大型弧形鋼閘門質(zhì)量控制難點(diǎn)工藝淺析

劉景濤，杜慶恩，張鵬飛

（山東臨沂水利工程總公司，山東 臨沂 276006）

臨沂市袁家口子水源工程是臨沂市雨洪資源利用規(guī)劃中的重點(diǎn)水利公益性項(xiàng)目之一，工程規(guī)模為大I型，其中水工金屬結(jié)構(gòu)分部工程主要由12孔20.0 m×9.5 m大型弧形鋼閘門和12臺(tái)套2×800 kN固定卷揚(yáng)式閉式啟閉機(jī)組成，通過閘門調(diào)控，一次蓄水量可達(dá)5 200萬m3，可供6.07萬hm2農(nóng)田灌溉?；⌒武撻l門主要包括底軌、側(cè)軌、閘門門葉、支臂、支鉸和止水結(jié)構(gòu)等。各構(gòu)件尺寸較大，單構(gòu)件形位公差要求較嚴(yán)格，裝配難度較大，止水技術(shù)要求較高，焊接變形量難以控制，需要針對各個(gè)環(huán)節(jié)制定具體工藝措施，保證產(chǎn)品使用功能。

1 質(zhì)量控制難點(diǎn)分析

1.1 面板尺寸大，曲率半徑難以控制

袁家口子水源工程中閘門面板尺寸為20.0 m×9.5 m，曲率半徑為20.0 m，受限于板材尺寸的影響，需要多塊板材拼裝而成，易造成各板材之間拼接縫搭接不連續(xù)或與弧臺(tái)貼合不緊密，從而不能保證面板弧度和局部平整度，影響止水效果和外觀質(zhì)量。

1.2 主梁收縮量計(jì)算誤差大

工程主梁尺寸為20.0 m×1 950.0 mm，板厚為20.0 mm，根據(jù)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，主梁收縮量一般為8/1 000，考慮到主梁長寬比與以往主梁構(gòu)件不同，經(jīng)查閱相關(guān)焊接變形資料，主梁焊接收縮量需要重新計(jì)算，否則極可能影響閘門整體外觀尺寸。

1.3 側(cè)止水座板的焊接和鉆孔

閘門止水直接影響整個(gè)工程的蓄水效果和閘門安全穩(wěn)定，閘門漏水是一個(gè)比較普遍的現(xiàn)象和難題，由于止水間隙控制不當(dāng)，止水橡膠與閘孔止水座板在啟閉過程中造成損傷，微小的縫隙便會(huì)形成噴射，造成閘門功能降低，嚴(yán)重時(shí)能造成閘門振動(dòng)。工程止水座板與以往弧形閘門不同，采用獨(dú)立板與閘門面板焊接而成，整個(gè)止水結(jié)構(gòu)用連接螺栓與座板連接，而座板焊接過程中容易造成局部變形，如果解決不了這個(gè)問題，那么在制造過程中就降低了對閘門止水功能的要求，相當(dāng)于從源頭上就沒有解決閘門止水的技術(shù)問題。

1.4 焊后應(yīng)力變形控制

工程閘門屬于大型弧形鋼閘門，尺寸較大，焊縫較多，板材較厚，制造過程中不可避免的出現(xiàn)焊接殘余應(yīng)力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的韌性下降，產(chǎn)生變形，而對于產(chǎn)品的焊接，關(guān)注更多的焊縫的質(zhì)量，探傷的結(jié)果，焊接變形反而會(huì)被忽略，其實(shí)焊接變形引起形位尺寸的變化同樣嚴(yán)重影響閘門整體的安裝和運(yùn)行質(zhì)量，因此，應(yīng)采用合理的焊接參數(shù)和焊接流程控制焊接變形。

2 質(zhì)量控制難點(diǎn)工藝方法

2.1 改變弧臺(tái)搭設(shè)方案，保證弧門曲率半徑

弧門制作焊接過程中，不僅存在縱向和橫向的收縮變形，還存在沿徑向的收縮變形，使弧門在拼裝焊接后，曲率變小，考慮這一因素的影響，應(yīng)先確定制造曲率半徑，在搭設(shè)門葉拼焊弧形工作臺(tái)時(shí)按照計(jì)算出的曲率半徑施工。在可調(diào)節(jié)弧臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，由于閘門寬度達(dá)到20.0 m，為保證產(chǎn)品整體性和最小變形量，在原有弧臺(tái)基礎(chǔ)上加裝支撐立柱，原弧臺(tái)立柱間距為1.5 m，改為0.75 m，且尺寸更加精密，用水準(zhǔn)儀和激光準(zhǔn)直儀校核水平高程和直線度，保證最佳的面板貼合量，并且在間距1.5 m的立柱上，每排設(shè)置5個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，以便制造過程中對面板曲率和弧度的校核，這種雙重保證措施更好地保證了整個(gè)面板的局部平面度和曲率半徑的準(zhǔn)確性。

2.2 重新計(jì)算主梁收縮量

受到自動(dòng)埋弧焊機(jī)自身?xiàng)l件限制，閘門主梁為20 m長，只能采用分段焊接，這種焊接方式直接影響了主梁的焊后收縮量。由于主梁高度為1 950 mm，熱傳導(dǎo)率較之前的小型弧門主梁明顯降低，特別在主梁的端部，熱傳導(dǎo)變化呈圓弧狀，通過查閱相關(guān)板材在不同板厚下的對接焊焊接工藝過程進(jìn)行數(shù)值模擬仿真,分析得到隨著板材厚度的增大,板材的橫向收縮量和縱向收縮量都是逐漸減小的,而角變形是逐漸增大的,為實(shí)現(xiàn)焊接過程中變形量的精度計(jì)算等提供了條件。

經(jīng)計(jì)算，主梁縱向收縮量采用6/1 000，在高度橫向方向上，套料前將主梁腹板前翼緣處繪制成圓弧狀，圓弧半徑為閘門曲率半徑，在第一孔閘門制作完成后進(jìn)行了測量，驗(yàn)證了本組數(shù)據(jù)和方案的準(zhǔn)確性，為后續(xù)產(chǎn)品加工提供了理論支持。

2.3 側(cè)止水座板施工工藝

由于閘門制造過程中分為上下兩節(jié)，側(cè)止水座板安裝精度將直接影響閘門止水效果，主要有兩種安裝方案：方案一將側(cè)止水座板點(diǎn)焊在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)位置，閘門下弧臺(tái)前止水鉆孔，座板不分段，工地安裝閘門是整體安裝焊接側(cè)止水座板。方案二將側(cè)止水座板在閘門下弧臺(tái)前整體安裝，鉆側(cè)止水孔，校核完成后將側(cè)止水座板分成兩段，工地安裝時(shí)兩段對接，再次校核。

方案比較：方案一制作難度較小，只需要保證止水座板的尺寸符合設(shè)計(jì)圖紙，易于廠內(nèi)施工，但在現(xiàn)場安裝時(shí)難度加大，工地現(xiàn)場條件有限，焊接量過大，變形后不能及時(shí)采取應(yīng)對措施，易造成座板不平整，出現(xiàn)滲水或漏水現(xiàn)象。方案二將座板焊接在閘門面板上，需要通過反變形法將座板和面板的變形量調(diào)整至設(shè)計(jì)尺寸后再進(jìn)行鉆孔，工地安裝時(shí)只要保證兩節(jié)閘門對接尺寸誤差最小，既能保證止水座板的平整度，此方案更有利于保證閘門整體側(cè)止水的水封效果，故選用方案二。

2.4 合理控制焊接變形

焊接變形的產(chǎn)生多數(shù)是由于焊接產(chǎn)生的熱量不對稱，導(dǎo)致的膨脹不一而發(fā)生的。為了最大限度地減小焊接變形，合理的拼裝工序和焊接順序至關(guān)重要。通過本工程的加工制造，總結(jié)出了一個(gè)合理的減小焊接變形的焊接方法和順序。即：雙面均可焊接操作時(shí)，要采用雙面對稱坡口，并在多層焊時(shí)采用與構(gòu)件中和軸對稱的焊接順序；T形接頭板厚較大時(shí)采用開坡口角對接焊縫；對于長構(gòu)件的扭曲。主要靠提高板材平整度和構(gòu)件組裝精度，使坡口角度和間隙準(zhǔn)確。電弧的指向或?qū)χ袦?zhǔn)確，以使焊縫角度變形和翼板及腹板縱向變形值與構(gòu)件長度方向一致。

閘門焊接采取先大后小、從整體到局部的次序進(jìn)行焊接，并保證對稱施焊；依次焊接順序?yàn)椋褐髁汉笠砭壈迮c邊梁后翼緣對接平縫，主梁后翼緣板與豎向隔板后翼緣對接平縫，豎向隔板腹板與主梁及次梁腹板立面角焊縫，主梁、次梁及隔板腹板與面板平角焊縫，主梁后翼緣板與隔板后翼緣板對接仰縫，筋板焊縫。多段對稱的焊接，即焊一段，停一會(huì)，到對面焊，停一會(huì)，停頓時(shí)間間隔保持一致。

3 結(jié)論

從閘門尺寸和蓄水能力上講，臨沂市袁家口子水源工程大型弧形鋼閘門為近些年國內(nèi)較為少見的工程案例，本工程的成功實(shí)施，可為今后類似產(chǎn)品的制造提供一定的參考借鑒價(jià)值。

[1] 水工閘門控制焊接變形技術(shù)的措施研究[J].普寶章.冶金叢刊.2016(04).