鋼閘門制作中焊接變形的原因及應(yīng)對措施

高升 江斌

摘要：城市建設(shè)離不開水利工程，而水利工程的建設(shè)與發(fā)展離不開鋼閘門。鋼閘門是水利工程建設(shè)中最重要的組成之一，提高閘門的質(zhì)量與可控性有助于水利工程的發(fā)展。然而，鋼閘門制作焊接過程較為復(fù)雜，由于部分工藝技術(shù)的問題，容易導(dǎo)致鋼閘門焊接變形，進(jìn)而影響了水利工程建設(shè)質(zhì)量。因此，對鋼閘門制作中焊接變形的原因進(jìn)行分析具有重要意義。筆者從鋼閘門制作的出發(fā)，分析制作中存在的問題，探究焊接變形的原因，并從設(shè)計過程以及工藝制作兩個方面，提出具體的應(yīng)對措施，提高鋼閘門的焊接質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：鋼閘門；焊接變形；應(yīng)對措施

引言：

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，部分城市加大了水利工程的建設(shè)。鋼閘門作為水利工程建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，引起了相關(guān)研究學(xué)者以及技術(shù)人員的高度重視。由于鋼閘門結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對焊接人員的技術(shù)要求較高，一旦技術(shù)操作存在問題，很有可能會導(dǎo)致鋼閘門焊接變形，進(jìn)而影響工程的建設(shè)與后續(xù)對鋼閘門的控制應(yīng)用。因此，為了避免該問題的出現(xiàn)，對鋼閘門焊接變形的因素進(jìn)行探究具有較高的應(yīng)用價值。筆者從鋼閘門焊接的角度出發(fā)，對焊接變形的原因進(jìn)行以下深入探究。

一、鋼閘門的類型及工作性質(zhì)

（一）鋼閘門的組成

鋼閘門是水利工程中用來控制局部水工建筑物過水口的活動結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)行開啟和關(guān)閉等操作，來實現(xiàn)對水位流量的控制。鋼閘門主要是由鋼板、型鋼、封水裝置、支承裝置、起吊裝置等組成，是水工金屬結(jié)構(gòu)。目前，鋼閘門普遍應(yīng)用在水里工程水位、水量、船運等控制方面。

（二）鋼閘門的類型

鋼閘門按照不同的方向可以分為不同的類別。按照不同的工作性質(zhì)，可以將剛閥門分成施工、工作、事故、檢修等閘門。施工閘門主要用來封閉施工導(dǎo)流口；工作閘門主要起到對水流量的控制作用；事故閘門是水利工程中一旦出現(xiàn)事故，可以對上下游進(jìn)行開啟與封閉的閘門；檢修閘門主要起到擋水作用，阻止水流而后對水利工程設(shè)備進(jìn)行檢修等。按照閘門孔的位置與作用，也可以分為露頂閘門或者潛孔閘門，即閘門孔是位于水面以上還是以下。按照鋼閘門的具體設(shè)計，也可以將鋼閘門分為平面、弧形、人字形鋼閘門等。不論是以上何種類型的鋼閘門，對焊接技術(shù)都具有較高的要求，一旦操作存在疏忽，很容易影響整個鋼閘門的使用情況。

二、鋼閘門制作中存在的問題及原因分析

（一）存在的主要問題

在鋼閘門制作的過程中，較為容易出現(xiàn)的表面問題有兩個方面，一是鋼閘門厚度不均，整體面板較為不平，甚至呈現(xiàn)出波浪形；二是鋼閘門整體較為平直，但存在局部變形，且局部變形大于5mm。以上兩種問題的出現(xiàn)不僅影響了鋼閘門的整體美觀程度，同時也影響了止水功能。由于整體面板出現(xiàn)不平甚至變形的情況，極有可能會對鋼閘門的整體承載能力帶來影響，進(jìn)而影響鋼閘門在水利工程建設(shè)中的使用。

（二）原因分析

針對以上出現(xiàn)的問題對鋼閘門整體面板不平等情況，主要是由于焊接變引起的。鋼閘門制作過程中，焊接可以對鋼閘門局部進(jìn)行加熱，局部形成不均勻的溫度場，溫度場范圍內(nèi)的工件會因為溫度迅速升高而產(chǎn)生膨脹等現(xiàn)象，在溫度場消失時候，溫度迅速下降導(dǎo)致收縮。由于鋼閘門焊接部位的工件組成較為復(fù)雜，工件在溫度場內(nèi)不能夠獨立進(jìn)行熱脹冷縮，且各個工件之間存在相互作用力，在復(fù)雜的作用力影響下，工件冷卻收縮時會產(chǎn)生變形，進(jìn)而對鋼閘門的質(zhì)量帶來影響。焊接是一種熱循環(huán)過程，在該過程中，材料的塑性變化是工件產(chǎn)生變形的主要原因，另外金屬在冷卻的過程中，工件收縮產(chǎn)生塑性形變，進(jìn)而直接導(dǎo)致焊接變形?；谝陨戏治?，影響焊接變形程度的主要因素較多，其中包括鋼閘門工件材料的膨脹系數(shù)、屈服極限、密度等，同時也取決于工件本身的尺寸、形狀以及與其他工件之間的相互作用力。因此，在進(jìn)行焊接的過程中，要對該方面進(jìn)行充分的考慮。

在對鋼閘門構(gòu)件進(jìn)行初步焊接之后，一般情況下都會出現(xiàn)或多或少的變形，變形的程度較為復(fù)雜，直接影響著鋼閘門的功能效果。根據(jù)鋼閘門焊接變形的程度，可以分為縱向、橫向、回轉(zhuǎn)、彎曲、波浪、扭曲和角變形等。通常情況下，鋼閘門面板產(chǎn)生的變形主要是彎曲變形與角變形。

1.彎曲變形。彎曲變形指的是原本平整的鋼閘門面板局部出現(xiàn)了彎曲現(xiàn)象，是鋼閘門焊接變形中較為容易出現(xiàn)和辨認(rèn)的變形類型。

2.角變形。該焊接變形主要發(fā)生對接焊縫的時候，原本在焊接的過程中較為平整，在溫度場發(fā)生變化之后面板橫向收縮，在厚度方向上的不均勻直接導(dǎo)致出現(xiàn)角變形。通常情況下，坡口角度越大，產(chǎn)生的變形程度越明顯。焊接高度越高，受到面板自身的影響，角變形越嚴(yán)重。因此，在進(jìn)行焊接的過程中要注意坡口角度與焊接高度的控制，防止出現(xiàn)角變形。

三、鋼閘門制作中焊接變形的應(yīng)對措施

（一）設(shè)計過程中的控制措施

鋼閘門制作過程中，為了防止焊接變形，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)膽?yīng)對措施。首先，要選擇合理的焊接尺寸，在確保焊接滿足鋼閘門質(zhì)量的情況下，盡量縮小尺寸；其次，要減少焊接的次數(shù)，防止焊接次數(shù)過多焊接變形加重；最后，應(yīng)合理安排焊縫位置，讓焊接縫盡量處于中性軸，防止出現(xiàn)角變形。

（二）工藝制作中的控制措施

在鋼閘門制作工藝中，為了防止焊接變形，通常采用三種方法，一是剛性固定法，將鋼閘門需要進(jìn)行焊接的工件進(jìn)行固定，使其滿足焊接工藝的需求，進(jìn)而防止出現(xiàn)彎曲變形與角變形，由于部分工件難以進(jìn)行固定，因此該方法的采用頻率不高。二是反變形法，在進(jìn)行鋼閘門裝配與焊接的過程中，給予適當(dāng)?shù)南喾醋冃危诤附拥倪^程中與焊接變形進(jìn)行抵消，進(jìn)而來保障焊接的平整性，通常該方法的采用需要較為豐富的焊接經(jīng)驗，對反變形程度進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而達(dá)到防止焊接變形的目的，該方法也是鋼閘門焊接中防止變形較為常用的方法。三是改進(jìn)焊接方法，結(jié)合不同的鋼閘門焊接情況，選擇不同的焊接技術(shù)與焊接方法，來盡量避免焊接變形的出現(xiàn)，優(yōu)化焊接順序等。例如，在進(jìn)行鋼閘門焊接的過程中，先焊對接縫，而后再焊角接縫。

結(jié)論：

綜上所述，能夠看出影響鋼閘門焊接變形的因素較多，盡量采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧┠軌虼蟠蠼档秃附幼冃纬霈F(xiàn)的概率。基于此，應(yīng)提高焊接技術(shù)人員的專業(yè)水平，提高焊接作業(yè)的精準(zhǔn)度，并充分掌握反變形法，實際應(yīng)用在鋼閘門焊接的過程中。同時，應(yīng)對鋼閘門焊接的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)定，焊接技術(shù)人員應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適的方法來進(jìn)行焊接，將焊接變形控制在最低范圍以下，使得鋼閘門的質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)效果，符合水利工程建設(shè)的基本要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉景濤，杜慶恩，張鵬飛.大型弧形鋼閘門質(zhì)量控制難點工藝淺析[J].山東水利，2018（04）：12-13.

[2]姜濤.淺談平面鋼閘門的焊接變形[J].新疆水利，2017（02）：12-14.

[3]普寶章.水工閘門控制焊接變形技術(shù)的措施研究[J].冶金叢刊，2016（04）：22-23.