寧夏電力建設工程公司 （銀川 750001） 韓道永

1.概述

寧夏靈武電廠二期（2×1000MW）超超臨界機組燃煤空冷發(fā)電機組工程為世界上首座1000MW級空冷發(fā)電機組，其主廠房采用鋼結構，即汽機房、除氧間、煤倉間形成雙框架，爐前平臺與鍋爐鋼架之間結構采用滑動連接。主廠房屋蓋采用32m跨雙坡實腹工字鋼梁結構，屋面采用壓型鋼板承重。

主廠房鋼結構按7排12列布置，縱向為7排，分別為A、1/A、2/A、3/A、B、C、D軸線，A、B軸鋼柱為焊接H型鋼，沿高度方向分3段，第一段至第三段立柱對接處H型鋼腹板為扭剪型高強螺栓聯(lián)接，翼緣板為焊接。C、D軸鋼柱為箱型柱，沿高度方向分6段，第一段至第五段立柱之間拼接處為焊接。

2.焊接內容及特點

（1）主廠房鋼結構焊接內容 首先，立柱與立柱間焊接：立柱主要由箱型立柱和H型立柱組成，箱型立柱分布在C、D軸線上，共五層，每層之間連接方式為焊接，焊縫共計96道。H型立柱分布在A、B軸線上，共三層，每層之間連接方式為腹板螺栓聯(lián)接，翼板為焊接，焊縫共計48道。

其次，連梁與立柱焊接：C、D軸之間的連梁和立柱之間的連接方式采用焊接方法。另外，斜撐與橫梁焊接、加強筋板與立柱和橫梁焊接、平臺牛腿及欄桿焊接等。表1為箱型立柱對接焊縫、H型立柱對接焊縫。

（2）焊接特點 ①主廠房鋼結構主要接頭形式為箱型柱對接、H型立柱對接。柱接頭幾何尺寸大，H型鋼翼板達到1300mm，箱型柱的長邊達到1400mm，立柱鋼板厚度均超過45mm，最大達到55mm。②柱接頭均為高空組對焊接，操作空間狹小，焊接作業(yè)條件復雜，且為冬季焊接，防風、雨、雪困難大。③焊接質量等級要求高，焊接條件差、難度大。④焊接接頭服役條件差。

表1 箱型立柱對接焊縫、H型立柱對接焊縫

3.焊接工藝評定

在正式焊接之前，首先進行焊接工藝評定試驗。根據箱型柱接頭的材質、規(guī)格，選取規(guī)格為420mm×400mm×40mm、材質為Q345B的鋼板，分別進行了橫焊、仰焊、立焊三個焊接位置的焊接試驗，以確定焊接方法、焊接材料、焊接參數等，并對焊接接頭分別進行了室溫拉伸、彎曲、沖擊等試驗，均符合規(guī)范要求。表2～表4為橫焊位置焊接接頭力學性能試驗數據。

經上述試驗結果分析，焊接接頭滿足規(guī)范要求。

表2 拉伸試驗結果

表3 彎曲試驗結果

表4 沖擊試驗結果

4.焊接工藝及技術

（1）坡口制備及組對要求 第一，采用V形坡口，立柱與立柱之間坡口尺寸如附圖所示。

注：α=20°～25°； b=2～5mm；p=1～2mm。

第二，坡口應保持平整無毛刺，不得有裂紋、夾層、夾渣等焊接缺陷。

第三，坡口表面及每側應將水、鐵銹、油污和積渣等清理干凈，清理范圍：①焊條電弧焊的對接焊縫為10～20mm。②對焊腳尺寸為K+（10～20）mm。③根據焊接方法、坡口放置時間和放置環(huán)境，必要時采取防腐措施。

第四，焊件對接允許對口錯位如下：①一級焊縫：10%的板厚且≤2mm。②二級焊縫：15%的板厚且≤3mm。③三級焊縫：20%的板厚且≤4mm。不同厚度焊件對口錯位允許值按薄板。

（2）焊接方法 采用焊條電弧焊，兩人對稱、多層多道焊接。

（3）焊接材料 選用E5015焊條，φ3.2mm或φ4.0mm。

（4）焊前預熱 采用火焰加熱，預熱溫度為80～100℃，預熱區(qū)域應在焊接坡口兩側，寬度各為焊件施焊處厚度的1.5倍以上，且≥120mm，預熱溫度均勻。

（5）焊接 焊接參數如表5所示。具體焊接過程如下：第一，定位焊必須由持相應合格證的焊工施焊，所用焊接材料應與正式施焊相當。定位焊焊縫應與最終焊縫有相同的質量要求。

第二，鋼襯墊的定位焊宜在接頭坡口內焊接，定位焊焊縫厚度不宜超過設計焊縫厚度的2/3，定位焊焊縫長度應＞40mm，間距宜為500～600mm，并應填滿弧坑。定位焊預熱溫度應高于正式施焊預熱溫度。當定位焊焊縫上有氣孔或裂紋時，必須清除后重焊。

表5 焊接參數

第三，多層焊時應連續(xù)施焊，每一焊道焊接完成后應及時清理焊渣及表面飛濺物，發(fā)現(xiàn)影響焊接質量的缺陷時，應清除后方可再焊。遇有中斷施焊的情況，應采取適當的后熱、保溫措施，再次焊接時重新預熱溫度應高于初始預熱溫度。

第四，在連續(xù)焊接過程中應控制層間溫度，使層間溫度控制在80～250℃，焊接過程中使用溫度測溫儀進行監(jiān)控。當焊縫焊接溫度低于或高于要求時，立即采取加熱或停焊的方式，待層間溫度達到施焊條件后再行焊接。

第五，坡口底層焊道采用焊條電弧焊時宜使用≤3.2mm的焊條施焊，底層根部焊道的最小尺寸應適宜，最大厚度≤4mm。

第六，焊接變形的控制：①對長焊縫采用分段退焊法與兩人對稱焊接法同時運用。②宜采用跳焊法，避免焊接件局部加熱集中。③焊接過程中采用較小的焊接參數進行焊接。

第七，焊后消除應力處理：①安裝焊縫采用錘擊法消除焊接應力。②用錘擊法消除中間焊層應力時，應使用圓頭手錘或小型振動工具，不應對根部焊縫、蓋面焊縫或焊縫坡口邊緣的母材進行錘擊。③采用分層錘擊，每焊接15mm厚錘擊一次，錘擊時用力均勻。

（6）熱處理工藝 ①箱型鋼柱、H型鋼柱對接焊縫焊后立即進行后熱處理。②加熱方式：柔性陶瓷電阻加熱。③恒溫溫度200～250℃，恒溫時間2h。④熱處理的加熱寬度，構件焊縫每側面加熱板的寬度不小于鋼板厚度的3倍，且≥200mm。⑤加熱板以外構件兩側采用保溫棉覆蓋，每側不得小于鋼板厚度的5倍，以減少溫度梯度。⑥若現(xiàn)場電加熱難以滿足要求，應采用火焰加熱進行處理，采用遠紅外測溫儀測溫，停止加熱后立即用保溫棉包裹緩慢冷卻。

5.焊接檢測

（1）焊接接頭外觀檢測 焊工本人應對所焊接頭進行外觀檢查。焊接質量檢查人員對鋼立柱及主梁的焊接接頭100%進行檢測，必要時應使用焊縫檢測尺或5倍放大鏡，對經打磨修復的外觀超標缺陷應作記錄。

（2）焊接質量檢測 檢查人員應根據圖樣要求對焊接部件進行宏觀尺寸檢測。對重要部件應在焊接過程中監(jiān)視焊接變形，并在焊接及熱處理完成后進行最終尺寸檢查。

（3）焊接接頭無損檢測 H型立柱及箱型立柱對接焊縫做100%超聲波檢測。一級焊縫應進行100%的檢測，其合格等級執(zhí)行國家標準GB 11345《鋼焊縫手工超聲波探傷方法及質量分級法》B級檢測的Ⅱ級及Ⅱ級以上。

6.結語

（1）采取焊前預熱、兩人對稱才多層多道焊接及焊后熱處理，成功地解決了1000MW空冷機組主廠房鋼結構大型箱型柱、H型柱對接焊接的難題。

（2）通過焊前預熱、錘擊、后熱等技術手段，有效降低了焊接殘余應力。使焊接變形得到了有效的控制，立柱垂直度數據達到優(yōu)良標準。

（3）柱對接接頭焊縫全部通過驗收，經自檢和第三方檢測，焊縫合格率100%。

機組自2011年4月投入運行以來，柱接頭焊縫及主廠房鋼結構均無異常。