沙陀水電站升船機上下閘首工作門門葉制作關(guān)鍵技術(shù)

李 友 明， 黃 猛

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

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沙陀水電站升船機上下閘首工作門門葉制作關(guān)鍵技術(shù)

李 友 明， 黃 猛

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

貴州沙陀水電站500t升船機上下閘首工作門為U形大門帶臥倒小門的平板門，是升船機上下游的擋水設(shè)備，過船時船箱通過其與上下游水域?qū)?。介紹了上下閘首門的結(jié)構(gòu)特點與采取的主要工藝技術(shù)措施，可為同類構(gòu)件制作提供借鑒。

升船機；閘首；拼焊；預(yù)拼裝；實驗；沙陀水電站

1 概 述

貴州沙陀水電站500t級升船機上下閘首工作門為U形大門帶臥倒小門的平板門結(jié)構(gòu)形式。門葉尺寸大，外形尺寸為3 420mm(厚)×19 600mm(寬)×18 100mm(長)。門葉分6節(jié)，其第1至3節(jié)節(jié)間為連接板高強螺栓連接形式，第3節(jié)至第6節(jié)節(jié)間為焊接形式。

門葉所用主要材料為Q345B+1Cr18Ni9Ti，重量大，總重量約為320t，最重一節(jié)門葉為62.3t。雙面板結(jié)構(gòu)，邊梁處焊縫布置多且隔板與隔板之間的距離較大(達3.1m)，隔板間連接筋較少，門葉整體鋼性不是很好，在第1，2，3節(jié)門葉面板上需貼焊大面積的1Cr18Ni9Ti材質(zhì)密封框止水板，從而導(dǎo)致焊接變形控制難度大，對過程控制要求高，閘首工作門結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 閘首工作門主視圖

2 閘門特點與難點分析

閘門制作按照 《水電水利工程鋼閘門制造、安裝及驗收規(guī)范》(DL/T5018-2004)及思林水電站升船機技術(shù)要求執(zhí)行

2.1 主要技術(shù)指標

(1)U型門兩邊梁中心距偏差為±5mm。U型門第1，2，3節(jié)節(jié)間板結(jié)合面平面度≤0.5mm。

(2)U型門所有支承行走滾輪應(yīng)在同一平面內(nèi)，平面度誤差不大于1mm。

(3)U形門門葉側(cè)止水座面平面度≤2mm。密封框止水座面平面度≤3mm。

(4)U型大門兩鎖定軸中心距閘門中心線的距離偏差≤1mm。

(5)U形門與臥倒門在同一斷面上，主滑塊工作面與止水工作面的距離允許偏差為±1.5mm。

(6)U型門門葉吊耳孔縱、橫向中心線的距離允許偏差為±2mm，軸孔同軸度偏 差 不 大 于

0.5mm，其傾斜度應(yīng)不大于1/1 000。

(7)U型門兩啟閉點及兩支鉸的中心距偏差不大于2mm。臥倒門安裝后支絞軸應(yīng)同軸，同軸度偏差不大于0.5mm。

(8)臥倒門所有主滑塊以止水座面為基準進行調(diào)整，工作面應(yīng)在同一平面內(nèi)，其平面度允許公差≤1mm。

2.2 制作難點分析

(1)U形門葉1，2，3節(jié)節(jié)間的連接主要靠連接板螺栓連接，連接板面 積 較 大，達 到3.3m×

3.4m且其背后無加強筋，而圖紙要求連接板連接面的平面度≤0.5mm，既要保證間隙要求，又要保證連接板螺栓孔不錯位，故難度極大。

(2)由于門葉結(jié)構(gòu)尺寸大，結(jié)構(gòu)形式又不對稱，邊梁位置焊縫集中且全部為全熔透焊縫，正常拼裝后會形成一個密閉的箱體，在鋼性較差的情況下，對焊接控制要求較高。

(3) 第1，2，3節(jié)面板需大面積貼焊不銹鋼材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti的密封框止水板，尺寸為14 820mm(長)×8 750mm(寬)×5mm(高)，密封框止水板的粗糙度為3.2，經(jīng)加工后達到該要求。如何保證不銹鋼板能順利地加工成為制作成功的關(guān)鍵。

(4)U形門葉中各座板面的平面度要求較高。為保證平面度要求，減小構(gòu)件節(jié)間錯位，最大程度地減小制作工期，劃線拼焊方式的選擇至關(guān)重要。

(5 )臥倒門結(jié)構(gòu)同樣存在鋼性差的特點且面板只有10mm厚，焊接變形大，對焊接收縮量的預(yù)留值與焊接變形控制提出了高要求。

3 采取的制作工藝措施

上下閘首門廠內(nèi)制造需經(jīng)備料、部件組拼、機加工、廠內(nèi)整體預(yù)拼裝與臥倒門動作實驗等階段，制造工序多，過程長。制作前，須進行總體技術(shù)工藝方案規(guī)劃，分解與明確各階段控制重點與工藝措施，確保最終交貨滿足合同技術(shù)條款和規(guī)范要求。通過仔細分析與研究，制定出合理的工藝方案并在生產(chǎn)制造過程中實行全過程質(zhì)量控制。

3.1 下料階段控制

焊接收縮量預(yù)留值的多少是保證構(gòu)件拼焊后尺寸的關(guān)鍵，在下料階段就應(yīng)嚴格控制。門葉結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵零件之一為主梁腹板。根據(jù)U形門門體結(jié)構(gòu)特點，主梁腹板長度為18 600mm，經(jīng)經(jīng)驗與計算核定，對于主梁腹板的下料尺寸按+0.6‰下料，長度方向焊接收縮量為10mm，同時嚴格控制下料零件的長寬與對角線尺寸誤差≤2mm。

臥倒小門的面板厚度為10mm。根據(jù)經(jīng)驗，10mm的鋼板焊接收縮較多，同時，臥倒門中邊梁處的焊縫較多，主梁間距與隔板間距較大，門葉整體剛性不是很好，故焊接變形大。零件下料時應(yīng)考慮二次焊接收縮量，即焊接收縮量與修校收縮量。在考慮焊接收縮量的預(yù)留值時，不能再按常規(guī)1‰預(yù)留，經(jīng)綜合考慮，按2‰的余量進行預(yù)留?？紤]到臥倒門中主梁腹板長度為125 80mm，故在下料時按+24mm焊接收縮量下料。

3.2 拼焊控制

3.2.1U形門門體拼裝順序及尺寸控制

為控制構(gòu)件質(zhì)量，應(yīng)盡可能地將各個工序分解，小拼焊成單個構(gòu)件后再組拼在一起。傳統(tǒng)的主梁、邊梁小拼只拼焊成丁字梁或工字梁以使其能過校直機修校，考慮到邊梁上的筋板較多，特別是第3節(jié)門葉的邊梁還布置有大門鎖定吊耳板且焊縫要求為全熔透焊縫，焊接量大、造成焊接收縮較多，如果在中拼時再進行焊接，容易造成上下節(jié)邊梁節(jié)間、板間隙超標，變形不易控制，故在邊梁小拼焊時將筋板、吊耳板等預(yù)先參與拼焊，從而有效地預(yù)防了中拼的焊接變形。

U形門葉組拼時以上游面板為底平面，采取6節(jié)門葉整體放樣拼焊，嚴格控制放樣矩形的對角線≤2mm，同時，在拼裝下游面板時需檢測門體的厚度，保證門體下游面板的平面度≤2mm。

3.2.2U形門門體第1，2，3節(jié)節(jié)間控制

針對高要求的第1，2，3節(jié)節(jié)間板間隙并防止節(jié)間高強螺栓孔錯位的要求，采用配焊+擴孔方法予以解決。具體為各節(jié)間板預(yù)開制單V45°/2mm鈍邊坡口，坡口朝向門葉兩側(cè)，即坡口面背靠背結(jié)合，可使節(jié)間焊縫焊完之后保持平整，不會干涉節(jié)間的組合，同時達到拆解前多焊接的目的，防止了拆解后過多的焊接影響構(gòu)件質(zhì)量。第1，2節(jié)門葉拼焊時不拆解，整體翻身焊接，以達到減小變形的目的。焊接時，先焊接第3節(jié)門葉節(jié)間連接板，第2節(jié)與第3節(jié)配焊的節(jié)間連接板暫不焊接，待第一次組拼劃線時配焊。在門葉預(yù)拼裝時對節(jié)間間隙進行檢查，除中間軟邊局部間隙達到1.5mm外(中間軟邊可用工裝卡子卡嚴)，其余貼合面的間隙均在0.5mm之內(nèi)。

對于節(jié)間高強螺栓連接孔，圖紙標注為φ21孔，采取將兩件節(jié)間連接板預(yù)先點焊在一起、然后預(yù)鉆孔的方式，預(yù)鉆孔徑為17mm。在門葉廠內(nèi)預(yù)拼裝，各節(jié)門葉調(diào)整合格后再擴孔至φ21，該工藝措施的實施保證了節(jié)間板連接螺栓孔不錯位。U型門節(jié)間連接板型式見圖2。

3.2.3U形門門葉焊接控制

門葉拼裝后形成一個密閉的箱體，造成第3節(jié)與第4節(jié)門葉焊接時的焊接煙塵無法排除，為此，對第1，2節(jié)門葉加固完成后將其移開再進行剩余門葉的焊接。

圖2 U型門第1，2，3節(jié)門葉節(jié)間連接板示意圖

焊接要求：挑選具有一、二類焊接資質(zhì)的焊工，安排偶數(shù)對稱焊接，從中間往兩端分段退焊，實行多層多道焊接。由于門葉厚度達到3.4m，因此，所有立焊分3段，先中段，再下段，最后上段施焊。焊前加固，對隔板實施立焊，單面焊完且仰焊加固后方可翻身進行余下焊縫的焊接。第6節(jié)門葉主梁為箱梁，主梁前翼板預(yù)先鉆有塞焊孔，為保證主梁前翼板與門葉面板貼嚴，先焊接主梁前翼與面板的塞焊孔，再進行其余焊縫的焊接。

在門葉焊接中充分利用CO2氣保焊能量密度高的特點，采用CO2氣保焊進行焊接。立焊電流為150～200A，電壓為21～23V，平焊焊接電流為210～250A，電壓為25～27V。

實踐證明：在焊接過程中采取以上工藝措施減小焊接變形是非常有效的，同時，在焊接過程中隨時監(jiān)控構(gòu)件的變形情況，發(fā)現(xiàn)異常情況及時進行處理，避免了焊接后的尺寸誤差超出控制要求的范圍。

3.2.4U形門門葉止水與滑塊等座板的拼焊

U型門中水封、支撐行走、反向滑塊、密封框止水等座板的平面度與粗糙度通過加工的方式達到要求。雖然在單節(jié)門葉拼焊時采取了嚴格的控制措施，但每節(jié)門葉的變形與收縮亦不能完全一致，因此，必須提供一個統(tǒng)一的基準并按此加工，方能保證門葉節(jié)間的錯位與所有座板加工后均在規(guī)范要求的范圍內(nèi)。因此，要求將所有的門葉組合在一起畫加工線。但止水、滑塊等座板何時拼裝卻關(guān)系到能否順利地畫出加工線。因加工面較多并綜合考慮質(zhì)量與工期要求，最終采取了在單節(jié)門葉修校好之后暫時不拼焊水封、密封框止水板等座板，待門葉第一次整體組拼時畫線拼焊的方式。各座板之間的關(guān)系見圖3。

U型門中6節(jié)門葉第一次組拼時預(yù)先搭好了工裝，工裝高度要求為1.2m以上操作者方能正常操作。工裝搭設(shè)時，應(yīng)預(yù)先考慮到門葉加工完后廠內(nèi)交驗的狀態(tài)為水封座板朝上，故工裝寬度尺寸以不干涉?zhèn)容喌脑嚻礊橐?。水封座板、反向滑塊體積小、重量輕，仰著即能拼裝，而密封框止水板體積大、重量重，其只能正面拼裝，故第一次組拼狀態(tài)與交付驗收的狀態(tài)恰恰相反，為密封框止水板朝上，水封座板朝下的狀態(tài)。對于U型門中與臥倒門連接的止水座板先不拼裝，待檢測記錄好對應(yīng)處的面板直線度、其余座板焊接完、畫完加工線之后再翻身單獨拼焊。因第3節(jié)門葉有大面積的不銹鋼密封框止水板，因此，在焊接完座板后需單獨復(fù)測。以上措施有效地保證了構(gòu)件的各項尺寸要求，加快了制作進度。

圖3 閘首工作門俯視圖

3.2.5U形門密封框止水板加工前的控制措施

U型門中第1，2，3節(jié)面板上需大面積貼焊不銹鋼材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti的密封框止水板，面積約為41m2，工藝板厚度為10mm，設(shè)計理論厚度為5mm。如此大面積的不銹鋼、板厚又較薄的情況下加工時極易出現(xiàn)以下問題：加工后的平面度超差或鋼板被加工穿。為能正常進行加工，采取了以下控制措施：

(1) 嚴格控制密封框止水板下面板的平面度在3mm范圍內(nèi)，同時面板不允許下?lián)希?/p>

(2) 針對構(gòu)件剛性較差的情況，拼裝密封框止水板前，在相對應(yīng)的面板適當位置增加工字鋼支撐以增加構(gòu)件的剛性；

(3) 考慮到上下閘首門的實際情況，適當增加塞焊孔的數(shù)量，由傳統(tǒng)的250mm間距鉆一個塞焊孔減小到125mm間距，防止加工時出現(xiàn)倒吸現(xiàn)象；

(4) 加工時采用水冷措施，以降低加工過程中密封框止水板的熱變形。

經(jīng)過采取以上四項措施，保證了加工過程的順利進行，構(gòu)件達到了圖紙尺寸及精度要求。

3.3 臥倒門的拼焊控制

臥倒門拼裝時同樣采取整體放樣拼焊，同時針對門葉鋼性差的情況分別對節(jié)間與底水封座板處采取工字鋼加固的措施。在嚴格控制焊接變形的同時預(yù)留了一側(cè)的邊梁腹板先不焊接，在門葉其余焊縫焊接完成后，再檢測門葉尺寸及變形情況，經(jīng)過修校、調(diào)整合格后再決定是否焊接另一側(cè)邊梁焊縫。經(jīng)過采取以上措施，保證了門葉的各項尺寸在技術(shù)要求范圍內(nèi)。

4 閘門廠內(nèi)預(yù)拼裝

為確保上下閘首門結(jié)構(gòu)與設(shè)備組裝后能夠滿足設(shè)計與運行要求，上下閘首門需在廠內(nèi)進行結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝和設(shè)備組裝，以檢查各部件的形狀、位置、性能是否滿足設(shè)計要求，各部件的連接是否正確、可靠并進行相應(yīng)的檢驗與實驗。

上下閘首門廠內(nèi)預(yù)拼裝同樣在先前第一次組拼的工裝上進行，狀態(tài)為水封座板朝上，密封框止水板朝下。預(yù)拼裝的主要程序與步驟如下：

(1) 從第6節(jié)門葉開始，依次擺好U型門葉，待檢測各項數(shù)據(jù)符合技術(shù)要求后配鉆水封壓板孔后試配支撐行走主輪、側(cè)輪等裝置。

(2) 組裝大門鎖定裝置，保證鉸鏈轉(zhuǎn)動靈活，無卡阻現(xiàn)象。

(3) 組裝臥倒門液壓油缸，對臥倒門進行動作實驗。實驗過程中，要求油缸伸縮平穩(wěn)，小門兩側(cè)油缸伸出距離需達到同步要求。

(4)進行閘門翻轉(zhuǎn)實驗，現(xiàn)場檢測達到了設(shè)計要求。臥倒門翻轉(zhuǎn)情況見圖4。

圖4 臥倒門翻轉(zhuǎn)示意圖

5 結(jié) 語

沙陀水電站升船機上下閘首門的成功制作，標志著中國水電七局公司制造能力的提升，為同類構(gòu)件的制作積累了經(jīng)驗。

[1] DL/T5018-2004， 水電水利工程鋼閘門制造、安裝及驗收規(guī)范[S].

[2] 陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-10-28

TV7;TV547;TV

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1001-2184(2016)06-0045-04

李友明(1983-)，男，四川德陽人，助理工程師，學(xué)士，從事水利水電工程機械生產(chǎn)技術(shù)與管理工作；

黃 猛(1972-)，男，四川廣漢人，金結(jié)分廠副廠長，高級技師 ，從事金結(jié)分廠生產(chǎn)技術(shù)與管理工作.