不锈钢复合面板弧门制作及焊接质量控制研究分析

柯 灵，苏 坤

(四川省眉山市彭山县水电七局有限公司水工机械厂，四川眉山 620860)

1 工程概况

苏丹罗赛雷斯项目低位泄水孔弧门由不同厚度、材质的复合型钢板组合而成，同时该项目的弧形闸门门叶结构尺寸较大，且面板为不进行加工的弧门。该弧门为潜孔式弧形闸门，焊缝密集，集中在面板一侧，分布不对称且焊接量大，门叶外弧半径为14.5m，门叶共分4节，单套门叶总重约132t，其中门叶结构重40.3t，支臂结构重达50.4t，两支铰总重41.5t。弧门质量要求严格，弧门面板曲率半径要求在0～3mm。

2 技术难点分析

a.苏丹罗赛雷斯项目低位泄水孔弧形闸门门叶结构尺寸较大，且由于弧形面板不需要加工，如何控制门叶结构焊接变形是闸门制造的一大难题。

b.苏丹罗赛雷斯电站低位泄水孔弧门，共制作3套。单套重量约为134t，其中门叶结构约为40.3t，支臂结构约为50.4t，两支铰总重约41.5t，如何进行闸门总组装，也是闸门制造的一大难题。

c.罗塞雷斯低位泄水孔焊缝密集，集中在面板一侧，分布不对称且焊接量大。在其他梁系部件与面板焊接时，由于受热不均匀，门叶会产生较大的挠曲变形和应力集中，同时面板会产生凹凸不平，会影响产品结构尺寸的准确性。

3 质量保证体系

严格按照工艺文件和制造规范要求加工制造，如果对工艺措施有新建议，需经工艺人员或总工办批准后方能修改。设备出厂前，按规程规范的规定进行总装检验(包括部分组装检验)。班组在自检合格的基础上，向质检递交设备出厂验收申请报告，由质检科报监理工程师审批。由质检准备出厂验收资料，内容至少应包括:设备概况、主要技术参数、供货范围、检验依据、检测项目及允差、实测值、检验方法及工具仪器、主要测量尺寸示意图、必要的列表及说明等。

4 制作工艺要点分析

4.1 门叶结构制作

4.1.1 门叶制作工艺流程

门叶制作工艺流程:部件下料→面板制作、调弧、放样→主纵梁组装、焊接及矫形→次梁制作、矫形→支臂前端连接结构组装、焊接及矫形→主纵梁、次梁及与面板装配、焊接→底、侧、顶水封座板装配、焊接→吊耳装配→门叶解体→门叶单节矫形→机加支臂前端连接结构连接板→配钻水封螺孔。

4.1.2 门叶质量控制要点分析

a.因门叶面板材料的特殊性，无法最后修边，在面板加工时已将面板的焊接及矫形收缩量考虑在内，整体尺寸加工到位，所以在门叶放样及装配过程中严格控制门叶整体的各项尺寸，焊接及矫形完成后不再进行修边。

b.面板铺板时，与面板接触采用不锈钢板连接，并加固牢靠。拼缝焊接完成后应对面板内弧的弧度及横向直线度进行仔细的复检，然后进行主纵梁及其他零部件的装配。装配主纵梁之前必须采用样板先检查主纵梁腹板的弧度，对弧度有偏差的部位进行修磨后再进行装配。

c.门叶总装时，门叶外弧曲率半径控制、门叶宽度尺寸及侧边的直线度、侧水封座板的跨距及平面度、门叶底缘直线度为重点控制尺寸。(为了防止门叶因焊接的变形，在主纵梁后翼外侧横向增加加固支承)。

4.2 支臂结构制作

4.2.1 支臂制作工艺和流程

支臂制作工艺流程:部件下料→支臂工字梁制作、裤裆板整体制作、连接杆及斜撑杆制作、节点板制作→支臂整体放样大组装→支臂连接板焊接→支臂连接杆及斜撑杆配钻孔→支臂连接板、后端板划线→支臂解体→支臂连接板、后端板机加。

4.2.2 支臂制作注意事项

a.支臂先分别装配零部件，焊接及矫形完成后进行整体大组，大组时先不装焊斜撑花架，只将支臂结构2、3的主梁、支臂结构1(裤衩结构)及之间的连接板进行大组，按图调整合格后进行连接的板焊接，完成后划连接板端面机加线、拆组，并进行连接板的矫形及机加工工作。最后再次整体回组装配花架及连接板。

b.支臂结构2与支臂结构3之间的花架及连接筋板大组配钻后不进行焊接，但必须在每个组装部位用样冲打上明显的装配标记及编号。

c.支臂前端连接板，在弧门整体大组后进行支臂前端的修切及前端板的装配。装配时根据相应部位门叶工作面的曲率半径，留5mm的焊接收缩量及机加余量，待前端板焊接完成后，再实测前端板的机加余量，并进行相应的画线及机加。

4.3 门叶、支臂、活动铰整体大组装流程

门叶、支臂、活动铰整体大组装流程:在整体大组平台放出地样并用样冲油漆标识→吊装支臂、铰座(吊装前，活动铰与支臂先组装)按地样调整支臂垂直度、两轴孔同轴度、中心距等，用型钢加固，再复查轴孔同心度→吊装第一节门叶调整两侧高度及面板的曲率半径，合格后与支臂用拉板加固→再逐步吊装第二、三、四节，并调整加固→门叶整体验收→焊接支臂前端板→前端板焊缝探伤，划出支臂前端板机加线→编号→拆卸-支臂前端板机加→门叶、支臂、活动铰二次整体大组装→验收→拆卸→打磨→防腐→包装。

5 焊接质量控制

本项目弧门门叶面板为Q345B＆022Cr17Ni12Mo2的复合板，拼板缝内弧设U形坡口，外弧设V形坡口，焊接时过渡层选用A312的焊条，不锈钢面层焊接采用A022的焊条，焊接时严格按照厂家提供的焊接工艺进行施焊。其他部件材料为Q345。每节门叶面板由3件复合钢板拼焊而成。门叶主梁为纵T形梁，横梁为分段的L形次梁，焊接后产生变形较大，面板两侧容易向上弯，横向直线度就达不到要求。

因面板为复合板，火焰矫形容易造成面板分层。尽量在门叶焊接完成后不使用火焰对复合板进行矫形，但焊接变形不宜控制，从而门叶弧度变得更加不可控制。一旦超标，焊后矫形处理将耗费大量的人力物力以及设备材料等，并且严重影响施工进度。

因面板材料的特殊性，无法最后修边，在面板刨边时将面板的焊接等收缩量考虑在内，整体尺寸加工到位。为达到弧度控制满足设计要求，提出在面板调弧工序，控制好直线度和高差，面板两侧点比中间点低2～3mm;门叶整体对装时控制好对装间隙;门叶焊接时提高一次合格率。

5.1 焊接工艺评定及焊接注意事项

根据现行DL/T 5018—2004规范，并结合苏丹罗赛雷斯项目工程对质量的要求，制定了弧形闸门焊接规范(焊接施工质量检测标准)。弧形闸门焊接前进行了焊接工艺评定。结合评定结果及现场实际情况。要求在施工中必须遵循:

a.门叶装配检查合格后开焊，焊接时按照先焊立焊，后焊仰焊，再焊平焊，并从中间向四周延伸的原则进行施焊，即先焊水平L次梁的立焊(两侧纵主梁外侧L次梁的立焊先不焊接)、支臂延伸板翼板与纵主梁腹板的立焊，再焊主纵梁与面板的焊缝，最后焊L形次梁与面板的角焊缝。焊接过程中采取分段退焊、小电流、多层多道焊。

b.闸门整体焊接时，施焊人员应该配备焊接技能较强的焊工进行焊接操作，并且焊接人员应尽量保持固定。焊接过程中焊接技术人员及质检人员应及时跟踪检查其焊接质量，对焊接质量较强的焊工及时进行调整或更换。

c.吊耳板与门叶焊接，吊耳板与面板相接的焊缝要求焊透，焊接时主要控制其焊接变形及保证焊缝内部质量，焊接过程中控制其层间温度不得高于100℃，多层多道焊层间应仔细清理，尽量保证一次探伤合格。

5.2 横向收缩变形及角变形

工件在热源作用下产生垂直于焊缝方向的横向膨胀，此膨胀受外部拘束而被限制即产生横向压缩塑性变形，在冷却过程中不能完全恢复而产生横向收缩变形。低合金钢对接、角焊缝每1m引起的横向收缩量为ΔB。板厚12mm时，通过计算沿高度方向每条焊缝平均收缩2.0mm，因弧门钢板厚及结构的变化，在实际施工中焊缝收缩量为1.8～2.3mm。高度方向总收缩量为19～23mm。

由于焊缝横向收缩力大小及力到门体惯性中心距的不同，产生的力偶大小不同。这势必使门体向上游或下游方向倾倒。通过理论公式初步计算出向上游倾斜率为0.3～0.5mm/m。

6 展望及建议

由于苏丹罗赛雷斯项目弧门面板曲率半径要求在0～3mm，非机械加工的面板，再加上面板材质特殊，焊接变形难以控制。为了保证焊接质量，开焊前做了工艺焊接试验，严格按照规范要求采集焊接参数，通过射线检测结果调整参数，选取最合适的焊接数据，调整控制侧面水封及座板的间距、支臂四条腿位置等，为通过验收打下坚实的基础。

a.在苏丹罗赛雷斯项目弧门的制造加工过程中，秉着对工程“高质量、高效率、高品质”的作风，完善落实质量责任制与各项管理制度，努力完善施工工艺，用科学的工艺来保证质量。

b.罗赛雷斯项目业主、监理及执行工程师对闸门各部位尺寸进行反复的检验，对闸门的焊缝进行了细致的检查。结果表明，所有测量尺寸均满足规范及设计要求，所有焊缝质量均达到了验收标准。

c.实践证明，上述技术措施是行之有效的，苏丹罗赛雷斯项目弧门制造加工工艺与控制的成功经验值得在同行业借鉴与推广。■

1 张民.大型弧形闸门制造焊接技术及质量控制［J］.水利水电施工，2009(1):12-15.

2 张建中，方子帆，李丽丽.黄河康扬水电工程弧形闸门焊接工艺浅析［J］.水工机械技术，2010(2):24-26.

3 DL/T 5018—2004水电水利工程钢闸门制造安装及验收规范［S］.