水利水电工程金属结构制作焊接工艺分析

刘鑫

摘 要： 随着经济的发展，我国的水利水电行业的发展也有了改善。压力钢管和钢闸门是水利水电工程中的主要金属结构，其中钢闸门又包括了平面钢闸门和弧形钢闸门两种类型。在不同金属结构制作焊接当中，所采用的工艺方法也存在较大的差异性，只有明确工艺方法的不同要点，才能够促进焊接水平的提升，防止金属结构在使用中出现较大的质量问题。尤其是在当前市场竞争逐渐加剧的趋势下，企业只有不断提升金属结构的质量，才能保障水利水电工程的运行效率，在创造巨大经济效益的同时，为社会生产生活的正常运转奠定基础。施工时应该明确金属结构焊接中的一般规定，包括焊材的储存方法、电源选择和焊接条件控制等。与此同时，还要加强对金属结构焊接质量的检查，防止焊接中存在较大的问题，对后续使用造成影响。

关键词： 水利水电工程;金属结构;制作焊接工艺分析

【中图分类号】TV547.6     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）04-0188-01

引言：近年来，我国大型、巨型水电站不断增多、水工金属结构趋于大型化、大尺寸、大体积、大参数等类型不断涌现。钢材类型和焊接材料也层出不穷，新的焊接方法不断涌现。文中概要介绍一些钢材和焊接材料的应用发展情况和采用的焊接方法。

1 大型水电部件焊接结构和焊接特点

目前，在汽车、通用机械、工程机械、钢结构等制造中，智能化焊接机器人得到了广泛的应用。焊接的对象主要有以下几个特点：工件容易发生变位、尺寸较小、焊缝处具有开放性、批量成形与装配精度较高、焊缝坡口形式简单、焊道轨迹简单。这些特点可以使智能化焊接机器人充分发挥出自身的优势，定位准确、重复运动精度较高。通过把离线编程与在线示教相结合，可以满足焊接的需求，可以有效提升焊接的效率和质量。但在大型水电部件制作中，由于大部分大型水电部件属于单件和小批量结构件，往往带有尺寸较大、质量偏重、结构更加复杂的特点。这对智能机器人的性能提出更高要求，需要在一些特殊位置进行多层多道焊接，如平焊、立焊、横焊等，焊缝的厚度需要保证在200毫米以上等。

2 水利水电工程金属结构制作焊接工艺

2.1 半封闭空间厚板多层多道异行曲線机器人焊接技术

部分大型水电部件的结构属于回转结构，容易构成一个半封闭空间和封闭空间，通过焊条电弧焊、半自动焊，没有办法实现焊接的可视性、操作性、可达性。因为大型水电产品工件需要有预热阶段，对于焊工的要求较高，非开放空间中不能对有毒有害的物质进行有效排除，从而严重影响到焊工的身体健康。而半封闭空间厚板多层多道异行曲线机器人焊接技术可以有效解决这些问题。半封闭空间厚板多层多道异行曲线机器人焊接技术，可以实现在狭小空间，不发生碰撞和不限位的前提下，进行运动。并且，还可以实现程序修正，变换焊接的姿态。因为焊接姿态对焊缝的成形有着直接的影响，并且也对下一焊道的排布有着一定的影响，通过半封闭空间厚板多层多道异行曲线机器人焊接技术，可以使多个焊道的焊接姿态保持一致。此外，半封闭空间厚板多层多道异行曲线机器人焊接技术在选择焊接参数时，需要具有丰富经验的焊工进行指导，结合已有的焊道排布，对焊接参数进行调整，使其可以实现焊道排布，从而保证半封闭空间厚板多层多道异行曲线机器人焊接技术可以有效提升焊接的质量和效率。

2.2 闸门门叶、闸门埋件及启闭机机架

（1）闸门门叶的焊接结构用材质为Q235B，Q355B，Q390B钢。国外某些潜孔式弧门面板，采用奥氏体或马氏体不锈钢材质或不锈钢复合钢板制作，或由复合板制造厂供货不锈钢复合钢板或钢闸门制作厂采用塞焊复合。门叶设计主要是控制闸门门叶主梁刚度和防失稳。（2）闸门门槽埋件，其结构形式主要分两类：焊接件和铸钢件。焊接件材质选用Q235B，Q355B钢等，其水封座板和轨道踏面均选用不锈钢，如06Cr19Ni10（S304），06Cr17Ni12Mo2（S316）。铸钢件主要用于制作承受压力的主轨。材质常用为碳素铸钢ZG270-500，ZG310-570，ZG340-640等和中碳合金铸钢ZG35Cr1Mo，ZG42Cr1Mo等。铸钢主轨道与护角等轧制件的连接，目前多为螺栓连接，个别仍采用异质不锈钢（Cr25-Ni13型）焊接材料焊接。

2.3 压力钢管的焊接工艺

压力钢管是水利水电工程中的另一重要金属结构。若管子采用手工电弧焊，在焊接过程中应该进行开坡口处理，对于根部缺陷问题进行控制。对于管子端部进行切割斜边处理，1～2mm为钝边尺寸，并控制斜边角度在30～50°之间，在加工过程中利用火焰或者机械设备。1～3mm为两管组对间隙的合理范围，避免其中有异物的填充并清理坡口周围。及时清理焊缝坡口面和坡口两侧的氧化皮、铁锈以及毛刺等，是保障焊件组对质量的关键，清理范围为10～20mm。在处理相同厚度管节的对接焊缝时，应该控制纵缝尺寸在2mm以下，环缝尺寸在3mm以下。在对焊缝进行点固时，小管点数通常为1个，在斜平或者平面位置上开展点固处理。中管点数通常为2个，也是在斜平与平面位置中进行点固。大管的点固数量通常为2～4个，3～5mm为点固高度的合理值，15～30mm为点固长度的合理值。既要防止点固高度不足引发的开裂问题，又要避免点固高度过高影响第一层焊接。在焊接引出板与引弧板时，将其设置于焊缝的两端，并保持与焊缝相同的坡口尺寸、材质和坡口型式。若引出板与引弧板采用埋弧焊，应该控制其尺寸在50mm×100mm以上;若引出板与引弧板采用手工电弧焊，应该控制其尺寸在40mm×50mm以上。在焊接钢管的过程中，应该在水平位置进行有效支撑，然后开展立焊、仰焊和平焊等操作。确保第一层能够焊透，是单面焊双面成形焊缝中的关键点，避免出现低强度塌腰和焊瘤。根据焊接位置的不同，合理调整焊接高度与运条角度，以确保钢管焊接的质量。为了能够保障焊接时熔化的均匀性，热量的控制可以通过合理摆动焊条来实现，尤其是在不能有效调整焊接电流的情况下，这种方式能够提升钢管焊接的质量。

结语：通过对水工金属结构的结构形式、主材、焊接材料和焊接方法的应用情况介绍，从而对从事本行业的人员，如何选择主材材质、选择焊接材料和采用什么焊接方法，具有一定的指导意义和借鉴参考作用，可防止质量事故的发生，并可降低施工成本。

参考文献

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