水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門制作及安裝焊接技術(shù)的運用分析

白文杰

摘 要：水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門制作及安裝焊接難度較大，要求操作人員能掌握操作技術(shù)，確保安裝焊接的質(zhì)量?？偨Y(jié)水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門制作及安裝焊接傳統(tǒng)工藝存在的問題，并在金屬結(jié)構(gòu)閘門制作與安裝焊接工藝的要求基礎(chǔ)上，提煉水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門制作及安裝焊接技術(shù)的運用要點，全面提升金屬結(jié)構(gòu)閘的質(zhì)量，保證水電站運行安全。

關(guān)鍵詞：水電站；金屬結(jié)構(gòu)閘門；焊接技術(shù)；制作安裝技術(shù)

中圖分類號：TV547.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）01-0036-03

0 引言

水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門是水利工程中的重要組成部分，直接關(guān)系著水電站的質(zhì)量與運行效果，所以必須重視水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門的制作與安裝，充分發(fā)揮水利工程的作用保障人民的人身及財產(chǎn)安全。

水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門的制作與安裝焊接是一項專業(yè)性與技術(shù)性較強的工作，所以必須做好施工全過程的質(zhì)量控制，保證水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門制作的整體質(zhì)量。

1 水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門制作及安裝常見問題

傳統(tǒng)面板制作工藝采取的是鋼板拼裝對接方式，即按照圖紙要求確定毛料尺寸，然后在完成焊接工作后調(diào)平調(diào)直。這種方法在實際執(zhí)行過程中會因為面板尺寸太大而受到車間設(shè)備的限制，進而影響制作及焊接質(zhì)量。

在門葉的總拼裝焊接中，需要先制作出門葉的各部分，再進行總體拼裝焊接，由此增加制作周期。同時，由于制作焊接過程中有多道工序，每道工序的誤差疊加，最終會導(dǎo)致門葉的幾何尺寸不符合標(biāo)準(zhǔn)。

在主梁與邊梁等焊接過程中，焊接后翼時會產(chǎn)生較大的角變形，且翼緣板較厚，由此增加調(diào)直的工作量。

綜上，在金屬結(jié)構(gòu)閘門制作及安裝焊接中，采用傳統(tǒng)焊接工藝，不僅無法滿足焊接質(zhì)量與效率，還會影響閘門的美觀度。因此，焊接工藝的改進與優(yōu)化是項目成功的關(guān)鍵。

2 水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門制作與安裝焊接工藝要求

水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門制作焊接具有較強的專業(yè)性與技術(shù)性，在制作與安裝焊接過程中，必須保證焊接質(zhì)量，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)收縮與變形等情況。水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門無論采取單件焊接還是整體拼接，變形都是質(zhì)量控制的要點與難點[1]。

按照圖紙搭建弧臺，完成焊接工作后需合理設(shè)計弧門半徑。在弧形閘門的制作期間，需采取偏心鉸壓緊式的方法止水，在板面上方采取機械加工手段，提升板面的厚度。在焊接作業(yè)過程中，要合理確定焊接工藝參數(shù)，確保焊接質(zhì)量，合理控制焊接工藝流程，保證每一個施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量。同時，要求操作人員充分提升質(zhì)量與安全意識，并能掌握施工工藝，確保水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門制作與安裝焊接的質(zhì)量與效率。

3 水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門制作及安裝焊接技術(shù)運用要點

3.1 ?確定曲率半徑

弧門門葉結(jié)構(gòu)的焊縫集中出現(xiàn)在了下游側(cè)。因為金屬結(jié)構(gòu)閘門會在焊縫焊接后產(chǎn)生收縮，曲率半徑R會變小，所以為了曲率半徑能符合圖紙設(shè)計要求，在焊接過程方法選擇上要以防止變形為主，可以適當(dāng)增加弧門制造時的曲率半徑。

如式（1），按照弧門曲率半徑公式來確定金屬結(jié)構(gòu)閘門制作半徑（放樣半徑）：

（1）

式中：R為設(shè)計半徑，單位為m；R1為制作（放樣）半徑，單位為m；A為面板半弧長對應(yīng)的中心角，單位為°；K為經(jīng)驗值，取值為3。

3.2 主梁安裝及焊接

按照設(shè)計圖紙搭設(shè)主梁組裝平臺，平臺的平面度需使用水準(zhǔn)儀進行控制，確保平面度在2 mm以內(nèi)，在平臺上按照要求進行主梁的安裝。安裝時，先在前翼緣上放樣，將隔板、主梁腹板等位置放出，然后按照要求安裝隔板、主梁腹板等[2]。使用水準(zhǔn)儀測量主梁的高程，保證主梁的正彎與扭曲等符合要求。

焊接工藝參數(shù)需按照焊接工藝規(guī)程制定。利用手工電弧焊焊接隔板縫，使用埋弧自動焊接正縫，使用CO2保護焊接背縫。焊接完成隔板后再進行后翼緣板與板縫進的組合焊縫。最后對前翼緣板與主梁腹板間的組合焊縫進行焊接。完成焊接后要采用超聲波探傷檢測主梁，確保焊接的可靠性。

3.3 弧門胎膜架設(shè)

弧形胎膜是完成弧門門葉組裝焊接制造的主要位置。應(yīng)合理確定弧形胎模放樣尺寸，按照門葉半徑、門葉結(jié)構(gòu)等確定工藝參數(shù)，施工曲率半徑等要按照焊接收縮量來綜合確定[3]。門葉弧度的確定會受到胎膜搭設(shè)質(zhì)量的影響，所以在搭設(shè)弧門胎膜過程中，各承點的高差需使用水準(zhǔn)儀控制，方向與位置需使用經(jīng)緯儀控制，并對弧門胎膜大對角的扭曲值進行檢測，同時要求支撐點要為點線接觸，確保支撐的安全與穩(wěn)定。

3.4 面板制作、安裝及焊接

按照設(shè)計要求分節(jié)分塊卷制面板，卷制時要在外側(cè)設(shè)置坡口，在卷制過程中弧度控制需使用1.5 m長的樣板。避免使用十字焊接樣板拼接縫，面板與主梁、邊梁等的組合縫需錯開200 mm以上。在完成面板拼接之后，要求局部的不平整度需控制在1 mm/m以內(nèi)。在面板卷弧時，卷弧樣板需使用1 mm后的鋼板制作，要求弦長為3 m以內(nèi)，先對面板兩端200 mm范圍進行壓頭，檢查時樣板需靠弧進行，然后完成卷弧工作。卷弧要求弧度與樣板間隙之間的縫隙控制在2 mm以內(nèi)。

在施工過程中，要檢查好鋼板進料，檢查合格之后開始下一道工序。一方面，切合面板后需使用機械矯正，另一方面，按照焊接中性層理論對面板放樣的弧度進行計算。

在焊接過程中鋼板拼接與矯正技術(shù)要求如表1所示。面板在焊接過程中采取的順序為：背縫封底→內(nèi)弧制→矯正→檢測→監(jiān)控，嚴(yán)格按照焊接順序進行操作，保證焊接質(zhì)量與效率。

3.5 門葉安裝及焊接

在工廠內(nèi)完成門葉的組裝焊接施工，使用經(jīng)緯儀等測量儀器精準(zhǔn)放出門葉的中心線，保證門葉及其附件組裝的精準(zhǔn)性與可靠性[4]。將面板鋪設(shè)在弧形胎膜上，在面板上放樣，將大梁、隔梁等門葉零部件的定位尺寸線等定位確定出來，然后按照順序組裝主梁、次梁等。對門葉結(jié)構(gòu)零部件進行精準(zhǔn)調(diào)整，確保能在設(shè)計位置。

在焊接前需閱讀弧形門葉焊接作業(yè)指導(dǎo)書，確保焊接的規(guī)范性與可靠性，并對門葉焊接的收縮狀況進行監(jiān)測，保證在焊接過程中能規(guī)范、精準(zhǔn)施焊。整體檢測門葉機構(gòu)，并做好打磨清理工作。在焊接結(jié)束合格后，要求能使用經(jīng)緯儀等測量工具，能將水封孔中心線精準(zhǔn)測出。

門葉組裝焊接過程中對平焊、立焊與仰焊的參數(shù)要求不同，當(dāng)焊條直徑為3.2 mm時，平焊、立焊與仰焊的焊接電流分別為110～130A、100～120A、90～110A。當(dāng)焊條直徑為4 mm時，平焊、立焊與仰焊的焊接電流分別為150～180A、130～160A、120～140A。

3.6 支臂安裝及焊接

在組裝焊接支臂期間為確保質(zhì)量，需采取整體大組裝方式進行施工。在廠房柜內(nèi)平臺上鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)組裝工作平臺，平臺需使用經(jīng)緯儀等測量工具進行測量。在組裝平臺上平鋪支臂翼緣，機構(gòu)零部件定位控制線要使用經(jīng)緯儀等測量工具確定。然后，按照順序安裝各部件，并在支臂組裝焊接作業(yè)指導(dǎo)書的支持下開展焊接工作，對焊接變形情況進行監(jiān)督，保證焊接的精準(zhǔn)性與規(guī)范性。在完成支臂仰臥狀態(tài)的焊接之后，需翻面對剩下的部分進行焊接。在檢測支臂合格之后，要在清理干凈表面并涂抹防腐涂層。上、下支臂的開口尺寸控制是重點，同時也要確保支臂夾角符合要求。焊接變形情況需在焊接過程中嚴(yán)格監(jiān)測，能減少發(fā)生焊接變形的情況。采用CO2氣體保護焊焊接支臂臥拼焊縫。

3.7 整體拼裝

按照施工圖紙放出大組裝的地樣線、支鉸中心線等，調(diào)整左右中心線的下支臂中心線，確保中心線能保持在同一水平上。同側(cè)支臂垂直度可以使用吊垂線調(diào)整，檢查時使用經(jīng)緯儀。對兩支臂的中心距進行調(diào)整，用一根同軸將兩支臂上的活動鉸鏈穿軸，兩鉸鏈軸孔同軸度在調(diào)整好之后，要對鉸鏈進行固定。確定門葉的垂直中心為基準(zhǔn)，將門葉底緣、門葉垂直中心進行合理控制，保證門葉與支臂連接板工作面中心投影線與地樣相吻合[5]。

支臂末加工端端頭到門葉面板外緣曲率半徑及門葉兩側(cè)相對差需合理修磨，門高上部1/3與門高下部2/3要求≤1 mm、≤2 mm，門葉面板橫向直線度需科學(xué)檢測，上部1/3、下部2/3要求≤2 mm、≤3 mm。在上、下支臂組合中的支臂與鉸鏈連接的位置進行標(biāo)記，并能將定位板焊接在上。整體拼裝必須嚴(yán)格按照施工圖紙進行操作，且要在完成拼裝工作后進行檢查，檢查合格后才能繼續(xù)下一道工序的工作。

4 質(zhì)量控制措施

4.1 做好準(zhǔn)備工作

在焊接前需做好準(zhǔn)備工作，為焊接工作的順利開展奠定基礎(chǔ)。合理擺放焊接設(shè)備，檢查好焊接設(shè)備的線頭連接是否牢固，并做好設(shè)備調(diào)試工作。在自動焊接開始時，要對各組部件進行調(diào)節(jié)與檢查，確保其靈活性，同時焊接需按照鋼板的厚度與強度等確定。金屬結(jié)構(gòu)閘門的焊接要求能做好焊接材料準(zhǔn)備工作，按照要求烘焙焊接材料，堿性烘條、酸性烘條的烘干溫度分別為350～400℃、100～200℃，需分別保溫2 h、1 h。焊條在烘干后要保存于恒溫箱內(nèi)，使用時取出來。

4.2 做好清理工作

鋼板材料在制造加工前必須做好清理工作，將表面的雜物清理干凈。鋼板材料在切合后會有一些氧化皮與水殘留在切割口，所以做好清理工作十分必要。在長焊縫焊接過程中，要在焊縫兩側(cè)加引出板，材料要求能與鋼板材料一直，在完成焊接工作之后再清理。金屬結(jié)構(gòu)閘門的構(gòu)件在組裝過程中，要求能保持均勻的間隙，盡量減小錯邊量。

4.3 做好環(huán)境要素分析

水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門制作及安裝焊接施工過程中會受到外界諸多因素的影響，所以要盡量消減外界的干擾與影響，確保安裝工作順利開展。環(huán)境因素涉及諸多內(nèi)容，不同因素之間會產(chǎn)生相互影響的情況，這會增加施工難度，阻礙施工進度。所以在施工過程中必須從整體出發(fā)，綜合考慮各個因素與細(xì)節(jié)，保證金屬結(jié)構(gòu)閘門制作及安裝焊接工作的高效開展。

4.4 做好跟蹤監(jiān)管

在金屬結(jié)構(gòu)閘門焊接前，要求能做好技術(shù)交底工作，確保操作人員能掌握焊接技術(shù)與工藝要點，在實際操作過程中能嚴(yán)格把控質(zhì)量，避免發(fā)生質(zhì)量問題。同時也要在安裝焊接過程中做好指導(dǎo)與監(jiān)督工作。焊接人員必須具備較強的質(zhì)量意識，對安裝焊接全過程進行有效控制，確保焊接質(zhì)量。

在跟蹤監(jiān)管過程中，要加強焊接材料與設(shè)備檢查，確保材料與設(shè)備的質(zhì)量，為焊接工作的開展奠定基礎(chǔ)。另外，要合理確定焊接工藝參數(shù)，并能對焊接過程進行指導(dǎo)，能讓焊縫質(zhì)量符合要求，焊縫外觀更加美觀。

4.5 完善金屬結(jié)構(gòu)閘門的制作與安裝流程

在制作與安裝前，必須制定科學(xué)的執(zhí)行方案，制作安裝要以方案為指導(dǎo)依據(jù)。在制作與安裝期間，需按照“安裝裝備→設(shè)置測量點→拼裝焊接→記錄缺陷→矯正缺陷→檢查驗收”的流程，必須嚴(yán)格執(zhí)行制作安裝流程，避免出現(xiàn)“豆腐渣”工程。動態(tài)化調(diào)整與優(yōu)化執(zhí)行方案，不斷提升方案的精細(xì)化水平，提升金屬結(jié)構(gòu)閘門制作安裝的整體質(zhì)量。

5 結(jié)語

金屬結(jié)構(gòu)閘門在現(xiàn)代水電站中的應(yīng)用十分廣泛，為全面提升金屬結(jié)構(gòu)閘門的質(zhì)量，確保水電站的整體質(zhì)量，防止水電站在運行過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題，要在金屬結(jié)構(gòu)閘門的質(zhì)量控制過程中，做好準(zhǔn)備工作、清理工作與環(huán)境分析等，采取綜合手段，提升金屬結(jié)構(gòu)閘門制造的可靠性與合理性。

參考文獻

[1] 田國政.基于Ansys Workbench的流固耦合下不同開度弧形閘門應(yīng)力變形分析研究[J].水利科學(xué)與寒區(qū)工程，2020，3（2）： 62-67.

[2] 楊微，劉彬.基于ANSYS workbench的哈達山溢流壩弧形閘門受力分析[J].水利建設(shè)與管理，2020，40（10）：21-27.

[3] 張明祥.溪洛渡右岸大型弧形閘門支鉸裝置整體安裝技術(shù)研究[J].水利建設(shè)與管理，2021，41（11）：17-22.

[4] 王孝海，羅剛，黃紀(jì)村，等.白鶴灘水電站泄洪洞進口弧形閘門安裝關(guān)鍵技術(shù)[J].水力發(fā)電，2020，46（9）：106-110.

[5] 張龍.基于靜力場、動力場下田心節(jié)制閘鋼閘門支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計分析研究[J].甘肅水利水電技術(shù)，2022，58（2）：54-59+64.