鋼閘門焊接變形原因分析及解決方法

衡杰

（中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830）

1.前言

目前，在我國水利建設(shè)項(xiàng)目工程中，鋼閘門已成為水工建筑物的主要成份之一，由于鋼閘門是由鋼板、型鋼、封水裝置、支承裝置、起吊裝置等組合而成的水工金屬結(jié)構(gòu)，在制作焊接過程中易產(chǎn)生不同程度的變形，如操作不規(guī)范，方法不當(dāng)，常常使閘門的變形超出規(guī)范要求，影響使用。如何才能有效的控制焊接變形減少到最低程度，提高閘門的質(zhì)量，是工程技術(shù)人員共同探討的話題。

2.存在問題

以某套閘為例，從對(duì)閘門的檢測情況來看，閘門面板整體較平直，但局部變形較大，不盡人意。規(guī)范要求：板厚δ≤10mm則允許局部變形應(yīng)≤6mm,而10mm<δ≤16mm的板,局部變形應(yīng)不大于5mm。然而現(xiàn)場檢測時(shí)發(fā)現(xiàn),門體面板的不平度局部達(dá)到8mm左右,呈波浪形,見圖（1）。這樣不但影響了閘門的整體美觀，而且也影響了其止水功能，目前的施工工藝，往往都經(jīng)過幾次噴火整平，既延長了制作周期，甚至?xí)档徒Y(jié)構(gòu)的承載能力。

圖1 鋼閘門面板變形

3.原因分析

3.1.焊接變形。閘門面板不平順，局部超標(biāo)的原因，我們認(rèn)為主要是由焊接變形引起的。焊接是一種局部加熱的工藝過程。焊接時(shí)，在焊接區(qū)附近產(chǎn)生不均勻的溫度場，工件因溫度升高而膨脹，繼而冷卻產(chǎn)生收縮。這種變化，由于接頭附近復(fù)雜的約束力，在大多數(shù)情況下，不能隨著溫度的變化而自由膨脹和收縮。因此，在焊后冷卻過程中，因焊接加熱到壓縮塑性變形部位，由于不能自由收縮而受到拉伸，這樣在工件內(nèi)部產(chǎn)生不均勻的內(nèi)應(yīng)力，使工件產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和焊接變形。這種在焊接熱循環(huán)過程中，焊接區(qū)附近的母材產(chǎn)生塑性變化是產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的主要原因。另外，在熔化金屬凝固時(shí)，母材的熱膨脹產(chǎn)生收縮和塑性應(yīng)變，也是形成焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的原因。

焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的大小，一方面取決于材料的線膨脹系數(shù)、屈服極限、比熱和密度等材料性質(zhì)，另一方面還取決于工件的形狀、尺寸和焊接工藝。由此可見，閘門面板的質(zhì)量控制，也就是焊接變形的質(zhì)量控制。鋼閘門構(gòu)件焊接以后，一般都會(huì)發(fā)生變形，形態(tài)非常復(fù)雜，焊接變形不僅影響結(jié)構(gòu)的尺寸精度和外觀，而且會(huì)降低結(jié)構(gòu)的承載能力。

3.2.焊接變形類型。焊接變形大致可分為下列幾種：縱向變形、橫向變形、回轉(zhuǎn)變形、彎曲變形、角變形、波浪變形和扭曲變形。我們認(rèn)為造成閘門面板變形的主要是彎曲變形和角變形。

3.2.1.彎曲變形。當(dāng)焊縫不在構(gòu)件截面中性軸上時(shí)，無論是縱向收縮，還是橫向收縮，都會(huì)引起彎曲變形，見圖（2）。

圖2 彎曲變形

3.2.2.角變形。對(duì)接焊縫和角接T型焊縫都可能產(chǎn)生角變形。它是由橫向收縮變形在厚度方向上的不均勻分布引起的。對(duì)接接頭的角變形與坡口角度、焊接工藝等因素密切相關(guān)。坡口角度越大，角變形越大。角接接頭的角變形與焊縫的焊角高度和板厚有關(guān)。焊角高度越大，角變形越大，因此，控制焊角高度大為重要。角變形見圖（3）。

圖3 角變形

4.解決方法

4.1.設(shè)計(jì)措施

1)選用合理的焊縫尺寸和形狀。在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，盡量采用小的焊縫尺寸。

2）盡可能地減少焊縫的數(shù)量，以減小焊接變形。

3）合理地安排焊縫位置。只要結(jié)構(gòu)上允許#應(yīng)盡可能使焊縫對(duì)稱于構(gòu)件截面的中性軸或接近中性軸。

4.2.工藝措施

4.2.1.剛性固定法。剛性固定法就是將構(gòu)件加以固定來限制焊接變形。見圖（4）。

4.2.2.反變形法。它是生產(chǎn)中最常用的方法，在裝配時(shí)給予一個(gè)相反的變形，使之與焊接變形相抵消，焊后的構(gòu)件能保持設(shè)計(jì)的要求。反變形的大小，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)來確定。

4.2.3.改進(jìn)焊接方法。選用熱源比較集中的焊接方法可以減少焊接變形。例如采用CO2氣保焊來代替手工電弧焊,可以減少變形。選擇合理的焊接順序不僅能減少焊接變形，而且能減少焊接內(nèi)應(yīng)力。焊接順序遵循的原則是先焊對(duì)接縫，后焊角接縫。見圖5。

圖4 剛性固定法

閘門拼裝合攏縫的焊接順序

圖5 焊接順序(按圖中數(shù)字順序)

結(jié)語。在鋼閘門制造焊接過程中，由于鋼材的特殊性能，易產(chǎn)生不同程度變形，這就需要技術(shù)人員在制作鋼閘門焊接過程中，按照規(guī)范要求選擇合理的焊接方法，使焊接變形降低到最低范圍，從而使閘門的質(zhì)量達(dá)到預(yù)期的理想效果。

[1]徐海娜.平面鋼閘門焊接變形的控制.焊接技術(shù)，2006.05.

[2]周海泉.淺談平面鋼閘門制造工藝焊接變形的控制方法.江西水利科技，2005.03.