淺談宿遷大柳巷船閘桁架式節(jié)點(diǎn)弧形三角門的制作

一、概述

宿遷大柳巷船閘閘門結(jié)構(gòu)為空間桁架節(jié)點(diǎn)弧形三角門，根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)閘室凈寬為23m，閘門分為上下游各兩扇，輸水廊道閥門4扇，閘門高度為上游9.0m，下游11.4m。門體結(jié)構(gòu)由面板梁格系、頂?shù)灼旒?、空間聯(lián)系桁架、端柱等組成。閘門主要材料由Q235B和工字鋼、槽鋼、角鋼組成。各鋼架部分為空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架桿件采用角鋼加綴板連接型式，空中節(jié)點(diǎn)采用板式節(jié)點(diǎn)。根據(jù)招標(biāo)文件及圖紙所示尺寸，結(jié)合該公司的技術(shù)力量和設(shè)備、場(chǎng)地、道路運(yùn)輸?shù)葪l件，該閘門在廠內(nèi)胎模上進(jìn)行分段制作，以保證面板部分線型準(zhǔn)確。

二、門體制作

1.胎架平臺(tái)制作

以現(xiàn)有的胎架為基礎(chǔ)，加設(shè)支撐板，與胎架焊牢固；用水準(zhǔn)儀將支撐板縱向找平，水平誤差±1mm；按照面板彎曲的圓弧標(biāo)高，用水準(zhǔn)儀橫向確定各個(gè)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)高，標(biāo)高誤差小于±1mm；將閘門面板鋪在支撐板上，定位焊接牢固，以此作為制作平臺(tái)；定位支撐節(jié)點(diǎn)板布置密度橫向間隔1000mm，縱向間隔≤2000mm。

2.面板制作

（1）主弧面板（主弧R=12390mm）制作，采用先拼焊后彎制的方式，使用三星滾軋圓機(jī)軋制弧度，吊上胎架平臺(tái)后再適當(dāng)施加外力進(jìn)行彎制。邊羊角弧形面板（R=700mm）和中縫羊角弧形面板（R=700mm）由于彎曲曲率較大采用三星滾分段進(jìn)行彎曲或油壓機(jī)壓制成型，注意防止扭曲。

（2）面板的分塊原則：面板使用2m寬的鋼板組合，長(zhǎng)度不夠先橫向?qū)印?） 保證面板的焊縫，不與各主橫梁、各次梁重合。2） 盡量減小面板焊縫的密集度。

（3）面板按前圖放好余量，做成整塊。面板對(duì)接焊縫主要采用埋弧焊焊接，對(duì)接坡口包括：1） 面板對(duì)接焊縫坡口型式及加工方法：?jiǎn)蚊鎁型坡口雙面焊，坡口可采用碳弧氣刨加工而成，見圖1。2）面板對(duì)接縫的焊接：順序①采用CO2氣保焊打底，順序②③采用埋弧自動(dòng)焊蓋面，見圖2。

先CO2氣體保護(hù)焊打底焊接，并用角砂輪磨光，再采用埋弧焊焊接，焊接好后，面板翻身，用碳弧氣刨刨縫清根，并用角砂輪磨光，再使用埋弧焊焊接。CO2氣體保護(hù)焊焊絲為H08Mn2SiA，保護(hù)氣體為99%純度的CO2氣體。

3.梁格制作

（1）T形梁制作：根據(jù)大樣，丈量好尺寸，下料。所有橫梁、豎梁、豎直次梁焊接成型并整形，檢驗(yàn)合格后進(jìn)入總拼裝工序。

（2）弧形主橫梁制作。①放樣1：計(jì)算機(jī)制圖，排版放樣。下料：使用氧氣乙炔數(shù)控切割機(jī)，進(jìn)行切割下料。②放樣2：在放樣平臺(tái)上整體放主梁拼接大樣，焊接限位板，將下好料的主梁腹板部件進(jìn)行對(duì)接，焊縫為一類焊縫。

當(dāng)需要放樣連續(xù)尺寸時(shí)，把尺子放到工件（鋼板）上不動(dòng)，按照基線尺寸方式畫線，則每次只存在1次誤差，不能按照連續(xù)尺寸方式畫線，連續(xù)畫線方式會(huì)產(chǎn)生積累誤差。

4.豎梁、豎直次梁的制作

（1）T型梁構(gòu)件的組裝：T型梁裝配間隙e≤1mm。

（2）使用剪板機(jī)進(jìn)行下料，在平臺(tái)上進(jìn)行組裝焊接，同樣的次梁組裝數(shù)量大時(shí)，必須制作組裝胎模。拼裝好后用輔材加固焊接，以便控制焊接變形。

（3）T形梁的焊接，采用雙面對(duì)稱焊接，防止產(chǎn)生斜T形梁。

（4）T形梁的整形，使用型鋼校直機(jī)進(jìn)行機(jī)械滾壓整形。

5.梁格拼裝

圖1 單面U型坡口圖

圖2 面板對(duì)接坡口及焊接順序圖

（1）在弧形面板展開料上放整體大樣，放樣報(bào)檢合格后，按圖彎曲成形主弧面板。

（2）按照放樣尺寸，安裝主橫梁，先安裝1號(hào)主橫梁，保證垂直度和位置的準(zhǔn)確，定位焊接。

（3）按照放樣尺寸，安裝豎梁和豎直次梁；由中間向兩側(cè)安裝。

（4）按照放樣尺寸，安裝2號(hào)主橫梁。

將做好的構(gòu)件按大樣尺寸與閘門面板定位焊接，要保證梁與面板間的拼接焊縫間隙＜2mm，經(jīng)檢驗(yàn)合格后進(jìn)入焊接工序。

6.門葉焊接

先焊主橫梁，再依次焊隔板，水平次梁及豎直次梁。焊接原則：由中間向兩邊焊接。要求人員對(duì)稱位置焊接；采用CO2氣體保護(hù)焊。

梁格焊接順序：（1）先焊立焊縫。（2）再進(jìn)行裝配定位焊接，定位焊接次序，先用φ4的J507焊條焊接主橫梁依次為1、2-2、3-3，再定位焊接豎次梁依次為1、2-2、3-3、4-4、5-5、6-6、7-7、8-8。（3）檢驗(yàn)尺寸合格后，使用CO2氣體保護(hù)焊，按照裝配時(shí)同樣的順序進(jìn)行焊接。

7.桁架制作

（1）主桁架的拼裝、制作：弧形三角門桁架系是一個(gè)由工字鋼與槽鋼及角鋼連接的空間立體結(jié)構(gòu)，需通過(guò)每個(gè)平面內(nèi)的桿件所在的正面視圖來(lái)放大樣、計(jì)算桿件實(shí)長(zhǎng)及劃出桿件端部的形態(tài)。

①放樣下料：角鋼～角鋼連接型桿件兩端都是平直頭，這類桿件劃線后，用角鋼剪斷機(jī)進(jìn)行剪切下料；角鋼～槽鋼及工字鋼連接桿件的端頭用手割刀進(jìn)行下料，并控制好桿件的長(zhǎng)度。并在桿件上彈好中心線控制好桿件兩端切口的角度。

②桁架：按左上片桁架、左下片桁架、右上片桁架、右下片桁架大樣單件制作，在廠內(nèi)放樣配料、預(yù)拼裝，組裝好之后，編號(hào)并解體，門系桁架桿件與門葉拼焊，同時(shí)做好檢測(cè)記錄和安裝檢查控制線。桁架中間連接花架桿件，只要條件具備盡量在廠內(nèi)做成單部件。

③工字鋼主桿件兩端用-8mm鋼板封頭，做密封處理，確保不滲漏。

（2）節(jié)點(diǎn)板與桿件連接的焊接要求：

①所有桿件兩端均應(yīng)留有焊接位置，以便能保證焊接質(zhì)量。

②焊接方法選用焊條電弧焊或CO2氣體保護(hù)焊。

③清除坡口表面及兩側(cè)20～30mm范圍內(nèi)油污、鐵銹、氧化鐵等有害雜質(zhì)。

④CO2氣體的純度要求＞99.5%以上，氣體流量為15～20L/ min，露天作業(yè)應(yīng)做好防風(fēng)措施。

⑤多層多道焊，應(yīng)確保根部、層間、焊縫表面邊緣的熔合良好，焊縫層間應(yīng)清理干凈，無(wú)氣孔、焊瘤、未熔合等缺陷，各層各道間接頭應(yīng)錯(cuò)開30mm以上。

⑥全位置焊接時(shí)，焊接電流不易過(guò)大，以防鐵水下墜，嚴(yán)禁CO2氣體保護(hù)焊從上向下施焊，組合焊縫中的角焊縫，焊腳高度要求坡口側(cè)蓋出1～2mm，另一側(cè)焊腳高度為6mm。

⑦組合角焊縫焊趾應(yīng)圓滑過(guò)渡，焊縫表面成形良好，無(wú)裂紋、咬邊、氣孔、焊瘤等焊接缺陷。

8.閘門端柱制作

（1）下料：根據(jù)圖紙尺寸，放足大樣，下料，長(zhǎng)料用半自動(dòng)氣割機(jī)下料，短料用剪板機(jī)下料，長(zhǎng)度方向放足焊接收縮余量。

（2）腹板對(duì)接：40mm的鋼板和20mm的鋼板對(duì)接，不等厚度的腹板對(duì)接采用斜坡型坡口，坡口寬度80mm，使用刨床加工，然后焊接，焊縫為一類焊縫。

（3）拼焊： 所有構(gòu)件在平臺(tái)上進(jìn)行拼裝，兩側(cè)翼緣預(yù)彎，腹板對(duì)接，端柱背面中間立板與翼緣板拼焊成梁系，拼裝時(shí)控制好桁架中心線。

（4）焊接及消應(yīng)力：在加固焊的基礎(chǔ)上，對(duì)端柱進(jìn)行焊接，焊接時(shí)采取相應(yīng)的控制變形措施。端柱焊接成型后采取振動(dòng)消應(yīng)力處理。

（5）對(duì)端柱進(jìn)行整形：焊后，對(duì)局部彎曲部位進(jìn)行校正。使端柱腹板（底樞鋼板-40×1160×1230和頂樞鋼板-40×1160×1540）在同一平面內(nèi)。熱矯形，將構(gòu)件加熱到800℃～900℃，加熱時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，防止鋼材氧化、脫碳、過(guò)熱、過(guò)燒、裂紋發(fā)生。輔助以機(jī)械壓力矯正變形。端柱制作完畢后，安裝限位板，對(duì)其與桁架連接部位劃線，打好樣線，以便總拼裝。

（6）檢驗(yàn)要求：端柱長(zhǎng)度=上游8855±2mm，下游 11255±2mm，扭曲2mm。

（7）放好端柱正反兩面中心線和安裝控制線，并打好樣沖印。

9.閘門整體拼焊

（1）以面板梁格為基礎(chǔ)，依次吊裝中間桁架、頂桁架、底桁架。將各桁架按劃好的樣線吊裝，保證其與胎架的垂直度（經(jīng)緯儀或吊錘測(cè)），頂?shù)阻旒艿拈g距+3㎜，平行度控制在2內(nèi)，并定位焊接。拼裝相應(yīng)的斜桿件。檢驗(yàn)合格后進(jìn)入下道工序。

（2）拼裝豎桁架：將豎架的兩根主桿件就位，保證其正確的位置，要求其水平控制在2mm，定位焊接，拼裝相應(yīng)的聯(lián)系桿件。檢驗(yàn)合格進(jìn)入下道工序。

（3）斜桁架就位：按圖紙要求將桁架就位，并定位焊接。

（4）端柱就位：將端柱吊裝就位，與頂?shù)阻旒芷囱b，保證頂?shù)阻旒荛g距+3mm，同時(shí)要求保證端柱的水平度在1mm內(nèi)（用水平儀測(cè)），點(diǎn)固。檢驗(yàn)合格進(jìn)入下道工序。

（5）拼裝空間各聯(lián)系桿件架：將原先按大樣下好的桿件拼裝就位，并定位焊接。

三、總結(jié)

面板梁格系、頂?shù)灼摷堋⒖臻g聯(lián)系鋼架、端柱制作好壞是空間桁架節(jié)點(diǎn)弧形閘門制造安裝精度的關(guān)鍵。采用合理的制作工藝措施，可以控制閘門各大組成結(jié)構(gòu)的放樣尺寸和焊接變形，進(jìn)而保證閘門整體拼焊的幾何尺寸。經(jīng)監(jiān)理單位的檢測(cè)，制作好的弧形三角門均符合有關(guān)驗(yàn)收規(guī)范和質(zhì)量評(píng)定等級(jí)的要求，并得到了業(yè)主的好評(píng)，也為今后制造同類產(chǎn)品積累了豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)■