水工钢结构闸门焊缝质量控制与检测

李 健

（中国水利水电夹江水工机械有限公司，乐山 614100）

在水工钢结构闸门的制造和安装过程中，焊接作业是不可或缺的重要一环。焊接质量对闸门质量乃至整个工程质量具有直接影响，因此需要在闸门制造和安装的整个过程中做好各个焊接环节的质量控制与检测工作，科学确定焊接作业工艺参数，规范落实焊接作业技术措施，有效检测焊缝质量缺陷与隐患，从而全面保障焊接作业的整体质量。所以，研究水工钢结构闸门焊缝质量控制与检测措施具有重要的现 实意义。

1 水工钢结构闸门焊接流程与工艺技术

1.1 主梁的焊接技术措施

水工钢结构闸门焊接流程，如图1所示。在主梁焊接作业时，下料应在长宽方向适当留余量。为保证主梁前翼板与面板贴合，需在组焊前对前翼板进行压弧处理。为减少焊接量和变形量，使用卷板机卷弧工艺时应加设简易工装，前翼缘板下料后直接压弧，以减少拼接焊缝，降低焊接作业成本。为对主梁翼缘与腹板组合焊缝焊透，可使用双面焊接，先组合后翼缘、腹板、隔板，再拼装前翼缘板。内侧可使用药芯焊丝气体保护焊，外侧可使用埋弧焊。组合焊缝可采用J形坡口，使用铣边机加工坡口。

1.2 边梁的焊接技术措施

上边梁腹板下料使用数控切割机，主梁与边梁腹板间的连接焊缝坡口需经刨边机加工，对腹板与翼缘用埋弧焊焊接。焊缝无损检测合格后，需要对边梁用钢翼缘矫正机调形。中间边梁与下边梁腹板、翼缘同样采用数控下料方式，先焊接腹板内侧焊缝，然后拼焊翼缘，翼缘板与面板贴钢衬垫开单面坡口焊接。隔板与边梁连接处焊缝，由翼缘板开塞焊槽，采用二氧化碳气体保护焊。边梁虽然较窄，但焊接工作量大，需要注意控制好焊接电流和加固措施，避免变形影响门页尺寸。

1.3 支臂的焊接技术措施

闸门支臂需双面焊接，腹板与翼缘板内侧可使用二氧化碳气体保护焊，外侧采用埋弧焊方式[1]。单个构件焊接检测合格后进行整体拼装，记录几何尺寸。由于内侧焊接作业空间狭窄，需要注意密闭空间的安全性，可采用离心式抽风机提升空间通风除尘效果。外侧焊缝可使用悬臂式埋弧焊机，借助液压翻转架可实现自动焊接、自动校准以及自动回收。支臂拼装焊接后，可在支臂前端留切割余量，待完成门叶整体组装后确定支臂长度，再焊接支臂与主梁前端板。

1.4 纵梁的焊接技术措施

纵梁腹板使用数控下料，与边梁腹板连接焊缝进行刨边加工，对腹板与翼缘用埋弧焊，焊接后用矫正机调形。纵梁与主梁翼缘板间为探伤焊缝，需要开单边V形坡口，在整体焊接时对背面清根焊透。

1.5 整体焊接技术措施

闸门门叶整体焊接工艺较为复杂，需要考虑每个门叶焊缝的质量，针对性设计坡口预热、焊接方法，避免门叶变形[2]。在实际焊接作业时，通常采用对称焊、退步焊等方法。在施焊过程中进行检测，根据检测结果实时调整工艺，将门叶变形控制在允许范围内。这需要密切关注门叶变形情况，安排专门人员做好全程测量和记录工作。门叶焊接采用从中间向四周扩散的焊接顺序，即先焊接纵梁与主梁后翼板对接焊缝，再焊接边梁与主梁腹板焊缝，然后按照纵梁与主梁腹板焊缝、次梁与面板角焊缝、纵梁腹板与面板角焊缝、主梁与面板角焊缝、边梁腹板与面板焊缝等顺序施焊。焊接作业后，需要检查焊缝外观和形位尺寸，再对焊缝进行无损检测。考虑到门叶刚性较差，需要在拆下胎模前在边梁、纵梁间用型钢临时支撑。

2 水工钢结构闸门焊缝质量控制措施

为了保证水工钢结构闸门焊缝质量，应配备一支高水平的焊工队伍和检验人员。焊工需要取得相关部门颁发的胜任水工钢结构焊接作业的焊工证书，且焊工证书需在有效期内，并与所焊钢种、焊接位置相符。检验人员则需具备无损检测人员资格证书。此外，应制定适应钢结构闸门焊接作业的管理制度，包括准备工作规程、焊接工艺评定、焊接材料管理等制度内容，建立相匹配的工作程序和标准，编制焊接工艺规程和施工方案，严格审查焊接工艺设计，重点审查接头位置的能见度、焊接坡口形式等数据，确保焊接方法、材料选配得当，保证焊接工艺的可行性与经济性，并编制焊接施工工艺方案，为材料预处理、毛坯下料、坡口加工、焊接参数、焊接顺序以及焊后热处理等工作提供工艺指导。

2.1 原材料质量控制措施

焊接材料的采购、验收、存放、使用、回收均需严格满足焊接材料管理制度的要求，根据焊接材料标准执行相关工作，对焊接材料质量性能进行全程管控。包括焊材在内的所有原材料采购，应优先选择宝钢等知名企业的产品。原材料需与材质报告单等相匹配，满足构件下料尺寸。材料进厂时通过质量检验，方可验收。如果材料质量存在问题，需要进行复检。验收入厂后，焊条、焊丝等材料应存放于干燥、通风的环境，保持温度不低于5 ℃、湿度不超过50%。焊条由专人负责保管、烘烤和发放，实时监测烘烤温度，控制好低氢焊条的烘焙条件，做好过期焊条的处理等工作。闸门各个构件下料应按工艺料单采用等离子切割下料。梁腹板等构件下料尺寸完整，采用整块下料方式可减少焊缝数量，控制零部件对接产生的收缩变形和波浪变形。

2.2 坡口加工质量控制措施

闸门零部件需要进行校正和修边，加工焊接坡口。设计图纸中对于焊接坡口有明确标注，可以根据焊接作业需要适当调整焊缝。比如，采用双面坡口来替代单边坡口，将没有坡口的角焊缝变为双面坡口角焊缝。焊缝和坡口形状改变需要结合所用板材焊接特性和焊接方法施焊规范，以减少焊缝尺寸、使焊缝两侧木材均匀分布为目标，避免因两边热扩散不均匀出现变形[3]。

2.3 焊接工具质量控制措施

在闸门焊接作业中，焊接工具的选用也十分重要。不同设备的特点和适用范围各不相同[4]。自动焊接和手工方式相比，通常加热更加集中，产生的变形较小，但对焊接环境空间有要求。闸门焊接可以采用二氧化碳气体保护焊，而同种焊接方式下，焊接电流、电弧电压越大往往焊接变形也越大，焊接速度越快则焊接变形越小。因此，建议使用低电压高速的二氧化碳气体保护焊来控制焊接变形。在实际工作中，需要结合所用板材焊接特性等因素，考虑使用自动焊接、半自动焊接或手动焊接。在闸门不同构件的焊接作业中，往往使用不同焊接方式。

焊接设备需要定人定机操作，加强设备的日常养护与检修，确保焊接设备处于良好的工作状态，并做好电流、电压等仪表的检定，避免因设备仪器自身问题影响正常施焊。在施焊前，往往需要使用刚性夹具固定翼缘板，对腹板和翼缘板组合加焊临时加强板支撑，在面板、梁系组焊中用刚性夹具固定面板，对焊接平台上的梁翼缘板两侧对称点焊固定等。合理利用临时支撑可以增加结构件的刚性，增强其抵抗焊接热变形的能力，减少焊接变形。这些临时支撑在结构件施焊冷却后拆除。

2.4 焊接环境的质量控制措施

水工钢结构闸门制作在厂房内完成，主要是室内作业，焊接作业受环境因素干扰较小。需要注意做好室内通风，并将温湿度等控制在适当范围内。闸门安装在工程现场露天作业，天气环境影响较大，需要加强对气候环境的监测，必要时加设防风设施等来降低环境因素的干扰。需要有效控制焊接环境，无有效防护措施的情况下，不得在雨雪、大风、低温、潮湿天气下施焊。必要时需要采取有效的防护措施，将焊接环境条件控制在正常范围内[5]。在施焊前，需要对焊条按要求烘焙，避免焊条受潮影响焊缝质量。

2.5 焊接顺序的质量控制措施

闸门焊接作业的大体流程要紧跟闸门制造与安装流程进行。比如，在闸门制造过程中按照先梁后梁系与面板焊接，再焊接止水座板等附件。在焊接作业过程中，通常按照由中间向四周的顺序或是两边对称施焊。此外，焊工要保证电弧对中或指向一致。

2.6 焊接应力的质量控制措施

在焊接作业过程中，应采取有效措施来消除焊缝应力，防止闸门构件在焊接时产生变形或开裂，保证闸门安装的尺寸精度和稳定性[6]。比如，可以采用由主机、激振器、卡具等构成的振动时效设备，由设备自动寻找工件共振峰值并合理确定激振频率，通过激振器使工件产生共振，减小和均化闸门焊缝内部应力。

3 水工钢结构闸门焊缝的质量检测方法

水工钢结构闸门焊缝质量检测按照工艺流程可以分为构件检测、门叶成形检测和整体验收3个环节[7]。构件检测即对制作完成后的闸门构件进行自检，主要检测构件外形尺寸、形位公差和焊缝外观，确保符合工艺标准后方可进入下一工序。门叶成形检测是在门叶组拼后对门叶外形尺寸和形位公差进行自检，并采用抽检的方式对焊缝进行探伤检测，根据不同级别焊缝要求进行抽检，全面通过检测后进行下道工序。整体验收是闸门安装后进行竣工验收，需要由专门机构全面检测闸门质量。

焊缝质量检测主要包含外观检查和无损检测两个部分，其中无损检测是重中之重，可以了解焊缝内部质量状况，排查焊缝质量隐患[8]。常规的无损检测方法是超声检测和射线检测，也是当前水工钢结构闸门焊缝检测的主流方法。超声检测利用超声波对焊缝缺陷产生的声波反射现象判定焊缝质量，对反射信号的接收能力要求较高；射线检测利用放射源发出射线来检测焊缝内部缺陷，对工作环境有特殊要求。除上述两种方法外，超声波衍射时差法等新的检测方法逐渐得到应用。超声波衍射时差法根据从焊缝内部结构得到的衍射能力衰减，可以定量、定位焊缝内部缺陷。与传统超声检测相比，它的信号强度和精度不受缺陷角度、形状影响，定位定量分析不依赖信号波幅。此外，它配用手动和自动扫查装置，可以避免传统超声检测的锯齿形动作，效率更高。同时，该方法可以记录和保存信号过程，能够提供信号处理的依据。然而，该方法也存在应用的局限性，适用于焊缝中部缺陷和方向性不好的缺陷检测，对表面附近缺陷可能存在盲区，还可能对气孔、内部未熔合等良性缺陷进行夸大显示，同时容易受现场噪声的干扰，会因扫查器尺寸限制较难检测T字焊缝、角焊缝等。可见，在水工钢结构闸门焊缝质量检测中，应结合实际情况，合理选用适宜的检测方法，提高无损检测的精确度，为后续工作提供可靠依据。

在水工钢结构闸门焊缝质量检测后，如果存在焊缝质量问题，应及时采取有效的处理措施，消除质量缺陷，保证闸门焊接质量。在焊接作业中，焊接热应力往往带来焊接变形问题，可以采用火焰矫正法矫正焊接变形。矫正过程中，需注意避免对焊缝质量产生负面影响。在焊缝质量缺陷的处理过程中，应严格按照质量标准评定缺陷程度。对于程度较轻的缺陷，要采取必要的处理措施。对于严重缺陷，应返工处理，以保证水工钢结构闸门的质量与使用寿命。

4 结语

水工钢结构闸门焊缝质量直接关系到闸门的质量性能。微小的质量缺陷也可能带来严重的事故，造成巨大的经济损失和安全风险。为了保证水工钢结构闸门焊接质量，需要构建完善的质量控制与检测体系，采取全面、有效的质量控制和检测措施。应根据闸门设计图纸和相关技术规范，合理选择焊接工艺，科学确定焊接工艺参数，制定焊接作业指导书，为焊接作业提供可靠依据，做好水工钢结构闸门制造与安装全过程的焊接作业质量控制工作。