢结构特点与亚临界的锅炉钢架相比较，在材料选用和制作量方面存在着明显的差异，这种大容量的火力发电锅炉，在结构设计中厚板，超厚板利用较多，因此该工程的厚板焊接量大，厚板的规格远远大于亚临界锅炉钢架的厚板规格。
本工程施工遵循的主要规范和规定为：锅炉钢架制造按《钢结构制造技术条件》JB/T1620[2]和北京巴威公司标准《承重钢结构制造技术条件》[3]B&WB02007(2版)。熔透的角焊缝、对接焊缝、焊接H型钢及热轧H型钢的腹板的拼接焊缝质量等级为二级要求；所有钢板及H型钢（焊接H型钢及热轧H型钢）翼缘的拼接焊缝均为一级对接焊缝，焊缝采用超声波探伤进行内部缺陷的检验；焊接截面如下图4所示。
图4 焊接截面图
2 质量控制规划
2.1 制定本工程制作工艺时同时制定国电荥阳电厂2×600MW“W”超临界机组锅炉钢结构创中国工程建设焊接协会的全国优秀焊接工程规划。
2.2 根据工地ISO 9001质量保证体系的有效运转是保证产品质量的前提条件，所以产品制作中应严格按我厂程序文件（ZGJYAZ/JQP-2002）；及作业批导书（WI）的要求执行、各负其责，认真工作，加强全员质量教育，增强质量意识；加强技术培训，提高专业技术素质，力争产品一次成优。
2.3 分解质量控制目标：保证项目100%合格，分项工程100%合格80%优良，单位（制作）：工程优良率85%。
3 建立完善的焊接质量保证体系
3.1 质量管理网络
图5 质量管理网络
4 焊接工程技术管理：
4.1焊接质量控制流程
图6 焊接质量控制流程图
4.2主要焊接施工技术
锅炉钢架制造焊接的关键技术和采取的措施：厚板焊接在焊接领域是一项重要的研究课题，也是制造锅炉钢架的重点，尤其框架钢柱及大板粱涉及的厚板焊接量占相当大比例。其中翼缘板厚≥40的钢柱占底层钢柱的一半，为确保焊接质量我们采取了如下措施：1、焊前技术负责人做好技术交底工作，上岗焊工必须是有证的合格焊工。2、焊前做好工艺评定工作，以验证焊接工艺规程的正确性和实效性。3、焊接材料焊丝采用H10Mn2型并具有出厂合格证，投料前要经检验合格，使用时去除焊丝表面的油锈污物，焊剂选用HJ431熔炼型，使用前要烘干，保温～2小时。焊条选用E50型并具有出厂合格证，使用前烘干并保温1～2小时，然后置于保温筒内随用随取。4、坡口型式的选择，我厂厚板焊接多采用对称式双型坡口，如图7
图7 接头细节图
5、焊前清除坡口内铡及外侧50mm范围内的油锈污物。6、焊前预热焊前采用履带式电阻加热器对焊缝进行预热，以降低焊缝区及热影响区之问的温度梯度，减小焊接应力，防止热裂皱产生。7、焊缝两端设置引熄孤板，其规格、坡口形式，材质与主材相同。8、焊接顺序为焊接坡口较深的一侧，焊缝填满1/2时，翻转180°背面清根2～3mm(清根不宜太深，以防止产生裂纹)。清根后焊接背面焊缝至焊缝填满，完成上焊接后，焊缝应进行外观及100%UT检验。无损检验放在焊接中间程序的原因是：焊接缺陷一般产生在焊缝的根部，无损检验放在中间可以早发现问题，清根容易且减少返修量。正反面交替进行焊接，可以减小角变形。角变形是厚板焊接的又一问题，由于焊缝采用分层焊接法，热循环次数多，每焊一次便产生一次角变形。当焊接接头存在缺陷时，角变形易在缺陷处造成应力集中丽产生裂纹。采用正反交替焊接减小角变形，对于残存的小量角变形可通过机械矫正来消除。9、焊按工艺实施第一道焊缝焊接必须严格控制电流和电压。厚板焊接第一遭焊缝电流适当降低，提高孤压2～3V，确保焊缝成型系数中Φ=B/H，(B：焊缝宽度H：焊缝深度)和线能量输入合理，使工件焊透，而且便于清渣，减少焊缝应力的集中中间层焊接规范应随焊缝层数的增加而适当加大，以提高生产效率。[4]10、焊后热处理 厚度大于360 mm钢板对接接头应进行焊后热处理，消除焊接应力。采用电脑温控仪，全过程必须严格控制钢 板的升温、降温速度和保温时间。具体措施：(1)清除焊件表面时污物。(2)为减小出于局部加热造成的温度不均匀，加热范围应从焊缝中心向两侧延伸，每侧加热宽度应大于板厚的3倍，两面分别用石棉被保温加热。( 3)热处理温度曲线(见图8)。最高热处理 温度T ma x=5 9 0 ~6 5 0 ℃[5]
升温速度：≤5000/δ°C/h，且≤200/δ°C/h (δ—焊件板厚)
保温时间：≥δ/25h （δ≤50mm）
≥（150+δ）/δh （δ＞50mm）
冷却速度：≤6250/δ°C/h，且≤260/δ°C/h (300°C以下可进入空冷状态)
图8 热处理曲线图
5 焊接质量管理：
为了保证该工程的顺利进行，无论从原材料的入厂检验，还是从制作过程中的各个环节、道道工序严把质量关。焊接工作均是由经过焊接操作技术培训并取得相应焊位合格证书的人员来担任的，并且根据每个人在操作技能上的特点，合理安排在各自的焊位上进行施焊，让操作技术水平较高，有着丰富实践经验的焊工在重要杆件和关键焊接部位上进行质量把关。
焊接材料的检验是一项至关重要的工作，因焊材脱标而导致的焊接事故在许多文献中都有报道。此前，我单位已建立了一整套完整的原材料入厂检验制度。任何一项工程上所使用的焊材，均要求经严格的检验，合格后方可用于焊接生产，避免因材料脱标导致焊接产品不合格。焊材的烘干发放领用均做到了严格按规章制度办事。焊工依照焊接工艺中指定的焊接方法、焊材牌号、规格，以车间班组为单位开出“焊材限额领料单”到焊材二级库办理领用手续，做到焊材使用明晰。
在焊接生产过程中，上道工序对下道工序负责，生产班组有自己的焊接质量守则，通过各种形式宣传、熟悉焊工职责，做到每个焊工对各自当天的焊接产品的质量负责，公司有一套完整的自检、互检和专检制度，形成一个严把质量关的良好风气，同时，制定了一整套奖惩管理办法，对在焊接工作中，表现突出的给予物质和精神奖励，对在工作中由于个人原因造成的质量事故，作出通报批评和相应的处罚。
焊接变形的控制是焊接施工中经常面临的技术难题，尤其在结构件较大和节点较集中以及节点非对称布置的情况下显得较为突出。控制焊接变形可通过多种途径来解决，如保证加工、装配质量、避免强行组对、合理安排装配和焊接顺序、控制焊接线能量、采用刚性固定法等。就一个杆件而言，要综合分析，选择最佳方案，而不是孤立的只考虑某一种方法，只有这样才能使焊件的变形量得到有效控制。而且，施焊人员在焊接时注意施焊顺序，避免由焊接产生的热量过于集中而产生较大的焊接变形。装配和焊接的各环节的质量都能够有效得到保证。
6 焊接质量控制统计分析
主柱、主梁共计对接焊缝1470条，对焊缝进行了超声波、磁粉探伤，焊缝一次探伤一级合格率达到了99.8%，最终全部焊缝达到了100%合格[6]。
焊接变形的控制也取得良好的效果，对工厂试组装的主要检查指标均符合标注要求[7]，试装的主要项目要点检测结果如表1
表1 试装主要项目检测结果
序号 检测项目 允许偏差（mm） 实测值（mm）
1 主柱端部倾斜度 ±0.5 +0.3
2 主柱长度 ±2 +1.5
3 柱弯曲度 <L/1000，且<10 5
4 孔位偏差 ±0.5 -0.2
5 梁挠度向上 <L/1000 +15
6 梁挠度向下 不允许下挠 +15
7 高强螺栓穿孔率 试孔器100%通过 100%通过
8 平面对角线偏差 ±3 +2
9 平行的立杆或弦中心距 ±2 -1
10 平面间腹杆偏斜距 ±3 +1.5
7 结论
通过对本工程焊接质量的控制管理，保证了工程质量，提高了工厂的生产效率，工厂试拼装完全达到标准要求。经检测各类构件的几何尺寸精度、焊接外观及内在质量都满足规范要求。工程在安装过程中也十分顺利，工程达到了预期的效果，也为今后同类的工程提供了借鉴和帮助。
参考文献
[1] 周劲松 《叠式大板梁制作技术控制要点》 《钢结构》杂志2012.1期
[2] 《钢结构制造技术条件》JB/T1620
[3] 北京巴威公司标准《承重钢结构制造技术条件》B&WB02007(2版)
[4] 《钢制压力容器焊接工艺评定》 JB4708-2000
[5] 《火力发电厂焊接热处理技术规程》 DL/T 819-2002
[6] 《钢结构工程施工质量验收规范》 GB 50205-2001
[7] 《承压设备无损检测》JB/T4730
第一作者：王增锋，男，1976年出生，工程师