水工閘門控制焊接變形技術(shù)的措施研究

普寶章

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650000）

水工閘門控制焊接變形技術(shù)的措施研究

普寶章

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650000）

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，我國水利水電事業(yè)也不斷向前推進(jìn)。水利水電工程的建設(shè)離不開水工閘門的制作，按照制作材料進(jìn)行分類，主要可將水工閘門分為鋼閘門、鋼筋混凝土閘門以及鑄造閘門等。通常情況下，鋼閘門在水利水電工程中的應(yīng)用比較廣泛，大多數(shù)鋼閘門都是采用焊接工藝制作的，這就要求制作人員掌握熟練的焊接工藝，并采取有效的措施控制焊接變形問題。文章就針對控制焊接變形技術(shù)的相關(guān)措施進(jìn)行了分析和研究，以供參考。

控制；焊接變形技術(shù)；措施

眾所周知，我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展、人們生活水平的提升，與水利工程建設(shè)質(zhì)量息息相關(guān)。為了保證水利工程的綜合質(zhì)量，就必須注重水工閘門的選擇及制作安裝環(huán)節(jié)。焊接結(jié)構(gòu)的閘門，在水利水電工程中的應(yīng)用范圍最為廣泛，其使用壽命也比較長，但是在焊接過程中很容易出現(xiàn)變形問題，對水利工程的正常運(yùn)行造成了影響。因此，施工人員必須進(jìn)一步提升焊接技術(shù)水準(zhǔn)，控制焊接過程中產(chǎn)生的焊接應(yīng)力，最大限度避免焊接變形問題的出現(xiàn)，進(jìn)而確保水工閘門的質(zhì)量。

1 焊接變形問題出現(xiàn)的原因

（1）單個(gè)構(gòu)件的制作工藝不過關(guān)。水工閘門中包含許多單個(gè)構(gòu)件，若這些單個(gè)構(gòu)件的制作工藝不過關(guān)，則很可能導(dǎo)致水工閘門在焊接時(shí)出現(xiàn)變形。按照制作要求，水工閘門的單個(gè)構(gòu)件在組裝的時(shí)候，必須保證留出一定的間隙。但是有些技術(shù)操作人員，由于自身專業(yè)知識的欠缺，在組裝單個(gè)構(gòu)件的過程中要么間隙過大，要么間隙過小，導(dǎo)致焊接變形問題的出現(xiàn)。一旦出現(xiàn)焊接變形，不僅會影響到單個(gè)構(gòu)件自身的尺寸大小，還會對門葉的總體安裝質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，進(jìn)而影響閘門的使用功能和減少使用壽命。除了單個(gè)構(gòu)件之間的間隙不合理會導(dǎo)致焊接變形外，單個(gè)構(gòu)件頂部的坡口形狀也會對焊接變形產(chǎn)生一定的影響。

（2）門葉的整體焊接質(zhì)量偏低。水工閘門的各部分質(zhì)量，都會對其整體焊接質(zhì)量產(chǎn)生一定地影響。從當(dāng)前的現(xiàn)狀來看，門葉的整體焊接質(zhì)量偏低，是造成焊接變形問題出現(xiàn)的一大主要原因。門葉的焊接是水工閘門制作的重要工序之一，在該工序中，施工監(jiān)理人員必須有效控制焊接施工人員數(shù)量及素質(zhì)、焊接必要工藝技術(shù)、焊接基本流程等。但是，一些監(jiān)督管理人員往往在工作中疏于職守，導(dǎo)致門葉焊接過程中出現(xiàn)各種不必要的問題，進(jìn)而致使焊接變形的出現(xiàn)。

（3）門葉拼裝誤差偏大。門葉的拼裝是水工閘門制作的重要步驟，也是最容易出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)。一般來說，門葉的拼裝都要求嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行，必須確保拼裝的準(zhǔn)確性。但是，由于多方面的原因，門葉的拼裝經(jīng)常出現(xiàn)各種問題，其中誤差偏大十分常見，導(dǎo)致門葉焊接的變形程度加大。

2 控制焊接變形的技術(shù)方法

（1）振動(dòng)焊接法。與其他焊接技術(shù)方法相比，振動(dòng)焊接法具有一定的優(yōu)勢。該技術(shù)以振動(dòng)時(shí)效理論為基礎(chǔ)，是一項(xiàng)創(chuàng)新型的焊接工藝。采用該工藝進(jìn)行焊接，可有效降低焊接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，進(jìn)而控制焊接變形的出現(xiàn)。研究結(jié)果表明，振動(dòng)焊接法對水工鋼閘門出現(xiàn)的橫向收縮變形和控制角變形，都能起到很大的改善作用。普通焊接法的橫向收縮變形在3mm左右，而采用振動(dòng)焊接法可將橫向收縮變形降低到1.3mm左右。

（2）預(yù)應(yīng)力法。預(yù)應(yīng)力法是比較常見的焊接變形控制方法，該方法又可分為預(yù)應(yīng)力法和預(yù)拉伸法。預(yù)應(yīng)力法主要是通過采用施加外力或加熱的方法，控制焊接變形程度。預(yù)拉伸法主要是采取在焊接縫隙方向上施加適當(dāng)拉伸力的方法，并在焊接完成后冷卻卸載，從而達(dá)到降低變形程度的目的。

（3）退火法。退火法是建立在焊接變形規(guī)律基礎(chǔ)之上的一種控制變形的方法，采用該方法來控制水工閘門的焊接變形，首先應(yīng)將需要焊接的構(gòu)件采用專門制作的夾具進(jìn)行固定。構(gòu)件在固定的條件下進(jìn)行焊接，一般不會出現(xiàn)變形問題，但如果在焊接工作完成之后，直接拆除夾具的話，就會產(chǎn)生過高的殘余應(yīng)力，導(dǎo)致焊接變形出現(xiàn)。因此，必須在焊接工作結(jié)束而未拆除夾具的條件下，將其放入退火爐中加熱，直到溫度達(dá)到600～650℃，并保溫4小時(shí)左右。在保溫的過程中，被焊接構(gòu)件的溫度會隨著爐子溫度的降低而逐漸降低，最終達(dá)到與室內(nèi)一樣的溫度，此時(shí)殘余應(yīng)力便完全消散了，即使解除夾具的束縛也不會發(fā)生變形。

3 控制焊接變形的相關(guān)措施

3.1 規(guī)范焊接流程

（1）焊接總原則：焊接流程對焊接變形的產(chǎn)生具有直接影響，因此，必須進(jìn)一步規(guī)范焊接流程，避免各種不規(guī)范操作的出現(xiàn)。對于水工閘門的制作來說，在焊接過程中，應(yīng)對距離形心軸較近的構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)先焊接；若遇到形心軸兩端出現(xiàn)都有焊接縫隙的情況，應(yīng)首先焊接焊縫較少的一側(cè)，對長焊縫的焊接必須采用斷續(xù)焊接的方法，這樣才能有效減少焊接變形的出現(xiàn)。例如柬埔寨桑河二級水電站進(jìn)水口檢修門葉結(jié)構(gòu)件為工字梁型式，其中長為12660mm，翼板寬為500mm，高為2344mm，焊接時(shí)翼板多向內(nèi)側(cè)發(fā)生弧形彎曲變形，要求采用分段退焊法或多層階梯形焊接法，盡量減輕焊接變形，焊接由偶數(shù)名焊工對稱施焊，遵循分區(qū)對稱焊接、由中間向兩邊擴(kuò)散的原則。門葉結(jié)構(gòu)整體焊接次序?yàn)橄却蠹笮〖?，先總體后局部。以門葉垂直中心線（或隔板）、主梁中心線等為界，將整個(gè)門葉劃分為幾個(gè)對稱的焊接區(qū)域，焊接時(shí)必須由中心向外側(cè)對稱分段逆向施焊。要求焊工嚴(yán)格按工藝卡中的規(guī)定采用統(tǒng)一的焊接工藝參數(shù)，包括：焊條種類、牌號和直徑；焊接電流的種類、極性和大小；焊接電壓；焊接速度；焊道層次和每層焊道數(shù)目等都要一致，以控制對稱位置的焊接線能量基本相同。為減小焊接變形應(yīng)先焊靠后翼板方向的平焊，此部分焊縫焊接完畢后，其余焊縫原則上采用擴(kuò)散焊法先立焊后平焊。

（2）焊接順序：①焊接隔板、主梁及邊梁后翼板之間的平焊及隔板腹板與主梁后翼板的仰焊。②焊接主梁腹板與邊梁腹板的組合焊縫，使門葉形成框架結(jié)構(gòu)，能較好地抵御門葉整體焊接變形。采用分段退步焊法，總體是從上往下，而每段則是從下往上，分段長度以兩根（或三根）焊條所能焊接的長度為宜。③焊接主梁與隔板腹板的立角焊縫，采用分段退步焊法。④焊接水平次梁與邊梁的連接縫、角焊縫、筋板與水平次梁的平角焊縫等。⑤梁系之間的焊縫全部完成，可進(jìn)行面板與梁系框架連接縫的焊接。其中，先焊主橫梁與面板連接的平角焊、再焊接邊梁與面板連接的平角焊，最后焊接隔板與面板之間的平角焊，采用分區(qū)對稱、分段退步焊法。

（3）焊接方法和要求：①閘門焊接方法為熔化極氣體保護(hù)焊，主要采用CO2氣體保護(hù)焊。②焊接前必須對焊縫進(jìn)行清理，可用鋼絲刷清理或烤槍烘烤。③必須由合格焊工進(jìn)行焊接。④施焊時(shí)，某一單元、某一部分的焊縫應(yīng)連續(xù)焊完，不可中斷。⑤采用對稱分段焊法，分段長度可為100～200mm。⑥焊縫形狀系數(shù)控制在1.3～2.0。⑦多層多道焊時(shí)，層間接頭應(yīng)錯(cuò)開30mm以上，每層厚度不大于5mm，以避免焊接應(yīng)力集中，造成較大的焊接變形。

（4）變形監(jiān)測和控制。焊接過程中由技術(shù)人員對門葉的變形隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)測，定時(shí)用水平儀觀測門葉變形及焊接收縮情況，以便隨時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)處理。對于出現(xiàn)整體彎曲，若是按規(guī)范要求凸向迎水面，且不超過允許值，則是正常的。若是凸向相反的方向則必須進(jìn)行調(diào)整，可用調(diào)整焊接線能量的方法，用改變焊接順序的方法，用改變門葉支墊點(diǎn)等方法加以控制。

3.2 提高技術(shù)工藝標(biāo)準(zhǔn)

焊接技術(shù)工藝會對焊接質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，若技術(shù)工藝不符合標(biāo)準(zhǔn)，必然會導(dǎo)致焊接變形出現(xiàn)的機(jī)率增加。所以，應(yīng)嚴(yán)格控制焊接工藝，提高技術(shù)工藝標(biāo)準(zhǔn)。①在焊接工作開始之前，應(yīng)對各項(xiàng)必要的技術(shù)工藝進(jìn)行測評，對技術(shù)不達(dá)標(biāo)的操作人員應(yīng)嚴(yán)格取締。②應(yīng)制定一個(gè)完整而科學(xué)的技術(shù)工藝標(biāo)準(zhǔn)，要求所有操作人員都必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，這樣就能減少焊接變形的出現(xiàn)。最后，應(yīng)對傳統(tǒng)技術(shù)工藝進(jìn)行更新。

3.3 嚴(yán)格控制誤差

誤差是造成焊接變形的一個(gè)十分重要的因素，因此，必須在焊接過程中嚴(yán)格控制誤差。①在單個(gè)構(gòu)件的制作過程中，應(yīng)保證各構(gòu)件組裝間隙合理，因?yàn)殚g隙越大，焊接時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力就越大，導(dǎo)致變形程度加大，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致整個(gè)焊接結(jié)構(gòu)的變形。一般來說，單個(gè)構(gòu)件之間的間隙應(yīng)當(dāng)小于3mm。②應(yīng)當(dāng)科學(xué)地控制門葉拼裝的誤差，嚴(yán)格按照組裝的規(guī)范順序進(jìn)行，需要注意的是，在對腹板進(jìn)行組裝的時(shí)候，首先必須進(jìn)行定位，這樣才能將誤差降到最低。

4 結(jié)束語

綜上所述，水工閘門的質(zhì)量對我國水利水電事業(yè)的發(fā)展具有重要影響，閘門焊接變形問題是水工閘門制作過程中比較常見的問題。該問題不僅會使閘門的使用效果降低，同時(shí)還可能對水庫的封水功能造成影響，威脅到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，必須引起高度重視，要從根本上解決該問題，必須采取科學(xué)的焊接變形控制技術(shù)方法，另外還必須根據(jù)各項(xiàng)可能導(dǎo)致變形的影響因素，制定科學(xué)有效的控制措施，包括控制組裝誤差、減小間隙等。這樣才能實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量提升的目標(biāo)。

[1]孫強(qiáng),王霞,孫敬.水工鋼閘門門葉焊接變形的預(yù)防和控制[J].東北水利水電,2009,(7):8-10.

[2]路彬.水工平面鋼閘門焊接變形的控制技術(shù)和矯正方法探討[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2014,(6):149-150.

P755.1

A

1671-3818（2016）04-0022-02

普寶章（1986-），男，彝族，大學(xué)本科，云南楚雄人，助理工程師，研究方向：水工金屬結(jié)構(gòu)制造。