CN104551508B - 一种电站锅炉钢结构大板梁的焊接工装及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电站锅炉钢结构大板梁的焊接工装，包括左端板、右端板、底架和加强筋连接板支座，所述底架由底架头部段、底架中间段和底架尾部段依次连接组合构成，左端板和右端板分别固定在底架的两端，所述底架上部设有若干分层法兰支座和支撑块，所述加强筋连接板支座设置在与大梁板加强筋相应位置的底架上，所述底架右端与右端板下底部设有用于横向推动右端板的推动与反推动装置，所述底架的底面分布有若干地脚支座，通过膨胀螺栓连接地面。本发明还提供了一种加工大板梁的方法，包括如下步骤：下料、打孔、焊接上梁各段、中梁、下梁、组装。本发明采用模块活动连接，丁字、十字或一字平键定位，方便拆装，快速定位，便于加工，利于运输。

Description

一种电站锅炉钢结构大板梁的焊接工装及方法

技术领域

本发明涉及一种用于制作电站锅炉钢结构三层双腹叠梁式大板梁的焊接工装及方法。

背景技术

随着国内火电厂单台装机容量的增大，锅炉钢结构中的大板梁设计尺寸及重量也越来越大，由于大板梁超长、超高、超重，采取整体制造、安装和运输都不现实，故在大板梁的设计中，考虑了上述因素和经济性，将大板梁设计成叠梁结构。根据设计需要，大板梁设计分为上梁+下梁(H型)结构，上梁（π型）+双中梁（H型）+双下梁(H型)结构，到安装工地后，通过中间一组或多组法兰连接，将上、下梁或上、中、下梁在锅炉炉架上用高强螺栓连接起来。由上、下梁叠加起来、只有一组腹板的大板梁称为双层单腹叠梁式大板梁；由上、中、下梁叠加起来、有两组腹板的大板梁称为三层双腹叠梁式大板梁（如图1、图2所示）。其中三层双腹叠梁较单梁、双层单腹叠梁或双层双腹叠梁制作有很大的区别，难度相对较大，手工整体适配焊接时，各组法兰面的平面度、其上孔群位置度等关键点难以控制，大板梁上拱以及加强筋连接板位置保证困难，焊接尺寸误差大以及焊接变形不易矫正等一系列难题：不仅需要对上、中、下梁各自的尺寸和拱度进行严格控制，而且还要确保所有的梁组装成一体后的拱度一致；保证上、中、下梁双腹的两组连接法兰共面且保持紧密接触及法兰面上的孔都能穿上螺栓；大板梁一般超长，需要对重量超重的梁段进行长度拆分，梁的对接法兰同样也要保持紧密接触及法兰面上的孔也都能穿上螺栓；严格控制梁的焊接变形情况，特别是法兰面的角变形及梁的旁弯、扭曲变形。所以如何控制梁的拱度、控制焊接变形、保证双腹两组连接法兰共面且紧密接触及其上孔群的穿孔率，以及保证对接法兰和端法兰的垂直度且紧密接触及其上孔群的穿孔率，是制作三层双腹叠梁的关键和难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种可保证工件质量、提高劳动生产率的用于三层双腹叠梁式大板梁整体适配焊接的焊接工装及方法。

为解决这一技术问题，本发明提供了一种电站锅炉钢结构大板梁的焊接工装，包括左端板、右端板、底架和加强筋连接板支座，所述底架由底架头部段、底架中间段和底架尾部段依次连接组合构成，左端板和右端板分别固定在底架的两端，所述底架上部设有若干分层法兰支座和支撑块，分层法兰支座设置在底架上合适的位置，支撑块设置于分层法兰支座的空档处，所述加强筋连接板支座设置在与加强筋相应位置的底架上，所述底架右端与右端板下底部设有用于横向推动右端板的推动与反推动装置，所述底架的底面分布有若干地脚支座，通过膨胀螺栓连接地面。

所述底架头部段的右端侧面设有两组架间连接座I，通过十字平键定位；所述底架中间段的两端侧面分别设有两组架间连接座II和架间连接座III，通过十字平键定位；所述底架尾部段左端侧面设有两组架间连接座IV，通过十字平键定位；所述底架头部段与底架中间段通过架间连接座I和架间连接座II用螺栓连接，底架中间段与底架尾部段通过架间连接座III和架间连接座IV用螺栓连接；所述底架头部段的左端上部设有左端板连接底座，通过丁字平键定位，所述底架尾部段右端上部设有右端板连接底座，通过一字平键和凸块定位。

所述左端板包括左端板下底板和左端板立板，右端板包括右端板下底板、右端板立板，所述左端板下底板上设有丁字键槽，左端板通过左端板下底板与底架头部段的左端板连接底座由丁字平键定位，用螺栓连接固定于底架头部段的左端部；所述右端板下底板上设有一字键槽，右端板通过右端板下底板与底架尾部段的右端板连接底座由一字平键定位，由螺栓连接固定于底架尾部段的右端部；所述左端板立板和右端板立板上分布有若干连接螺栓孔，其中心线两侧一段距离的上下棱边处设有四个定位矩形凹槽。

所述推动与反推动装置包括推动支座、推动反支座、第一螺栓和第二螺栓，推动支座设置于底架右端的右端板连接底座上，推动反支座设置于右端板的下底部，所述第一螺栓和第二螺栓反向安装，配合一字键横向推动右端板。

所述分层法兰支座在底架各段顶上横向的位置布置。

所述加强筋连接板支座包括支座立板和支座下底板，支座立板与支座下底板垂直焊接，所述支座下底板上分布有铰制螺栓孔、与底架相应位置通过螺栓连接；所述支座立板上分布有铰制螺栓孔、与大板梁工件的各加强筋连接。

所述底架头部段、底架中间段和底架尾部段由工字钢、槽钢和钢板焊接制成。

所述左端板、右端板和加强筋连接板支座由钢板焊接制成。

本发明还提供了一种加工大板梁的方法，包括如下步骤：

1）下料：做出排版图→将上梁腹板切割成腹板上弦起拱下弦无起拱的腹板不等高的形状；将中梁腹板切割成腹板上弦、下弦均无起拱的腹板等高的形状；将下梁腹板切割成腹板上弦无起拱下弦内起拱的腹板不等高的形状→对各腹板长度进行二次修正→连接法兰、对接法兰、加强筋、上梁上翼缘板和下梁下翼缘板按图纸下料；

2）打孔：上梁、中梁和下梁的各连接法兰配合使用的组对连接法兰叠放在一起在数控机床上打孔，并标记连接法兰板宽中心线；各对接法兰、加强筋连接板、加强筋按组对叠放方式在数控机床上进行打孔；

3）焊接上梁各段：将上梁的下翼缘板与底架的分层法兰支座连接固定→多次标记、调整、焊接→拆卸工装；

4）焊接中梁：将中梁下翼缘板与底架上各分层法兰支座通过螺栓连接固定→多次标记、调整、焊接→拆卸工装→翻转180°，再将中梁上翼缘板与底架上各分层法兰支座通过螺栓连接固定→多次标记、调整、焊接→拆卸工装；

5）焊接下梁：将下梁上翼缘板与底架顶部上各分层法兰支座通过螺栓连接固定→多次标记、调整、焊接→拆卸工装；

6）组装：将上梁各段、中梁和下梁进行组装。

有益效果：本发明采用模块活动连接，丁字、十字或一字平键定位，方便拆装，快速定位，便于加工，利于运输，工装中各部件均通过数控机床加工，部件的尺寸、定位面、连接面、孔群的形位公差均符合图纸和技术要求。

附图说明

图1为三层双腹叠梁大板梁的截面示意图；

图2为三层双腹叠梁大板梁的构成示意图；

图3为本发明的整体结构示意图；

图3a为本发明图3的A部放大示意图；

图3b为本发明图3的B部放大示意图；

图4为本发明底架头部段的结构示意图；

图4a为本发明图4的C部放大示意图；

图5为本发明底架中间段的结构示意图；

图6为本发明底架尾部段的结构示意图；

图7a为本发明左端板正面的结构示意图；

图7b为本发明左端板反面的结构示意图；

图8a为本发明右端板正面的结构示意图；

图8b为本发明右端板反面的结构示意图；

图9a为本发明加强筋连接板支座的主视示意图；

图9b为本发明加强筋连接板支座的俯视示意图；

图10a为本发明上梁各段在焊接工装上焊接的整体示意图；

图10b为本发明上梁在焊接工装上焊接的截面示意图；

图11a为本发明中梁在焊接工装上焊接的整体示意图；

图11b为本发明中梁在焊接工装上焊接的截面示意图；

图12a为本发明下梁在焊接工装上焊接的整体示意图；

图12b为本发明下梁在焊接工装上焊接的截面示意图；

图13为本发明推动支座和推动反支座联合使用推动右端板的示意图。

图中：1左端板、2右端板、3底架、31底架头部段、32底架中间段、33底架尾部段、311架间连接座I、321架间连接座II、322架间连接座III、331架间连接座IV、4分层法兰支座、5支撑块、6凸块、7推动支座、8左端板连接底座、9右端板连接底座、10加强筋连接板支座、11左端板下底板、12左端板立板、13右端板下底板、14右端板立板、15矩形凹槽、16推动反支座、17支座立板、18支座下底板、19上梁、20中梁、21下梁、191上梁前段、192上梁中段、193上梁尾段、22连接法兰、23加强筋连接板、24加强筋、25对接法兰、26端法兰、27斜撑、28第一螺栓、29第二螺栓。

具体实施方式

本发明用于制作的大板梁主要由上梁19、中梁20、下梁21构成（如图1所示为大板梁的截面示意图）：上梁19为π型截面，为减轻单根的结构自重，分上梁前段191、上梁中段192和上梁尾段193三部分构成，各段由对接法兰25通过螺栓连接为整体，上梁19的下翼缘板作为连接中梁20的连接法兰22；中梁20由两根H型截面梁组成，H型截面梁的上下翼缘板就是连接上梁19和下梁21的连接法兰22，两根H型截面梁通过两腹板中间的若干加强筋连接板23与两侧H型截面梁腹板内侧的相应加强筋24通过螺栓连接成整体；下梁21也是由两根H型截面梁组成，H型截面梁的上翼缘板作为连接中梁20的连接法兰22，两根H型截面梁通过两腹板中间的若干加强筋连接板23与两侧H型截面梁腹板内侧的相应加强筋24通过螺栓连接成整体。所述上梁19、中梁20、下梁21最后通过各组连接法兰22和对接法兰25螺栓连接为整体（如图2所示为三层双腹叠梁大板梁的构成示意图）

本发明针对大板梁对中梁20的上下翼缘连接法兰22、对接法兰25以及端法兰26对直线度（对接法兰25和端法兰26而言是垂直度）、平面度、其上孔群位置度精度要求高的结构特点，结合大板梁上拱以及加强筋连接板23位置控制对结构制作的影响，重点对各组法兰面的平面度、其上孔群位置度等关键点加以控制，保证大板梁各部件在工装上装配定位焊时，各部件特别是各组法兰相对位置的精准控制，防止和减少工件的焊接变形，缩短各组件焊前对正、定位的时间和焊后工件整体变形的校正时间，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻劳动强度。

下面结合附图及实施例对本发明做具体描述。

图3所示为本发明的整体结构示意图。

本发明包括左端板1、右端板2、底架3和加强筋连接板支座10，左端板1和右端板2分别固定在底架3的两端。

所述底架3由底架头部段31、底架中间段32和底架尾部段33依次连接组合构成（图3a为底架头部段31与底架中间段32连接部位的A部放大示意图；图3b为底架中间段32和底架尾部段33连接部位的B部放大示意图）。

所述底架3上部设有若干分层法兰支座4，分层法兰支座4设置在底架3上合适的位置，起定位大板梁各层梁横向连接法兰的作用；底架3上部设有若干支撑块5（图4a为支撑块5的C部放大示意图），支撑块5设置于分层法兰支座4的空档处，起竖向支撑大板梁各层梁横向连接法兰的作用。

所述加强筋连接板支座10设置在与加强筋相应位置的底架3上。

所述底架3右端与右端板2下底部设有用于横向推动右端板2的推动与反推动装置，

所述底架3的底面分布有若干地脚支座，通过膨胀螺栓连接地面，起固定的作用。

图4所示为本发明底架头部段的结构示意图。

所述底架头部段31上部设有若干分层法兰支座4和支撑块5，底架头部段31的左端上部设有左端板连接底座8，通过丁字平键定位，由螺栓与左端板1的下底板连接，起定位左端板1与底架3相对位置的作用，底架头部段31的右端侧面设有两组架间连接座I，通过十字平键定位；底架头部段31的底面分布有若干地脚支座。

图5所示为本发明底架中间段的结构示意图。

所述底架中间段32上部设有若干分层法兰支座4和支撑块5，底架中间段32的两端侧面分别设有两组架间连接座II和架间连接座III，通过十字平键定位；底架中间段32的底面分布有若干地脚支座。

图6所示为本发明底架尾部段的结构示意图

所述底架尾部段33上部设有若干分层法兰支座4和支撑块5，底架尾部段33右端上部设有右端板连接底座9，通过一字平键和凸块6定位，由螺栓与右端板2的下底板连接，起定位右端板2与底架3相对位置的作用；底架尾部段33的左端侧面设有两组架间连接座IV，通过十字平键定位；所述底架尾部段33底面分布有若干地脚支座；。

所述底架尾部段33与右端板连接底座9同侧分布有两组推动支座7，与右端板2下底部的两组推动反支座16联合使用，起横向推动右端板2的作用。

所述底架头部段31与底架中间段32通过架间连接座I和架间连接座II用螺栓连接（图3a所示），底架中间段32与底架尾部段33通过架间连接座III和架间连接座IV用螺栓连接（图3b所示）。

图7a所示为本发明左端板正面的结构示意图。

图7b所示为本发明左端板反面的结构示意图。

所述左端板1包括左端板下底板11和左端板立板12。

所述左端板下底板11上设有丁字键槽，左端板1通过左端板下底板11与底架头部段31的左端板连接底座8由丁字平键定位，用螺栓连接固定于底架头部段31的左端部。

所述左端板立板12上分布有若干连接螺栓孔，起定位连接大板梁各层梁对接法兰或端法兰位置的作用，左端板立板12法兰面上距中心线两侧一段距离的上下棱边处设有四个定位矩形凹槽15，起定位大板梁各层梁腹板中心位置的作用。

图8a所示为本发明右端板正面的结构示意图。

图8b所示为本发明右端板反面的结构示意图。

所述右端板2包括右端板下底板13和右端板立板14。

所述右端板下底板13上设有一字键槽，右端板2通过右端板下底板13与底架尾部段33的右端板连接底座9由一字平键定位，由螺栓连接固定于底架尾部段33的右端部。

所述右端板立板14上分布有若干连接螺栓孔，起定位连接大板梁各层梁对接法兰或端法兰位置的作用，右端板立板14法兰面上距中心线两侧一段距离的上下棱边处设有四个定位矩形凹槽15，起定位大板梁各层梁腹板中心位置的作用。

所述右端板下底板13的棱边处分布有两处推动反支座16，与底架尾部段33的推动支座7联合使用，起横向推动右端板2的作用（如图13所示）。

图9a所示为本发明加强筋连接板支座的主视示意图。

图9b所示为本发明加强筋连接板支座的俯视示意图。

所述加强筋连接板支座10包括支座立板17和支座下底板18，支座立板17与支座下底板18垂直焊接；所述支座下底板18上分布有铰制螺栓孔、与底架3各段相应位置通过螺栓连接；所述支座立板17上分布有铰制螺栓孔、与大板梁工件的各加强筋连接，起定位大板梁各加强筋位置，及保证各加强筋连接板与相应加强筋螺栓穿孔率的作用。

图13所示为本发明推动支座和推动反支座联合使用推动右端板的示意图。

所述推动与反推动装置包括推动支座7、推动反支座16、第一螺栓28和第二螺栓29，推动支座7设置于底架3右端的右端板连接底座9上，推动反支座16设置于右端板2的下底部，所述第一螺栓28和第二螺栓29反向安装，配合一字键横向推动右端板2。

所述分层法兰支座4底架各段顶上的各分层法兰在工装横向的位置布置，以及各分层法兰上螺栓孔的位置布置，需要同时考虑大板梁各梁在本工装各自焊接装配的特殊工位以及自身结构的影响。

所述底架头部段31、底架中间段32和底架尾部段33由工字钢、槽钢和钢板焊接制成。

所述左端板1、右端板2和加强筋连接板支座10由钢板焊接制成。

大板梁在自重和荷载的作用下会产生下挠变形，为了补偿其下挠，制作时将大板梁制作成有一定上拱度的结构。结合大板梁对中梁20上下翼缘连接法兰平面度精度要求高的结构特点，以中梁20两组H型截面梁的上下翼缘连接法兰为基准，将中梁20制作成无起拱的两组H型截面梁，将上梁19制作成腹板上弦起拱下弦无起拱的腹板不等高的单组π型截面梁，将下梁21制作成腹板上弦无起拱下弦内起拱的腹板不等高的两组H型截面梁。这样处理可以避免因各层梁都起拱造成大板梁连接法兰的拱度弯曲和其上螺栓孔中心线的拱度倾斜，方便结构制作和孔群加工，也利于上下翼缘连接法兰的直线度和平面度精度的保证。特别是大板梁的四组连接法兰平直处理后，使其上的孔群中心线垂直于连接法兰接触面，利于连接法兰孔群的加工和孔群位置度的控制。

使用本发明焊接工装加工电站锅炉钢结构大板梁的加工步骤如下：

1）下料：

腹板下料分一次下料和二次下料。腹板的长度和宽度都比较大，需要进行板块拼接，而钢板的拼接施焊会产生变形和收缩，影响腹板的外形尺寸，所以必须进行二次下料。先根据图纸和技术要求以及原材料的外形尺寸，做出腹板的排板图，腹板上的拼接焊缝应错开筋板、错开孔群。待各块钢板拼接完成后再进行整体下料，称为二次下料。二次下料主要是将预拱数值在板上切割出来，并且切去腹板宽度方向的余量（长度方向的余量在最后所有焊接工作完成后进行）。即（如图2所示）：通过腹板预制拱度的方式，将上梁腹板切割成腹板上弦起拱下弦无起拱的腹板不等高的形状；将中梁腹板切割成腹板上弦、下弦均无起拱的腹板等高的形状；将下梁腹板切割成腹板上弦无起拱下弦内起拱的腹板不等高的形状。腹板宽度方向的切割取料在腹板拼接校平后进行，采用两边同时切割的方式，以减少火焰切割产生的板变形，确保预拱的准确性。下料结束后，在腹板正反两侧由腹板中央向两端标记好各加强筋中心线位置。

连接法兰的长度一般比较长，需要进行板块拼接，而钢板的拼接施焊会产生变形和收缩，影响连接法兰的外形尺寸。再者大板梁各梁存在对接法兰和端法兰，需要对各梁长度预留修正余量，待所有焊接工作完成后对各梁腹板和连接法兰的长度进行二次修正，以保证大板梁各梁长度符合要求，以及各对接法兰和端法兰位置准确且紧密接触。所以连接法兰下料长度需留有二次下料余量，宽度按图纸和技术要求进行标准下料；对接法兰与大板梁各梁腹板及翼缘板焊接时，对接法兰的长度和宽度变化很小，可以将对接法兰长度和宽度按图纸和技术要求进行标准下料；大板梁各梁加强筋、上梁上翼缘板和下梁下翼缘板的长度应根据各梁拱度的变化进行修正，宽度可以按图纸和技术要求进行标准下料；加强筋连接板按图纸和技术要求进行标准下料。

2）打孔：

上梁19、中梁20和下梁21的各连接法兰在组立前，配合使用的组对连接法兰叠放在一起，在数控机床上打孔，并标记连接法兰板宽中心线，即：大板梁各梁连接法兰板腹板位置中心线。各对接法兰25、加强筋连接板23、加强筋24也可按组对叠放方式，在数控机床上进行打孔。数控打孔操作简便、工作量少，钻孔速度快、精度高，易于提高穿孔率。

3）焊接上梁各段：

图10a所示为本发明上梁各段在焊接工装上焊接的整体示意图。

图10b所示为本发明上梁在焊接工装上焊接的截面示意图。

大板梁上梁19各段在本焊接工装上焊接时：首先将上梁19的上梁前段191、上梁中段192和上梁尾段193的下翼缘板（连接法兰）分别与由底架头部段31、底架中间段32和底架尾部段33构成的工装底架3的顶部上各分层法兰支座4通过螺栓连接固定；其次将上梁中段组腹板按照连接法兰板腹板位置中心线标记，于工装中央沿连接法兰长度方向将无拱度的腹板下弦与连接法兰板腹板位置中心线标记贴合，腹板参考左端板1和右端板2中左端板立板12和右端板立板14法兰面上腹板对应位置处的八组矩形凹槽15，使用经纬仪测量，调整腹板整体垂直于连接法兰，并辅以斜撑27两侧点焊固定腹板。待上梁中段192的两组腹板与连接法兰间的垂直度调整完毕后，将连接法兰和腹板下弦点焊初次固定；再次从上梁中段192中央向两端排序，按腹板加强筋中心线标记指示，点焊装配各加强筋，并彻底焊接完毕上梁中段192的各加强筋24与腹板间的焊缝；再次待上梁中段腹板焊接完毕各加强筋，腹板长度焊接收缩结束后，根据上梁中段192两端的两组对接法兰的位置，考虑预留对接法兰与中段腹板焊接时腹板的焊接收缩量，使用经纬仪测量，将上梁中段192两端进行长度切割。将两组螺栓连接的成组对接法兰点焊固定于经修正长度的上梁中段192两端，并彻底焊接完毕上梁中段腹板与对接法兰间的焊缝；再次将上梁前段191和上梁尾段193四组腹板按照连接法兰板腹板位置中心线标记，沿连接法兰长度方向将无拱度的四组腹板下弦与连接法兰板腹板位置中心线标记贴合，四组腹板参考左端板1和右端板2的左端板立板12和右端板立板14法兰面上腹板对应位置处的八组矩形凹槽15，使用经纬仪测量，调整腹板整体垂直于连接法兰，并辅以斜撑27两侧点焊固定腹板。待上梁前段191和上梁尾段193的四组腹板与连接法兰间的垂直度调整完毕，且四组腹板各靠近上梁19中央的一端都分别与已经和上梁中段192两端焊接完毕的螺栓连接的成组对接法兰顶死后，将连接法兰和四组腹板下弦点焊初次固定，并彻底焊接完毕上梁前段191和上梁尾段193四组腹板与对接法兰间的焊缝；再次分别从上梁中段192两端向上梁19端部两侧分头排序，按腹板加强筋中心线标记指示，点焊装配上梁前段191和上梁尾段193的各加强筋，并彻底焊接完毕上梁前段191和上梁尾段193的各加强筋与腹板间的焊缝；再次待上梁前段191和上梁尾段193的四组腹板焊接完毕各加强筋，四组腹板长度焊接收缩结束后，根据上梁19两端端法兰位置，考虑预留端法兰26与四组腹板焊接时腹板的焊接收缩量，使用经纬仪测量，将上梁前段191和上梁尾段193在端法兰位置处进行长度切割。将两组端法兰26分别用螺栓连接固定于工装左端板1和右端板2的左端板立板12和右端板立板14法兰上，使长度切割修正的四组腹板尽可能分别与两组工装固定的端法兰26紧密贴合，并彻底焊接完毕上梁中段腹板与端法兰26间的焊缝；再次将上梁各段的三组上翼缘板分别吊装于上梁各段腹板顶上，靠三组上翼缘板自重或辅以砝码，让三组上翼缘板与上梁各段上起拱的腹板上弦紧密接触。即：腹板上弦朝上正作。从上梁19的中央向两端排序，将三组上翼缘板与上梁各段腹板点焊初固定；最后从上梁19中央向两端排序，尽量上下同时彻底焊接完毕上梁各段腹板上下弦与上梁各段上翼缘板、下连接法兰间的点焊初固定焊缝。到此，拆掉上梁腹板两侧点焊固定腹板的若干斜撑27，将上梁各段从工装上撤下，大板梁上梁19的上梁前段191、上梁中段192和上梁尾段193在本工装装配焊接结束。

4）焊接中梁：

图11a所示为本发明中梁在焊接工装上焊接的整体示意图。

图11b所示为本发明中梁在焊接工装上焊接的截面示意图。

大板梁中梁20在本焊接工装上焊接时：首先将中梁20下翼缘板（连接法兰）与由底架头部段31、底架中间段32和底架尾部段33构成的工装底架3顶部上各分层法兰支座4通过螺栓连接固定；其次将中梁组腹板按照连接法兰板腹板位置中心线标记，沿连接法兰长度方向将无拱度的腹板下弦与连接法兰板腹板位置中心线标记贴合。腹板参考左端板1和右端板2的左端板立板12和右端板立板14板法兰面上腹板对应位置处的八组矩形凹槽15，使用经纬仪测量，调整腹板整体垂直于连接法兰，并辅以斜撑27两侧点焊固定腹板。待中梁20的两组腹板与连接法兰间的垂直度调整完毕后，将连接法兰和腹板下弦点焊初次固定；再次如图11b所示，用若干加强筋连接支座10的支座立板17代替加强筋连接板23，与中梁20的两根H型截面梁两腹板中间的若干加强筋部分螺栓连接成组件，从中梁20中央向两端排序，按腹板加强筋中心线标记指示，点焊装配各加强筋螺栓连接组件，并彻底焊接完毕中梁腹板与各加强筋螺栓连接组件间的焊缝；再次待中梁腹板焊接完毕各加强筋螺栓连接组件，腹板长度焊接收缩结束后，将点焊初固定的双丁字型框架撤下工装，再将中梁上翼缘板（连接法兰）与由底架头部段31、底架中间段32和底架尾部段33构成的工装底架3顶部上各分层法兰支座4通过螺栓连接固定；再次在中梁横截面内将双丁字型框架180°翻转，使已点焊初固定的中梁下翼缘板（连接法兰）朝上，未焊接上翼缘板（连接法兰）的中梁腹板上弦朝下（倒双丁字型），使两组中梁腹板上弦与连接法兰板腹板位置中心线标记贴合。双丁字型框架的两组腹板参考左端板1和右端板2的左端板立板12和右端板立板14法兰面上腹板位置对应处的八组矩形凹槽15，使用经纬仪测量，调整框架两组腹板整体垂直于连接法兰，并辅以斜撑27两侧点焊固定框架两组腹板。待双丁字型框架的两组腹板与连接法兰间的垂直度调整完毕后，将连接法兰和腹板上弦点焊初次固定；再次根据中梁20两端端法兰26位置，考虑预留端法兰与两组腹板焊接时的焊接收缩量，使用经纬仪测量，将中梁20两端进行长度切割。将两组端法兰26分别用螺栓连接固定于工装左端板1和右端板2的左端板立板12和右端板立板14法兰上，使长度切割修正的两组腹板尽可能分别与两组工装固定的端法兰紧密贴合，并彻底焊接完毕中梁腹板与端法兰26间的焊缝；最后从中梁20中央向两端排序，尽量上下同时彻底焊接完毕中梁两组腹板上下弦与中梁上下翼缘板（连接法兰）间的点焊初固定焊缝。到此，拆掉中梁腹板两侧点焊固定腹板的若干斜撑27，将中梁20从工装上撤下，大板梁中梁20在本工装装配焊接结束。

5）焊接下梁：

图12a所示为本发明下梁在焊接工装上焊接的整体示意图。

图12b所示为本发明下梁在焊接工装上焊接的截面示意图。

大板梁下梁21在本焊接工装上焊接时：首先将下梁21上翼缘板（连接法兰）与由底架头部段31、底架中间段32和底架尾部段33构成的工装底架3顶部上各分层法兰支座4通过螺栓连接固定；其次将下梁21两组腹板按照连接法兰板腹板位置中心线标记，沿连接法兰长度方向将无拱度的腹板上弦与连接法兰板腹板位置中心线标记贴合。腹板参考左端板1和右端板2左端板立板12和右端板立板14法兰面上腹板位置对应处的八组矩形凹槽15，使用经纬仪测量，调整腹板整体垂直于连接法兰，并辅以斜撑27两侧点焊固定腹板。待下梁21的两组腹板与连接法兰间的垂直度调整完毕后，将连接法兰和腹板上弦点焊初次固定；再次如图12b所示，用若干加强筋连接支座10的支座立板17代替加强筋连接板23，与下梁21的两根H型截面梁两腹板中间的若干加强筋部分螺栓连接成组件，从下梁21中央向两端排序，按腹板加强筋中心线标记点指示，点焊装配各加强筋螺栓连接组件，并彻底焊接完毕下梁腹板与各加强筋螺栓连接组件间的焊缝；再次待下梁腹板焊接完毕各加强筋螺栓连接组件，腹板长度焊接收缩结束后，根据下梁21两端端法兰26位置，考虑预留端法兰与两组腹板焊接时的焊接收缩量，使用经纬仪测量，将下梁21两端进行长度切割。将两组端法兰26分别用螺栓连接固定于工装左端板1和右端板2左端板立板12和右端板立板14法兰上，使长度切割修正的两组腹板尽可能分别与两组工装固定的端法兰紧密贴合，并彻底焊接完毕下梁腹板与端法兰26间的焊缝；再次将下梁21的下翼缘板吊装于下梁腹板顶上，靠下翼缘板自重或辅以砝码，让下翼缘板与下梁腹板内起拱的下弦紧密接触。即：腹板下弦朝上反作。从下梁21中央向两端排序，将下翼缘板与下梁腹板点焊初固定；最后从下梁21中央向两端排序，尽量上下同时彻底焊接完毕下梁两组腹板上下弦与下梁21上连接法兰、下翼缘板间的点焊初固定焊缝。到此，拆掉下梁腹板两侧点焊固定腹板的若干斜撑27，将下梁21从工装上撤下，大板梁下梁21在本工装装配焊接结束。

6）组装：

如图10a、图11a、图12a和图13所示，大板梁各梁根据各自端法兰位置两端长度切割完毕后，都需要将两组端法兰26分别插入到工装左端板1与各梁左侧腹板间的缝隙以及工装右端板2与各梁右侧腹板间的缝隙中，然后再通过螺栓将两组端法兰分别连接固定于工装左端板1和工装右端板2的左端板立板12和右端板立板14法兰上。为了使长度经切割修正的各梁两组腹板尽可能分别与两组工装固定的端法兰紧密贴合，以减少焊接收缩变形，两组端法兰就必须在狭窄的缝隙中进行插入，操作起来十分困难。端法兰安装时，以左端板1的左端板立板12法兰为定位基准，向右侧移动右端板2，增大端法兰与右端板2的缝隙距离，让端法兰插入安装时能宽松对位，插入安装结束后向左移动右端板2的位置，使长度经切割修正的各梁两组腹板能始终保持与两组工装固定的端法兰紧密贴合。为了实现上述功能，特别在底架尾部段33的右端板连接底座9和右端板2下底板棱边处各设计了两组推动支座7与推动反支座16。如图13所示，推动支座7位于底架尾部段33的右端板连接底座9处，位置相对固定，推动反支座16位于右端板下底板13棱边处，可以随右端板2在右端板下底板13一字平键的限定下实现沿工装横向的小范围移动（移动行程为Δ）。第一螺栓28穿过推动支座7的通孔，旋入推动反支座16的螺纹孔中；第二螺栓29旋入推动反支座16的螺纹孔，丝杆顶端接触推动支座7的立板，顺时针转动第一螺栓28和第二螺栓29，就可以实现推动反支座16（即右端板2）相对于推动支座7（即底架尾部段33）沿方向1或方向2的平移（移动行程为Δ）。为了定位简便，本工装仅在底架尾部段33的右端板连接底座9和右端板下底板13棱边处各设计了两组推动支座7与推动反支座16。当然，也可以根据实际需要，在工装底架头部段31的左端板连接底座8和左端板下底板11棱边处同样设计两组推动支座7与推动反支座16。通过上述类似配合，实现左端板1相对于底架头部段31沿方向1或方向2的平移（移动行程为Δ）。

大板梁各梁在工装装配焊接时，均以底架顶上的若干分层法兰平面为高低竖向基准。尤其是中梁在本工装制作时，因为上下腹板都是连接法兰，都是上梁或下梁的连接基准，都需要以本工装底架顶上的各分层法兰连接平面为高低竖向基准制作，即在本工作制作中梁时，需要二次翻身制作。故制作中梁时需要考虑翻转造成连接法兰左右两组法兰螺栓孔群不对位的情况。而且中梁腹板宽度两侧的连接法兰的螺栓孔群的布置尺寸，受加强筋位置及局部结构的影响，往往不尽相同。所以，在本工装上制作大板梁上、中、下各梁时，需要同时考虑大板梁上下两组连接法兰螺栓孔群的布置尺寸不同，以及中梁二次翻身制作时左右两组连接法兰螺栓孔群不对位的情况。各分层法兰在工装横向的位置布置，正是充分考虑了上述问题，按照大板梁图纸要求，选择都能同时满足上述要求的位置，在本工装底架顶上横向的各相应位置处布置若干分层法兰支座，并使其上螺栓孔位置的布置尺寸也同时满足上述要求。这样处理，不仅满足了大板梁三层双腹叠梁对中梁上下对接法兰对平面度和其上孔群位置度高精度要求的结构特点，也巧妙地结合上梁在本工装上是腹板上弦朝上正作，下梁在本工装上是腹板下弦朝上反作的特殊工位，实现了大板梁各梁通过各法兰整体螺栓连接后，大板梁整体起拱的有效控制。

本发明采用模块活动连接，丁字、十字或一字平键定位，方便拆装，快速定位，便于加工，利于运输，工装中各部件均通过数控机床加工，部件的尺寸、定位面、连接面、孔群的形位公差均符合图纸和技术要求。

本发明上述实施方案，只是举例说明，不是仅有的，所有在本发明范围内或等同本发明的范围内的改变均被本发明包围。

Claims (8)

1.一种电站锅炉钢结构大板梁的焊接工装，包括左端板（1）、右端板（2）、底架（3）和加强筋连接板支座（10），所述底架（3）由底架头部段（31）、底架中间段（32）和底架尾部段（33）依次连接组合构成，左端板（1）和右端板（2）分别固定在底架（3）的两端，其特征在于：所述底架（3）上部设有若干分层法兰支座（4）和支撑块（5），分层法兰支座（4）设置在底架（3）上合适的位置，支撑块（5）设置于分层法兰支座（4）的空档处，所述加强筋连接板支座（10）设置在与加强筋相应位置的底架（3）上，所述底架（3）右端与右端板（2）下底部设有用于横向推动右端板（2）的推动与反推动装置，所述底架（3）的底面分布有若干地脚支座，通过膨胀螺栓连接地面；所述底架头部段（31）的右端侧面设有两组架间连接座I（311），通过十字平键定位；所述底架中间段（32）的两端侧面分别设有两组架间连接座II（321）和架间连接座III（322），通过十字平键定位；所述底架尾部段（33）左端侧面设有两组架间连接座IV（331），通过十字平键定位；所述底架头部段（31）与底架中间段（32）通过架间连接座I（311）和架间连接座II（321）用螺栓连接，底架中间段（32）与底架尾部段（33）通过架间连接座III（322）和架间连接座IV（331）用螺栓连接；所述底架头部段（31）的左端上部设有左端板连接底座（8），通过丁字平键定位，所述底架尾部段（33）右端上部设有右端板连接底座（9），通过一字平键和凸块（6）定位。

2.根据权利要求1所述的电站锅炉钢结构大板梁的焊接工装，其特征在于：所述左端板（1）包括左端板下底板（11）和左端板立板（12），右端板（2）包括右端板下底板（13）、右端板立板（14），所述左端板下底板（11）上设有丁字键槽，左端板（1）通过左端板下底板（11）与底架头部段（31）的左端板连接底座（8）由丁字平键定位，用螺栓连接固定于底架头部段（31）的左端部；所述右端板下底板（13）上设有一字键槽，右端板（2）通过右端板下底板（13）与底架尾部段（33）的右端板连接底座（9）由一字平键定位，由螺栓连接固定于底架尾部段（33）的右端部；所述左端板立板（12）和右端板立板（14）上分布有若干连接螺栓孔，其中心线两侧一段距离的上下棱边处设有四个定位矩形凹槽（15）。

3.根据权利要求1所述的电站锅炉钢结构大板梁的焊接工装，其特征在于：所述推动与反推动装置包括推动支座（7）、推动反支座（16）、第一螺栓（28）和第二螺栓（29），推动支座（7）设置于底架（3）右端的右端板连接底座（9）上，推动反支座（16）设置于右端板（2）的下底部，所述第一螺栓（28）和第二螺栓（29）反向安装，配合一字键横向推动右端板（2）。

4.根据权利要求1所述的电站锅炉钢结构大板梁的焊接工装，其特征在于：所述分层法兰支座（4）在底架（3）各段顶上横向的位置布置。

5.根据权利要求1所述的电站锅炉钢结构大板梁的焊接工装，其特征在于：所述加强筋连接板支座（10）包括支座立板（17）和支座下底板（18），支座立板（17）与支座下底板（18）垂直焊接，所述支座下底板（18）上分布有铰制螺栓孔、与底架（3）相应位置通过螺栓连接；所述支座立板（17）上分布有铰制螺栓孔、与大板梁工件的各加强筋连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的电站锅炉钢结构大板梁的焊接工装，其特征在于：所述底架头部段（31）、底架中间段（32）和底架尾部段（33）由工字钢、槽钢和钢板焊接制成。

7.根据权利要求1-5任一项所述的电站锅炉钢结构大板梁的焊接工装，其特征在于：所述左端板（1）、右端板（2）和加强筋连接板支座（10）由钢板焊接制成。

8.一种使用权利要求1-7任一项所述的电站锅炉钢结构大板梁的焊接工装加工大板梁的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）下料：做出排版图→将上梁腹板切割成腹板上弦起拱下弦无起拱的腹板不等高的形状；将中梁腹板切割成腹板上弦、下弦均无起拱的腹板等高的形状；将下梁腹板切割成腹板上弦无起拱下弦内起拱的腹板不等高的形状→对各腹板长度进行二次修正→连接法兰、对接法兰、加强筋、上梁上翼缘板和下梁下翼缘板按图纸下料；

2）打孔：上梁、中梁和下梁的各连接法兰配合使用的组对连接法兰叠放在一起在数控机床上打孔，并标记连接法兰板宽中心线；各对接法兰、加强筋连接板、加强筋按组对叠放方式在数控机床上进行打孔；

3）焊接上梁各段：将上梁的下翼缘板与底架的分层法兰支座连接固定→多次标记、调整、焊接→拆卸工装；

4）焊接中梁：将中梁下翼缘板与底架上各分层法兰支座通过螺栓连接固定→多次标记、调整、焊接→拆卸工装→翻转180°，再将中梁上翼缘板与底架上各分层法兰支座通过螺栓连接固定→多次标记、调整、焊接→拆卸工装；

5）焊接下梁：将下梁上翼缘板与底架顶部上各分层法兰支座通过螺栓连接固定→多次标记、调整、焊接→拆卸工装；

6）组装：将上梁各段、中梁和下梁进行组装。