水电站泄洪系统的金属结构制作经验

2022-12-07侯明

现代制造技术与装备 2022年9期

侯明

（中国水利水电夹江水工机械有限公司，乐山 614100）

水电站泄洪系统的金属结构包括闸门、拦污栅及启闭机等设备设施，起到防洪、灌溉等作用。金属结构制作质量直接关系水电站泄洪系统的整体质量和运行效益[1]。泄洪系统的金属结构投资大、要求严、精度高，需要采取积极措施保证金属结构的制作质量，切实做好泄洪系统金属结构的制作与安装工作。

1 水电站泄洪系统金属结构的特点

水电站泄洪系统金属结构由多种金属设施构成。制作质量控制需要考虑多方面因素，才能取得良好的质量控制效果[2]。泄洪系统金属结构具有投资大、要求严、精度高的特点。水工金属结构受限于使用环境和施工条件，制作与安装难度大，且需要达到防腐蚀等要求，成本较高。水电站泄洪系统中的金属结构必须具备恶劣环境下长久、稳定应用的价值，因此对金属结构自身质量要求十分严格，必须强化金属结构质量控制力度，以满足水电站建设质量要求。泄洪系统金属结构制作与安装过程中的精度要求很高，公差允许值在毫米级，必须确保尺寸精度达到要求，才能有效保证建设质量[3]。

不同的金属结构对质量控制的要求也有所不同。闸门、钢管及埋件制作需要充分考虑材料、尺寸、焊接及防腐等方面的要求，还需要考虑不同结构间的配合尺寸问题[4]。水电站泄洪系统中不同闸门的作用各有不同。每个发电洞进口需要设置一个检修门槽放在检修门库中，用于闸门突发故障或发电机检修时起到挡水作用。检修门体由主梁、横梁及隔板等组成，两个主梁之间需要夹一个横梁。闸门需要分节制作，在施工现场拼接在一起后安装施工。快速事故闸门用于紧急情况下快速关闭闸门，不工作时挂在孔口上部。快速事故闸门门体同样由主梁、横梁及隔板等组成。主梁和横梁等井字排列，在加工制造后到施工现场焊接为闸门整体。溢流坝设置有弧形工作闸门，每个闸门前设有检修门槽，实现多个检修门槽共同检修闸门的目的。检修闸门由多个完全相同的叠梁门构成，使用双向门机提放和吊运，不工作时放在检修门库叠放。检修门由主梁、纵向隔板、横梁及梁端部接边柱等构成，在施工现场拼焊成叠梁门[5]。拦污栅由边框、栅条及横隔板等构成，用于阻拦水中垃圾与杂物。不仅要考虑材料、尺寸、焊接及防腐方面的要求，还要考虑拦污栅的互换性。启闭机用于控制闸门的升降作业，质量控制重点在于启闭机材质与结构。

2 水电站泄洪系统金属结构的制作方法

2.1 金属结构制作流程与方法

第一，在金属结构制作前，应做好技术准备工作。技术人员应充分理解招标文件、设计图纸等工程文件，制定金属结构工艺技术文件，规范金属结构制作环节与工序[6]。质监人员应依据招标文件、施工规范等制定各个工序环节的质监工艺文件。焊工等特殊工种人员需要持有职业资格证书，了解设计图纸与施工规范。根据金属结构制作需要，配备所需的设备、检验仪器等。设备仪器均需检验合格。

第二，对材料进行采购和验收。根据水电站泄洪系统金属结构制作的材料需求，制定材料采购计划，择优选择主材、消耗材和辅材的供应商签订采购合同。厂家供应的材料经检验合格后，方可入库存放[7]。技术人员根据金属结构设计图纸编制下料工艺单，结合以往技术经验，考虑焊接收缩量等因素，合理确定下料尺寸。以闸门为例，技术人员应预留一定的焊接收缩量和拼装余量、矫正收缩量。刨边加工的零件应在长宽尺寸上留10 mm刨边加工余量，闸门节点板、加强板等零件按工艺单尺寸下料并预留2 mm切割余量。在下料切割工序后，对零件进行矫正。

第三，构件拼装。技术人员编制构件拼装工艺，拼装中钢板错边量控制在0.2 mm以内。对拼装后的构件进行验收，及时发现并处理拼装问题。

第四，构件焊接。对检验合格的构件进行加强板点焊加固，再起吊到焊接区域焊接，可使用小车式埋弧自动焊。焊接作业后，对焊缝进行外观检查与无损检测，其中不合格的构件需要返修矫正。

第五，构件矫正。不合格的构件需到矫正区矫正，经过机械矫正或火焰矫正后重新检验，确保正面弯曲度等参数合格，达到金属结构制作工艺要求。

第六，整体拼装。在型钢搭设的组装平台上进行金属结构的整体大拼装。以闸门制作为例，将分节面板按顺序固定铺设在组装平台上，依次划出边梁、主梁等位置的拼装线，再依序按位置拼装边梁、主梁。拼装期间，使用水平仪、角尺等测量间距、垂度等数值确保各部件合格。检验合格后对各构件进行固定，再进行门叶的焊接作业。完成焊接后，检查焊缝外观和无损探伤检测。

第七，整体加工。在整体拼装和焊接质量检测合格后，将金属结构整体转移到铣加工平台进行整体加工。以闸门整体加工为例，使用铣床对止水垫板板面进行铣加工处理，对止水垫板高度、光洁度进行检验，再将闸门吊起面板朝上，划出止水垫板、滑道中心位置，对止水垫板进行焊接，铣出加工面，划出螺栓孔位并将螺栓孔钻出，使滑道就位。

第八，整体验收。由质检人员对金属结构进行整体检验，合格后将金属结构制作资料报送监造单位，配合监造方验收[8]。监造方验收合格后，将金属结构进行分离，并设置分节组对装置及编号，放到防腐区防腐。防腐检验合格后，报监造公司验收。

2.2 不同金属结构的制作经验

闸门是控制泄水通道开关的重要设施，可以拦截和控制水位。闸门包括闸框、闸板和启闭机等。在启闭机作用下，控制闸板与闸框的脱离和配合来实现闸门的启闭。在闸门制作过程中，闸门主滑块、水封座板面的平面度等会对闸门工作状态下的水封橡胶压缩状态产生影响，可能会导致水封橡胶压缩量过大影响使用寿命，需要予以特别关注。闸门异型件的下料应使用数控火焰切割机，绘制计算机图样并模拟组装，确保金属结构尺寸符合图纸要求，减少不必要的返工。闸门焊接作业时，先进行角焊缝施工。对称性焊缝可以两侧同时焊接，焊缝长度较大时，应采用从中间向两边焊接的方式。组装前，需要检验主梁、边梁及隔板等焊缝质量。

拦污栅制作中，下料前需要明确拦污栅各部件制作流程，对特殊部件进行特殊处理，并及时清除切割边缘的污渍。下料时，可以使用数控火焰切割机或半自动火焰切割机下料，采取必要的防护措施，尽量控制下料工艺的合理性，避免出现形变问题。要注意，对于制作工艺特殊的部件应实施相应的制作方式，避免因制作工艺不当引起变形等不良现象。下料过程中，应先清除切割边缘50 mm以内的油污杂质，及时清理切割下料过程中产生的残渣和飞溅物。要对加工操作面进行整理，避免操作面凹凸不平影响操作质量。焊缝坡口加工后，需要利用打磨设备进行打磨并涂漆保护，以避免坡口生锈，提升金属部件的防腐性能，延长使用寿命。完成下料流程后，应由质检人员进行检验并记录相关数据信息，通过检验后方可进入下道工序。在焊接作业环节，拦污栅制作通常使用手工电弧焊，而自动埋弧焊主要用于钢板拼接、梁水平角焊接作业。施焊前，焊接人员应了解不同闸门的特征和要求，需要根据金属结构特点确定焊接工艺。在焊接作业过程中，应严格按照工艺流程规范操作，保证焊接质量。

主滑块、水封座板面等特殊零部件的制作，需要考虑相关部件的特性，合理确定零部件的具体制作工艺。主滑块与水封座板面间的距离及平面度等参数，影响闸门水封橡胶压缩状态。如果压缩量过大会缩短水封橡胶的使用寿命，影响闸门的阻水功能。因此，下料时必须保证下料的精确度，采用数控火焰切割机对不规则形状部件进行下料。下料时应对钢板平面度进行检查，确保平面度达到标准要求，如钢板平面度不达标需要进行矫正。应结合特殊零部件的实际状况绘制精准的计算机图样，借助计算机完成零部件的模拟安装，以确保零部件材料尺寸、规模满足实际要求，避免后续焊接等作业的重复操作，提高特殊零部件制作及安装工作的质量与效率。特殊零部件焊接作业时，一般先对隔板、边梁及主梁焊缝进行焊接，再同时对两侧焊接。焊缝长度如果超过0.5 m，应采用分中焊接的方式，从中间向两端施焊。如果焊缝长度超过5 m，建议采用对称逆向分段的方式施焊，以保证焊接作业质量。

3 水电站泄洪系统金属结构制作的质量控制要点

水电站泄洪系统金属结构制作的质量控制工作，需要在前期制定科学可行的泄洪系统金属结构制作方案，并实现制作方案内容的细化和精确化，确保制作流程、工艺参数等科学合理，明确各制作环节的作业标准和质量要求，并为制作人员提供操作指南。操作人员应具备丰富的工作经验，严格按照作业标准规范操作，避免因个人失误影响金属结构制作质量。

3.1 材料与设备控制要点

原材料质量控制是金属结构质量控制的首要环节，需要根据设计图纸等工程文件的要求制定原材料采购方案，选择质量、规格等均满足要求的优质原材料。在原材料入场前，应核对原材料出厂报告、检测报告等，并采取必要的检验措施来保证材料与报告相符。在实际工程建设中，原材料的选择要因地制宜。如果水电站海拔位置过高或过低，应选用质量更好的原材料，如Q355D钢材来替代Q355B。对于厚度超过20 mm的钢板，需通过超声波检测来保证钢板内部质量合格。通过验收后，需要分类存放各种材料，并重点管理储存环境，避免因潮湿等问题引起锈蚀现象。

设备管理同样不容忽视。金属结构制作期间需要机械设备的支持，因此需要选择使用质量合格的机械设备，如有合格证明的焊接设备，避免焊接作业过程中因设备问题影响焊接质量。因此，需要对设备仪器进行必要的维护与检修，做好各种设备的日常维护保养，检修存在故障隐患的设备，提升设备运行的稳定性和可靠性。

3.2 尺寸控制要点

金属结构制作过程中，尺寸控制是重中之重，需要确保结构尺寸与设计相同，并保证焊接尺寸和组装尺寸符合设计要求。根据设计要求和技术规范，应做好各个工序环节的尺寸检测工作，确保尺寸在公差范围内。例如，在弧形闸门制作过程中，需要使用水平仪等仪器绘制加工基准线，测量弧面精度，通过三维建模分析测量数据，以增强对尺寸的控制与矫正能力。

3.3 焊接控制要点

焊接人员需持有职业资格证书，并经过岗前培训，由焊接工程师对工艺文件进行测评，保证焊接工艺符合实际生产要求。在金属结构焊接作业中，需要做好细节处的质量控制。比如，做好坡口面的打磨处理，构件之间的间隙控制在3 mm以内。焊接过程中，观测分析收缩状态，及时发现变形并立即处理。此外，可以使用渗透检测等无损检测方法对焊接质量进行分析与控制等。