黃山市新安江鋼壩閘拐臂及底軸管制造工藝淺析

□王孝虎（安徽水利開發(fā)股份有限公司）

黃山市新安江鋼壩閘拐臂及底軸管制造工藝淺析

□王孝虎（安徽水利開發(fā)股份有限公司）

黃山市新安江鋼壩閘是目前國內(nèi)總跨度最大的鋼壩閘，全長257m。鋼壩閘是近年來逐漸興起的一種新型景觀閘，因其具有閘門開度無級可調(diào)、操作方便、啟閉靈活、方便調(diào)度、工作隱蔽利于形成城市景觀的特點，越來越多地用于城市水利樞紐。鋼壩閘閘門為平板鋼閘門，采用底軸驅(qū)動的方式，閘門在開啟狀態(tài)時，水流流過閘門可形成瀑布景觀。鋼壩閘的拐臂和底軸管作為主要受力構(gòu)件之一，結(jié)構(gòu)、工藝復(fù)雜，是制造過程中的技術(shù)難點。文章著重介紹拐臂和底軸管的制造工藝，以期對同行有所幫助。

拐臂；底軸管；焊接；消應(yīng)處理；機加工

一、概述

黃山市新安江中心城區(qū)延伸段湖邊樞紐工程位于中心城區(qū)已建翻板壩下游2.85km處，樞紐由鋼壩閘、垂直升降式船閘及水電站三部分組成，其中鋼壩閘全長257m，共五孔，每孔凈寬42.6m，活動壩高4.8m。鋼壩閘采用底軸驅(qū)動的方式，主要由門葉、底軸管、拐臂、軸承及軸承座等組成，閘門葉外形尺寸為寬42.6m×高4.8m，拐臂外形尺寸為長5200mm×寬2200mm×高740mm，底軸管分4節(jié)，由直徑為φ1500mm的兩根短管和兩根長管組成，長度分別為980mm和22890mm。門葉通過焊接到閘門縱梁上的底弧板和底軸管螺栓緊固連接，底軸管兩端和拐臂連接，通過液壓啟閉機工作帶動拐臂運動，驅(qū)動底軸管旋轉(zhuǎn)從而完成閘門的啟閉工作。

二、拐臂制造工藝

（一）工藝分析

拐臂為箱形結(jié)構(gòu)，由面板、腹板、鎖定吊耳板組成，總重量20.13t，拐臂通過吊軸與液壓啟閉機連接，通過連接軸、法蘭和高強螺栓與底軸管連接。面板與法蘭的螺栓孔配鉆鉸制內(nèi)鑲抗剪套，面板和法蘭接觸面需精加工，面板厚度為120mm。腹板厚度為100mm，由一個圓弧段和兩個直線段組成，其對接焊縫及其與面板之間的角焊縫均為一類焊縫。因設(shè)計圖紙對拐臂上下軸孔同心度、同軸度、中心距以及26個鉸制螺栓孔尺寸偏差都有較高的要求，同時厚板焊接存在較大的內(nèi)應(yīng)力和變形，故如何控制以上關(guān)鍵是幾何尺寸的精度。如何保證焊接質(zhì)量和控制焊接變形是制造過程中的關(guān)鍵，如果采用整體拼裝焊接后再用大型銑床、鏜床加工的工藝，勢必大大增加成本，本方案結(jié)合公司自有設(shè)備情況，制定相應(yīng)的工藝流程。

（二）工藝流程

1.施工準(zhǔn)備

本構(gòu)件存在厚板焊接，焊接坡口按《水利水電鋼閘門制造及安裝規(guī)范》（DL/T5018-2004）的要求制作，焊接前進行焊接工藝評定試驗，制定焊接工藝指導(dǎo)書。

2.材料

設(shè)計腹板為δ100mm鋼板、面板為δ120mm鋼板。為了保證面板和法蘭貼緊，下料后對拐臂面板用銑床進行加工，保證面板不平度＜1.0mm，考慮加工余量，面板選用δ125mm鋼板。為減少材料損耗，所有材料經(jīng)計算后，均采用定長定寬鋼板。

3.腹板制作

腹板分三節(jié)制造，兩段直節(jié)、一段弧形。為了保證焊接質(zhì)量，便于層層焊道間焊渣、灰塵等雜物的清理，保證焊工一次性施焊成功，采用XBJ-12m銑邊機制造工藝坡口，坡口形式為雙邊J形，留2mm鈍邊；弧段采用卷板機卷制并進行熱處理。

4.面板和法蘭制作

采用數(shù)控切割機下料，將面板和法蘭先單面進行機加工，使其不平度誤差＜1mm，然后點焊在一起采用數(shù)控鏜床對上下軸孔和26個螺栓孔（φ110mm）進行配鏜加工，這樣既保證了上下軸孔中心距也保證了同心度。內(nèi)圈10個螺栓孔加工尺寸偏差為0～-35μm，外圈16個螺栓孔加工尺寸偏差為0～+35μm，鏜孔后采用鉸刀配鉸到設(shè)計偏差，以滿足和抗剪套（材質(zhì)40Cr）的裝配要求。

5.焊接方法

為了保證上下面板軸孔同軸度，采用焊接時裝配假軸的工藝措施保證；并且在上下面板之間搭設(shè)臨時支撐，溫度低于0℃時，焊前對焊縫周圍進行預(yù)熱，焊后在箱體內(nèi)放置4臺小太陽電熱扇保溫。采用CO2氣體保護焊，焊接時先段焊組拼，然后從弧段腹板中間向兩邊直段腹板施焊，焊接過程中仔細清理層層焊道內(nèi)的焊渣，并注意觀察有無氣孔，如有，及時用碳弧氣刨處理，嚴格按焊接工藝指導(dǎo)書要求進行焊接。

6.減少焊接殘余應(yīng)力工藝

由于構(gòu)件采用超厚板焊接且是箱形結(jié)構(gòu)，在焊接過程中工件內(nèi)部產(chǎn)生大量殘余應(yīng)力，對工件長期穩(wěn)定性造成不利影響，因此應(yīng)采取措施有效減少焊接殘余應(yīng)力。根據(jù)類似工程成功經(jīng)驗，采用振動時效工藝進行消應(yīng)處理。

三、底軸管制造工藝

（一）工藝分析

底軸管分為長短兩種，長軸長22890mm，短軸長980mm，直徑φ1500mm。底軸管為焊接件，為節(jié)約投資，長軸根據(jù)受力大小，采用80mm90mm100mm三種不同厚度的鋼板斷面，其環(huán)縫和縱縫均要求一類焊縫；短軸采用100mm厚度斷面。因鋼板較厚，焊縫集中，焊接應(yīng)力較大，需要消應(yīng)處理。長短底軸管均需裝配軸承座，為安裝方便，在軸承座安裝位置采用貼焊不銹鋼板的方法預(yù)留凸臺。長軸設(shè)封水座板，封水座板處采用貼焊3mm不銹鋼板，長軸與閘門連接底弧板孔數(shù)較多，且為盲螺栓孔，需配鉆后攻絲；短軸沒有封水座板和螺栓孔。根據(jù)以上特點，考慮每邊10mm的加工余量，短軸選用120mm的鋼板卷制，長軸選用100mm110mm120mm的鋼板卷制，整體拼焊后整體退火消應(yīng)。加工設(shè)備選用CK61250×24車床，管外徑加工至設(shè)計尺寸后，貼焊不銹鋼，然后再整體加工至設(shè)計尺寸，最后進行長軸配鉆攻絲。

（二）工藝流程

1.施工準(zhǔn)備

根據(jù)構(gòu)件特點，編制施工工藝，進行焊接工藝評定，編制焊接指導(dǎo)書。按施工工藝要求采購材料，其中主材選用定尺鋼板。

2.焊接

鋼管的環(huán)縫、縱縫均為一類焊縫，分節(jié)處坡口均按焊接工藝指導(dǎo)書要求機加工成雙面J形坡口。為了保證焊接質(zhì)量和效率，環(huán)縫、縱縫均采用搖臂式埋弧自動焊機焊接，焊接完成后經(jīng)無損探傷檢測，對局部存在缺陷的地方，進行處理并復(fù)檢合格。

3.消應(yīng)處理

由于底軸管尺寸超長，焊縫環(huán)縱交錯，經(jīng)方案比較論證后采取整體退火工藝進行內(nèi)部殘余應(yīng)力消除處理。退火工藝：退火溫度600℃左右，入爐時爐內(nèi)溫度低于300℃，加熱速度≤220×25/δmax℃/h，保溫時間按每毫米 2～2.5min，且≥30min，保溫時各部溫差不得超過50℃，冷卻速度不超過260×25/δmax℃/h，爐溫降至300℃以下出爐空冷。

4.機加工

底軸管成形外徑為φ1500d10mm，加工后須保證直線度誤差≤5mm，采用CK61250×24車床，加工后經(jīng)檢測直線度≤2mm。在鋼管粗加工好后，底軸管不下車床，在底軸管表面軸承座部位和閘門與底軸接觸封水部位采用梅花孔布置法貼焊δ=5mm不銹鋼，貼焊嚴實后，繼續(xù)用車床對貼焊的不銹鋼板外圈加工至設(shè)計尺寸φ1506d8mm。

5.鉆孔、攻絲

由于底軸管是圓形且尺寸較長，單個鉆孔后再移動設(shè)備，必將耗時耗力，因此采用加工作業(yè)流水線的方式。在地面鋪設(shè)軌道，制作一架手電兩用可移動平臺，將鉆床架設(shè)在平臺上，構(gòu)成長距離移動式鉆床；將底軸管安裝在4個由小滾輪制成的支撐架上，將卷制好的底弧板劃線點焊固定在底軸管上；這樣就可實現(xiàn)利用移動鉆床配鉆一排光孔后，然后利用門機吊轉(zhuǎn)或者用手拉葫蘆即可轉(zhuǎn)動底軸管鉆打下一排光孔，螺栓孔采用機鉸的方法加工，與光孔加工流水作業(yè)。

四、經(jīng)驗與總結(jié)

一是本工程根據(jù)拐臂和底軸管不同的特點，采用了不同的消應(yīng)方式，保證了質(zhì)量，節(jié)約了投資，加快了工程進度；二是經(jīng)過多方論證、選用合適的加工設(shè)備以及采用合適的加工工藝流程，是保證工程質(zhì)量和節(jié)約成本的重要方法之一；三是專家論證的重要性。本工程的設(shè)計創(chuàng)多項國內(nèi)首創(chuàng)，沒有經(jīng)驗借鑒，在圖紙設(shè)計完成后，組織專家進行論證，減小了加工工藝的難度，并大大節(jié)約了投資。如底軸管原設(shè)計為整體鍍鉻，經(jīng)專家論證后改為貼焊不銹鋼板，僅此一項就節(jié)約投資300多萬元。

2010-06-17