黄山市新安江钢坝闸拐臂及底轴管制造工艺浅析

□王孝虎（安徽水利开发股份有限公司）

黄山市新安江钢坝闸拐臂及底轴管制造工艺浅析

□王孝虎（安徽水利开发股份有限公司）

黄山市新安江钢坝闸是目前国内总跨度最大的钢坝闸，全长257m。钢坝闸是近年来逐渐兴起的一种新型景观闸，因其具有闸门开度无级可调、操作方便、启闭灵活、方便调度、工作隐蔽利于形成城市景观的特点，越来越多地用于城市水利枢纽。钢坝闸闸门为平板钢闸门，采用底轴驱动的方式，闸门在开启状态时，水流流过闸门可形成瀑布景观。钢坝闸的拐臂和底轴管作为主要受力构件之一，结构、工艺复杂，是制造过程中的技术难点。文章着重介绍拐臂和底轴管的制造工艺，以期对同行有所帮助。

拐臂；底轴管；焊接；消应处理；机加工

一、概述

黄山市新安江中心城区延伸段湖边枢纽工程位于中心城区已建翻板坝下游2.85km处，枢纽由钢坝闸、垂直升降式船闸及水电站三部分组成，其中钢坝闸全长257m，共五孔，每孔净宽42.6m，活动坝高4.8m。钢坝闸采用底轴驱动的方式，主要由门叶、底轴管、拐臂、轴承及轴承座等组成，闸门叶外形尺寸为宽42.6m×高4.8m，拐臂外形尺寸为长5200mm×宽2200mm×高740mm，底轴管分4节，由直径为φ1500mm的两根短管和两根长管组成，长度分别为980mm和22890mm。门叶通过焊接到闸门纵梁上的底弧板和底轴管螺栓紧固连接，底轴管两端和拐臂连接，通过液压启闭机工作带动拐臂运动，驱动底轴管旋转从而完成闸门的启闭工作。

二、拐臂制造工艺

（一）工艺分析

拐臂为箱形结构，由面板、腹板、锁定吊耳板组成，总重量20.13t，拐臂通过吊轴与液压启闭机连接，通过连接轴、法兰和高强螺栓与底轴管连接。面板与法兰的螺栓孔配钻铰制内镶抗剪套，面板和法兰接触面需精加工，面板厚度为120mm。腹板厚度为100mm，由一个圆弧段和两个直线段组成，其对接焊缝及其与面板之间的角焊缝均为一类焊缝。因设计图纸对拐臂上下轴孔同心度、同轴度、中心距以及26个铰制螺栓孔尺寸偏差都有较高的要求，同时厚板焊接存在较大的内应力和变形，故如何控制以上关键是几何尺寸的精度。如何保证焊接质量和控制焊接变形是制造过程中的关键，如果采用整体拼装焊接后再用大型铣床、镗床加工的工艺，势必大大增加成本，本方案结合公司自有设备情况，制定相应的工艺流程。

（二）工艺流程

1.施工准备

本构件存在厚板焊接，焊接坡口按《水利水电钢闸门制造及安装规范》（DL/T5018-2004）的要求制作，焊接前进行焊接工艺评定试验，制定焊接工艺指导书。

2.材料

设计腹板为δ100mm钢板、面板为δ120mm钢板。为了保证面板和法兰贴紧，下料后对拐臂面板用铣床进行加工，保证面板不平度＜1.0mm，考虑加工余量，面板选用δ125mm钢板。为减少材料损耗，所有材料经计算后，均采用定长定宽钢板。

3.腹板制作

腹板分三节制造，两段直节、一段弧形。为了保证焊接质量，便于层层焊道间焊渣、灰尘等杂物的清理，保证焊工一次性施焊成功，采用XBJ-12m铣边机制造工艺坡口，坡口形式为双边J形，留2mm钝边；弧段采用卷板机卷制并进行热处理。

4.面板和法兰制作

采用数控切割机下料，将面板和法兰先单面进行机加工，使其不平度误差＜1mm，然后点焊在一起采用数控镗床对上下轴孔和26个螺栓孔（φ110mm）进行配镗加工，这样既保证了上下轴孔中心距也保证了同心度。内圈10个螺栓孔加工尺寸偏差为0～-35μm，外圈16个螺栓孔加工尺寸偏差为0～+35μm，镗孔后采用铰刀配铰到设计偏差，以满足和抗剪套（材质40Cr）的装配要求。

5.焊接方法

为了保证上下面板轴孔同轴度，采用焊接时装配假轴的工艺措施保证；并且在上下面板之间搭设临时支撑，温度低于0℃时，焊前对焊缝周围进行预热，焊后在箱体内放置4台小太阳电热扇保温。采用CO2气体保护焊，焊接时先段焊组拼，然后从弧段腹板中间向两边直段腹板施焊，焊接过程中仔细清理层层焊道内的焊渣，并注意观察有无气孔，如有，及时用碳弧气刨处理，严格按焊接工艺指导书要求进行焊接。

6.减少焊接残余应力工艺

由于构件采用超厚板焊接且是箱形结构，在焊接过程中工件内部产生大量残余应力，对工件长期稳定性造成不利影响，因此应采取措施有效减少焊接残余应力。根据类似工程成功经验，采用振动时效工艺进行消应处理。

三、底轴管制造工艺

（一）工艺分析

底轴管分为长短两种，长轴长22890mm，短轴长980mm，直径φ1500mm。底轴管为焊接件，为节约投资，长轴根据受力大小，采用80mm90mm100mm三种不同厚度的钢板断面，其环缝和纵缝均要求一类焊缝；短轴采用100mm厚度断面。因钢板较厚，焊缝集中，焊接应力较大，需要消应处理。长短底轴管均需装配轴承座，为安装方便，在轴承座安装位置采用贴焊不锈钢板的方法预留凸台。长轴设封水座板，封水座板处采用贴焊3mm不锈钢板，长轴与闸门连接底弧板孔数较多，且为盲螺栓孔，需配钻后攻丝；短轴没有封水座板和螺栓孔。根据以上特点，考虑每边10mm的加工余量，短轴选用120mm的钢板卷制，长轴选用100mm110mm120mm的钢板卷制，整体拼焊后整体退火消应。加工设备选用CK61250×24车床，管外径加工至设计尺寸后，贴焊不锈钢，然后再整体加工至设计尺寸，最后进行长轴配钻攻丝。

（二）工艺流程

1.施工准备

根据构件特点，编制施工工艺，进行焊接工艺评定，编制焊接指导书。按施工工艺要求采购材料，其中主材选用定尺钢板。

2.焊接

钢管的环缝、纵缝均为一类焊缝，分节处坡口均按焊接工艺指导书要求机加工成双面J形坡口。为了保证焊接质量和效率，环缝、纵缝均采用摇臂式埋弧自动焊机焊接，焊接完成后经无损探伤检测，对局部存在缺陷的地方，进行处理并复检合格。

3.消应处理

由于底轴管尺寸超长，焊缝环纵交错，经方案比较论证后采取整体退火工艺进行内部残余应力消除处理。退火工艺：退火温度600℃左右，入炉时炉内温度低于300℃，加热速度≤220×25/δmax℃/h，保温时间按每毫米 2～2.5min，且≥30min，保温时各部温差不得超过50℃，冷却速度不超过260×25/δmax℃/h，炉温降至300℃以下出炉空冷。

4.机加工

底轴管成形外径为φ1500d10mm，加工后须保证直线度误差≤5mm，采用CK61250×24车床，加工后经检测直线度≤2mm。在钢管粗加工好后，底轴管不下车床，在底轴管表面轴承座部位和闸门与底轴接触封水部位采用梅花孔布置法贴焊δ=5mm不锈钢，贴焊严实后，继续用车床对贴焊的不锈钢板外圈加工至设计尺寸φ1506d8mm。

5.钻孔、攻丝

由于底轴管是圆形且尺寸较长，单个钻孔后再移动设备，必将耗时耗力，因此采用加工作业流水线的方式。在地面铺设轨道，制作一架手电两用可移动平台，将钻床架设在平台上，构成长距离移动式钻床；将底轴管安装在4个由小滚轮制成的支撑架上，将卷制好的底弧板划线点焊固定在底轴管上；这样就可实现利用移动钻床配钻一排光孔后，然后利用门机吊转或者用手拉葫芦即可转动底轴管钻打下一排光孔，螺栓孔采用机铰的方法加工，与光孔加工流水作业。

四、经验与总结

一是本工程根据拐臂和底轴管不同的特点，采用了不同的消应方式，保证了质量，节约了投资，加快了工程进度；二是经过多方论证、选用合适的加工设备以及采用合适的加工工艺流程，是保证工程质量和节约成本的重要方法之一；三是专家论证的重要性。本工程的设计创多项国内首创，没有经验借鉴，在图纸设计完成后，组织专家进行论证，减小了加工工艺的难度，并大大节约了投资。如底轴管原设计为整体镀铬，经专家论证后改为贴焊不锈钢板，仅此一项就节约投资300多万元。

2010-06-17