大型弧形钢闸门质量控制难点工艺浅析

张艳霞

摘    要：本文主要基于笔者对相关文献研究以及自身多年工作实践情况下分析大型弧形钢闸门生产制造过程中的质量控制要点和难点，总结出了一套大型弧形钢闸门质量控制难点的技术工艺措施和具体施工方法，为同类型水工金属结构的加工制造提供参考。

关键词：水利工程;大型弧形闸门;质量控制

1  引言

某水利工程规模为大I型，其中水工金属结构分部工程主要由12孔20.0m×9.5m大型弧形钢闸门和12台套2×800kN固定卷扬式闭式启闭机组成，通过闸门调控，一次蓄水量可达5200万m3，可供6.07万hm2农田灌溉。弧形钢闸门主要包括底轨、侧轨、闸门门叶、支臂、支铰和止水结构等。各构件尺寸较大，单构件形位公差要求较严格，装配难度较大，止水技术要求较高，焊接变形量难以控制，需要针对各个环节制定具体工艺措施，保证产品使用功能。

2  质量控制难点分析

2.1  面板尺寸大，曲率半径难以控制

水利工程中闸门面板尺寸为20.0m×9.5m，曲率半径为20.0m，受限于板材尺寸的影响，需要多块板材拼装而成，易造成各板材之间拼接缝搭接不连续或与弧台贴合不紧密，从而不能保证面板弧度和局部平整度，影响止水效果和外观质量。

2.2  主梁收缩量计算误差大

工程主梁尺寸为20.0m×1950.0mm，板厚为20.0mm，根据传统经验总结，主梁收缩量一般为8/1000，考虑到主梁长宽比与以往主梁构件不同，经查阅相关焊接变形资料，主梁焊接收缩量需要重新计算，否则极可能影响闸门整体外观尺寸。

2.3  侧止水座板的焊接和钻孔

闸门止水直接影响整个工程的蓄水效果和闸门安全稳定，闸门漏水是一个比较普遍的现象和难题，由于止水间隙控制不当，止水橡胶与闸孔止水座板在启闭过程中造成损伤，微小的缝隙便会形成喷射，造成闸门功能降低，严重时能造成闸门振动。工程止水座板与以往弧形闸门不同，采用独立板与闸门面板焊接而成，整个止水结构用连接螺栓与座板连接，而座板焊接过程中容易造成局部变形，如果解决不了这个问题，那么在制造过程中就降低了对闸门止水功能的要求，相当于从源头上就没有解决闸门止水的技术问题。

2.4  焊后应力变形

受大型弧形钢闸门尺寸大所影响，这就导致其出现不少的焊接缝，并且加之板材厚度大，如此一来很容易产生焊后应力变形情况。而焊后应力变形会对大型弧形钢闸门强度与质量构成严重影响。所以这就要求我们必须做好大型弧形钢闸门焊后应力变形控制。

3  质量控制难点工艺方法

3.1  改变弧台搭设方案，保证弧门曲率半径

弧门制作焊接过程中，其不但会出现纵横两向收缩变形，并且沿径方向也出现有，这样一来便会导致大型弧形钢闸门拼接焊接后出现曲率变小情况。为此，应先确定制造曲率半径，在搭设门叶拼焊弧形工作台时按照计算出的曲率半径施工。在可调节弧台的基础上进行了技术改进，由于闸门宽度达到20.0m，为保证产品整体性和最小变形量，在原有弧台基础上加装支撑立柱，原弧台立柱间距为1.5m，改为0.75m，且尺寸更加精密，用水准仪和激光准直仪校核水平高程和直线度，保证最佳的面板贴合量，并且在间距1.5m的立柱上，每排设置5个基准点，以便制造过程中对面板曲率和弧度的校核，这种双重保证措施更好地保证了整个面板的局部平面度和曲率半径的准确性。

3.2  重新计算主梁收缩量

受到自动埋弧焊机自身条件限制，闸门主梁为20m长，只能采用分段焊接，这种焊接方式直接影响了主梁的焊后收缩量。由于主梁高度为1950mm，热传导率较之前的小型弧门主梁明显降低，特别在主梁的端部，热传导变化呈圆弧状，通过查阅相关板材在不同板厚下的对接焊焊接工艺过程进行数值模拟仿真，分析得到随着板材厚度的增大，板材的横向收缩量和纵向收缩量都是逐渐减小的，而角变形是逐渐增大的，为实现焊接过程中变形量的精度计算等提供了条件。经计算，主梁纵向收缩量采用6/1000，在高度横向方向上，套料前将主梁腹板前翼缘处绘制成圆弧状，圆弧半径为闸门曲率半径，在第一孔闸门制作完成后进行了测量，验证了本组数据和方案的准确性，为后续产品加工提供了理论支持。

3.3  侧止水座板施工工艺

由于闸门制造过程中分为上下两节，侧止水座板安装精度将直接影响闸门止水效果，主要有两种安装方案：方案一将侧止水座板点焊在图纸设计位置，闸门下弧台前止水钻孔，座板不分段，工地安装闸门是整体安装焊接侧止水座板。方案二将侧止水座板在闸门下弧台前整体安装，钻侧止水孔，校核完成后将侧止水座板分成两段，工地安装时两段对接，再次校核。方案比较：方案一制作难度较小，只需要保证止水座板的尺寸符合设计图纸，易于厂内施工，但在现场安装时难度加大，工地现场条件有限，焊接量过大，变形后不能及时采取应对措施，易造成座板不平整，出现渗水或漏水现象。方案二将座板焊接在闸门面板上，需要通过反变形法将座板和面板的变形量调整至设计尺寸后再进行钻孔，工地安装时只要保证两节闸门对接尺寸误差最小，既能保证止水座板的平整度，此方案更有利于保证闸门整体侧止水的水封效果，故选用方案二。

3.4  控制焊接后应力变形

我们首先要在焊接途中要尽量减少焊缝的数量，缩小焊缝的尺寸。焊缝的大小会直接影响焊接变形的几率。因此，焊接过程中必须要安排好焊缝的位置，还有尺寸的把握。如果遇到受力大的接头（丁字和十字），可以使用开坡口的方式。因為此方式更有利于减少变形的可能。使用适当的焊接方法，规范焊接方式。其次，优化焊接工艺法和工装模具法。这都是控制大型构建焊接变形的方法。这些方法在控制焊接变形的方法中是最常用的。也是减少焊接应力的常用方法。在大构件焊接过程中，要注意工艺设计和参数备选两方面。最好使用热输入量偏小的方法，比如像多层焊这类护焊方法。采用正确的焊接顺序，最好不要使用先外后内、两头到中间、先长再短的方法。最好让工件的受热情况均匀，不一样的材料在焊接的时候要使用不一样的焊接方法，去消除焊接应力。减小热输入量还得使用跳焊和分段焊的方法。在大构件焊接时必不可少的设备就是工装模具。工装模具有对工装和焊接变位机两种。使用这个设备一能提高生产效率，二能减少工人在劳动过程中的强度。

4  结论

从闸门尺寸和蓄水能力上讲，水利工程大型弧形钢闸门为近些年国内较为少见的工程案例，通过对本水利工程的成功实施，可为今后类似产品的制造提供一定的参考借鉴价值。

参考文献：

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