水工閘門控制焊接變形技術的措施研究

普寶章

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650000）

水工閘門控制焊接變形技術的措施研究

普寶章

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650000）

隨著我國科學技術的不斷創新與發展，我國水利水電事業也不斷向前推進。水利水電工程的建設離不開水工閘門的制作，按照制作材料進行分類，主要可將水工閘門分為鋼閘門、鋼筋混凝土閘門以及鑄造閘門等。通常情況下，鋼閘門在水利水電工程中的應用比較廣泛，大多數鋼閘門都是采用焊接工藝制作的，這就要求制作人員掌握熟練的焊接工藝，并采取有效的措施控制焊接變形問題。文章就針對控制焊接變形技術的相關措施進行了分析和研究，以供參考。

控制；焊接變形技術；措施

眾所周知，我國經濟社會的發展、人們生活水平的提升，與水利工程建設質量息息相關。為了保證水利工程的綜合質量，就必須注重水工閘門的選擇及制作安裝環節。焊接結構的閘門，在水利水電工程中的應用范圍最為廣泛，其使用壽命也比較長，但是在焊接過程中很容易出現變形問題，對水利工程的正常運行造成了影響。因此，施工人員必須進一步提升焊接技術水準，控制焊接過程中產生的焊接應力，最大限度避免焊接變形問題的出現，進而確保水工閘門的質量。

1 焊接變形問題出現的原因

（1）單個構件的制作工藝不過關。水工閘門中包含許多單個構件，若這些單個構件的制作工藝不過關，則很可能導致水工閘門在焊接時出現變形。按照制作要求，水工閘門的單個構件在組裝的時候，必須保證留出一定的間隙。但是有些技術操作人員，由于自身專業知識的欠缺，在組裝單個構件的過程中要么間隙過大，要么間隙過小，導致焊接變形問題的出現。一旦出現焊接變形，不僅會影響到單個構件自身的尺寸大小，還會對門葉的總體安裝質量造成嚴重影響，進而影響閘門的使用功能和減少使用壽命。除了單個構件之間的間隙不合理會導致焊接變形外，單個構件頂部的坡口形狀也會對焊接變形產生一定的影響。

（2）門葉的整體焊接質量偏低。水工閘門的各部分質量，都會對其整體焊接質量產生一定地影響。從當前的現狀來看，門葉的整體焊接質量偏低，是造成焊接變形問題出現的一大主要原因。門葉的焊接是水工閘門制作的重要工序之一，在該工序中，施工監理人員必須有效控制焊接施工人員數量及素質、焊接必要工藝技術、焊接基本流程等。但是，一些監督管理人員往往在工作中疏于職守，導致門葉焊接過程中出現各種不必要的問題，進而致使焊接變形的出現。

（3）門葉拼裝誤差偏大。門葉的拼裝是水工閘門制作的重要步驟，也是最容易出現問題的環節。一般來說，門葉的拼裝都要求嚴格按照設計圖紙進行，必須確保拼裝的準確性。但是，由于多方面的原因，門葉的拼裝經常出現各種問題，其中誤差偏大十分常見，導致門葉焊接的變形程度加大。

2 控制焊接變形的技術方法

（1）振動焊接法。與其他焊接技術方法相比，振動焊接法具有一定的優勢。該技術以振動時效理論為基礎，是一項創新型的焊接工藝。采用該工藝進行焊接，可有效降低焊接過程中產生的殘余應力，進而控制焊接變形的出現。研究結果表明，振動焊接法對水工鋼閘門出現的橫向收縮變形和控制角變形，都能起到很大的改善作用。普通焊接法的橫向收縮變形在3mm左右，而采用振動焊接法可將橫向收縮變形降低到1.3mm左右。

（2）預應力法。預應力法是比較常見的焊接變形控制方法，該方法又可分為預應力法和預拉伸法。預應力法主要是通過采用施加外力或加熱的方法，控制焊接變形程度。預拉伸法主要是采取在焊接縫隙方向上施加適當拉伸力的方法，并在焊接完成后冷卻卸載，從而達到降低變形程度的目的。

（3）退火法。退火法是建立在焊接變形規律基礎之上的一種控制變形的方法，采用該方法來控制水工閘門的焊接變形，首先應將需要焊接的構件采用專門制作的夾具進行固定。構件在固定的條件下進行焊接，一般不會出現變形問題，但如果在焊接工作完成之后，直接拆除夾具的話，就會產生過高的殘余應力，導致焊接變形出現。因此，必須在焊接工作結束而未拆除夾具的條件下，將其放入退火爐中加熱，直到溫度達到600～650℃，并保溫4小時左右。在保溫的過程中，被焊接構件的溫度會隨著爐子溫度的降低而逐漸降低，最終達到與室內一樣的溫度，此時殘余應力便完全消散了，即使解除夾具的束縛也不會發生變形。

3 控制焊接變形的相關措施

3.1 規范焊接流程

（1）焊接總原則：焊接流程對焊接變形的產生具有直接影響，因此，必須進一步規范焊接流程，避免各種不規范操作的出現。對于水工閘門的制作來說，在焊接過程中，應對距離形心軸較近的構件進行優先焊接；若遇到形心軸兩端出現都有焊接縫隙的情況，應首先焊接焊縫較少的一側，對長焊縫的焊接必須采用斷續焊接的方法，這樣才能有效減少焊接變形的出現。例如柬埔寨桑河二級水電站進水口檢修門葉結構件為工字梁型式，其中長為12660mm，翼板寬為500mm，高為2344mm，焊接時翼板多向內側發生弧形彎曲變形，要求采用分段退焊法或多層階梯形焊接法，盡量減輕焊接變形，焊接由偶數名焊工對稱施焊，遵循分區對稱焊接、由中間向兩邊擴散的原則。門葉結構整體焊接次序為先大件后小件，先總體后局部。以門葉垂直中心線（或隔板）、主梁中心線等為界，將整個門葉劃分為幾個對稱的焊接區域，焊接時必須由中心向外側對稱分段逆向施焊。要求焊工嚴格按工藝卡中的規定采用統一的焊接工藝參數，包括：焊條種類、牌號和直徑；焊接電流的種類、極性和大小；焊接電壓；焊接速度；焊道層次和每層焊道數目等都要一致，以控制對稱位置的焊接線能量基本相同。為減小焊接變形應先焊靠后翼板方向的平焊，此部分焊縫焊接完畢后，其余焊縫原則上采用擴散焊法先立焊后平焊。

（2）焊接順序：①焊接隔板、主梁及邊梁后翼板之間的平焊及隔板腹板與主梁后翼板的仰焊。②焊接主梁腹板與邊梁腹板的組合焊縫，使門葉形成框架結構，能較好地抵御門葉整體焊接變形。采用分段退步焊法，總體是從上往下，而每段則是從下往上，分段長度以兩根（或三根）焊條所能焊接的長度為宜。③焊接主梁與隔板腹板的立角焊縫，采用分段退步焊法。④焊接水平次梁與邊梁的連接縫、角焊縫、筋板與水平次梁的平角焊縫等。⑤梁系之間的焊縫全部完成，可進行面板與梁系框架連接縫的焊接。其中，先焊主橫梁與面板連接的平角焊、再焊接邊梁與面板連接的平角焊，最后焊接隔板與面板之間的平角焊，采用分區對稱、分段退步焊法。

（3）焊接方法和要求：①閘門焊接方法為熔化極氣體保護焊，主要采用CO2氣體保護焊。②焊接前必須對焊縫進行清理，可用鋼絲刷清理或烤槍烘烤。③必須由合格焊工進行焊接。④施焊時，某一單元、某一部分的焊縫應連續焊完，不可中斷。⑤采用對稱分段焊法，分段長度可為100～200mm。⑥焊縫形狀系數控制在1.3～2.0。⑦多層多道焊時，層間接頭應錯開30mm以上，每層厚度不大于5mm，以避免焊接應力集中，造成較大的焊接變形。

（4）變形監測和控制。焊接過程中由技術人員對門葉的變形隨時進行監測，定時用水平儀觀測門葉變形及焊接收縮情況，以便隨時發現問題并及時處理。對于出現整體彎曲，若是按規范要求凸向迎水面，且不超過允許值，則是正常的。若是凸向相反的方向則必須進行調整，可用調整焊接線能量的方法，用改變焊接順序的方法，用改變門葉支墊點等方法加以控制。

3.2 提高技術工藝標準

焊接技術工藝會對焊接質量產生一定的影響，若技術工藝不符合標準，必然會導致焊接變形出現的機率增加。所以，應嚴格控制焊接工藝，提高技術工藝標準。①在焊接工作開始之前，應對各項必要的技術工藝進行測評，對技術不達標的操作人員應嚴格取締。②應制定一個完整而科學的技術工藝標準，要求所有操作人員都必須嚴格按照標準執行，這樣就能減少焊接變形的出現。最后，應對傳統技術工藝進行更新。

3.3 嚴格控制誤差

誤差是造成焊接變形的一個十分重要的因素，因此，必須在焊接過程中嚴格控制誤差。①在單個構件的制作過程中，應保證各構件組裝間隙合理，因為間隙越大，焊接時產生的應力就越大，導致變形程度加大，嚴重的還會導致整個焊接結構的變形。一般來說，單個構件之間的間隙應當小于3mm。②應當科學地控制門葉拼裝的誤差，嚴格按照組裝的規范順序進行，需要注意的是，在對腹板進行組裝的時候，首先必須進行定位，這樣才能將誤差降到最低。

4 結束語

綜上所述，水工閘門的質量對我國水利水電事業的發展具有重要影響，閘門焊接變形問題是水工閘門制作過程中比較常見的問題。該問題不僅會使閘門的使用效果降低，同時還可能對水庫的封水功能造成影響，威脅到人們的生命財產安全。因此，必須引起高度重視，要從根本上解決該問題，必須采取科學的焊接變形控制技術方法，另外還必須根據各項可能導致變形的影響因素，制定科學有效的控制措施，包括控制組裝誤差、減小間隙等。這樣才能實現焊接質量提升的目標。

[1]孫強,王霞,孫敬.水工鋼閘門門葉焊接變形的預防和控制[J].東北水利水電,2009,(7):8-10.

[2]路彬.水工平面鋼閘門焊接變形的控制技術和矯正方法探討[J].水利科技與經濟,2014,(6):149-150.

P755.1

A

1671-3818（2016）04-0022-02

普寶章（1986-），男，彝族，大學本科，云南楚雄人，助理工程師，研究方向：水工金屬結構制造。