钢闸门焊接变形原因分析及解决方法

衡杰

（中国水利水电第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830）

1.前言

目前，在我国水利建设项目工程中，钢闸门已成为水工建筑物的主要成份之一，由于钢闸门是由钢板、型钢、封水装置、支承装置、起吊装置等组合而成的水工金属结构，在制作焊接过程中易产生不同程度的变形，如操作不规范，方法不当，常常使闸门的变形超出规范要求，影响使用。如何才能有效的控制焊接变形减少到最低程度，提高闸门的质量，是工程技术人员共同探讨的话题。

2.存在问题

以某套闸为例，从对闸门的检测情况来看，闸门面板整体较平直，但局部变形较大，不尽人意。规范要求：板厚δ≤10mm则允许局部变形应≤6mm,而10mm<δ≤16mm的板,局部变形应不大于5mm。然而现场检测时发现,门体面板的不平度局部达到8mm左右,呈波浪形,见图（1）。这样不但影响了闸门的整体美观，而且也影响了其止水功能，目前的施工工艺，往往都经过几次喷火整平，既延长了制作周期，甚至会降低结构的承载能力。

图1 钢闸门面板变形

3.原因分析

3.1.焊接变形。闸门面板不平顺，局部超标的原因，我们认为主要是由焊接变形引起的。焊接是一种局部加热的工艺过程。焊接时，在焊接区附近产生不均匀的温度场，工件因温度升高而膨胀，继而冷却产生收缩。这种变化，由于接头附近复杂的约束力，在大多数情况下，不能随着温度的变化而自由膨胀和收缩。因此，在焊后冷却过程中，因焊接加热到压缩塑性变形部位，由于不能自由收缩而受到拉伸，这样在工件内部产生不均匀的内应力，使工件产生焊接残余应力和焊接变形。这种在焊接热循环过程中，焊接区附近的母材产生塑性变化是产生焊接残余应力和焊接变形的主要原因。另外，在熔化金属凝固时，母材的热膨胀产生收缩和塑性应变，也是形成焊接残余应力和焊接变形的原因。

焊接残余应力和焊接变形的大小，一方面取决于材料的线膨胀系数、屈服极限、比热和密度等材料性质，另一方面还取决于工件的形状、尺寸和焊接工艺。由此可见，闸门面板的质量控制，也就是焊接变形的质量控制。钢闸门构件焊接以后，一般都会发生变形，形态非常复杂，焊接变形不仅影响结构的尺寸精度和外观，而且会降低结构的承载能力。

3.2.焊接变形类型。焊接变形大致可分为下列几种：纵向变形、横向变形、回转变形、弯曲变形、角变形、波浪变形和扭曲变形。我们认为造成闸门面板变形的主要是弯曲变形和角变形。

3.2.1.弯曲变形。当焊缝不在构件截面中性轴上时，无论是纵向收缩，还是横向收缩，都会引起弯曲变形，见图（2）。

图2 弯曲变形

3.2.2.角变形。对接焊缝和角接T型焊缝都可能产生角变形。它是由横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布引起的。对接接头的角变形与坡口角度、焊接工艺等因素密切相关。坡口角度越大，角变形越大。角接接头的角变形与焊缝的焊角高度和板厚有关。焊角高度越大，角变形越大，因此，控制焊角高度大为重要。角变形见图（3）。

图3 角变形

4.解决方法

4.1.设计措施

1)选用合理的焊缝尺寸和形状。在保证结构强度的前提下，尽量采用小的焊缝尺寸。

2）尽可能地减少焊缝的数量，以减小焊接变形。

3）合理地安排焊缝位置。只要结构上允许#应尽可能使焊缝对称于构件截面的中性轴或接近中性轴。

4.2.工艺措施

4.2.1.刚性固定法。刚性固定法就是将构件加以固定来限制焊接变形。见图（4）。

4.2.2.反变形法。它是生产中最常用的方法，在装配时给予一个相反的变形，使之与焊接变形相抵消，焊后的构件能保持设计的要求。反变形的大小，一般根据经验或试验来确定。

4.2.3.改进焊接方法。选用热源比较集中的焊接方法可以减少焊接变形。例如采用CO2气保焊来代替手工电弧焊,可以减少变形。选择合理的焊接顺序不仅能减少焊接变形，而且能减少焊接内应力。焊接顺序遵循的原则是先焊对接缝，后焊角接缝。见图5。

图4 刚性固定法

闸门拼装合拢缝的焊接顺序

图5 焊接顺序(按图中数字顺序)

结语。在钢闸门制造焊接过程中，由于钢材的特殊性能，易产生不同程度变形，这就需要技术人员在制作钢闸门焊接过程中，按照规范要求选择合理的焊接方法，使焊接变形降低到最低范围，从而使闸门的质量达到预期的理想效果。

[1]徐海娜.平面钢闸门焊接变形的控制.焊接技术，2006.05.

[2]周海泉.浅谈平面钢闸门制造工艺焊接变形的控制方法.江西水利科技，2005.03.