大型弧形鋼閘門質量控制難點工藝淺析

劉景濤，杜慶恩，張鵬飛

（山東臨沂水利工程總公司，山東 臨沂 276006）

臨沂市袁家口子水源工程是臨沂市雨洪資源利用規劃中的重點水利公益性項目之一，工程規模為大I型，其中水工金屬結構分部工程主要由12孔20.0 m×9.5 m大型弧形鋼閘門和12臺套2×800 kN固定卷揚式閉式啟閉機組成，通過閘門調控，一次蓄水量可達5 200萬m3，可供6.07萬hm2農田灌溉?；⌒武撻l門主要包括底軌、側軌、閘門門葉、支臂、支鉸和止水結構等。各構件尺寸較大，單構件形位公差要求較嚴格，裝配難度較大，止水技術要求較高，焊接變形量難以控制，需要針對各個環節制定具體工藝措施，保證產品使用功能。

1 質量控制難點分析

1.1 面板尺寸大，曲率半徑難以控制

袁家口子水源工程中閘門面板尺寸為20.0 m×9.5 m，曲率半徑為20.0 m，受限于板材尺寸的影響，需要多塊板材拼裝而成，易造成各板材之間拼接縫搭接不連續或與弧臺貼合不緊密，從而不能保證面板弧度和局部平整度，影響止水效果和外觀質量。

1.2 主梁收縮量計算誤差大

工程主梁尺寸為20.0 m×1 950.0 mm，板厚為20.0 mm，根據傳統經驗總結，主梁收縮量一般為8/1 000，考慮到主梁長寬比與以往主梁構件不同，經查閱相關焊接變形資料，主梁焊接收縮量需要重新計算，否則極可能影響閘門整體外觀尺寸。

1.3 側止水座板的焊接和鉆孔

閘門止水直接影響整個工程的蓄水效果和閘門安全穩定，閘門漏水是一個比較普遍的現象和難題，由于止水間隙控制不當，止水橡膠與閘孔止水座板在啟閉過程中造成損傷，微小的縫隙便會形成噴射，造成閘門功能降低，嚴重時能造成閘門振動。工程止水座板與以往弧形閘門不同，采用獨立板與閘門面板焊接而成，整個止水結構用連接螺栓與座板連接，而座板焊接過程中容易造成局部變形，如果解決不了這個問題，那么在制造過程中就降低了對閘門止水功能的要求，相當于從源頭上就沒有解決閘門止水的技術問題。

1.4 焊后應力變形控制

工程閘門屬于大型弧形鋼閘門，尺寸較大，焊縫較多，板材較厚，制造過程中不可避免的出現焊接殘余應力，導致結構的韌性下降，產生變形，而對于產品的焊接，關注更多的焊縫的質量，探傷的結果，焊接變形反而會被忽略，其實焊接變形引起形位尺寸的變化同樣嚴重影響閘門整體的安裝和運行質量，因此，應采用合理的焊接參數和焊接流程控制焊接變形。

2 質量控制難點工藝方法

2.1 改變弧臺搭設方案，保證弧門曲率半徑

弧門制作焊接過程中，不僅存在縱向和橫向的收縮變形，還存在沿徑向的收縮變形，使弧門在拼裝焊接后，曲率變小，考慮這一因素的影響，應先確定制造曲率半徑，在搭設門葉拼焊弧形工作臺時按照計算出的曲率半徑施工。在可調節弧臺的基礎上進行了技術改進，由于閘門寬度達到20.0 m，為保證產品整體性和最小變形量，在原有弧臺基礎上加裝支撐立柱，原弧臺立柱間距為1.5 m，改為0.75 m，且尺寸更加精密，用水準儀和激光準直儀校核水平高程和直線度，保證最佳的面板貼合量，并且在間距1.5 m的立柱上，每排設置5個基準點，以便制造過程中對面板曲率和弧度的校核，這種雙重保證措施更好地保證了整個面板的局部平面度和曲率半徑的準確性。

2.2 重新計算主梁收縮量

受到自動埋弧焊機自身條件限制，閘門主梁為20 m長，只能采用分段焊接，這種焊接方式直接影響了主梁的焊后收縮量。由于主梁高度為1 950 mm，熱傳導率較之前的小型弧門主梁明顯降低，特別在主梁的端部，熱傳導變化呈圓弧狀，通過查閱相關板材在不同板厚下的對接焊焊接工藝過程進行數值模擬仿真,分析得到隨著板材厚度的增大,板材的橫向收縮量和縱向收縮量都是逐漸減小的,而角變形是逐漸增大的,為實現焊接過程中變形量的精度計算等提供了條件。

經計算，主梁縱向收縮量采用6/1 000，在高度橫向方向上，套料前將主梁腹板前翼緣處繪制成圓弧狀，圓弧半徑為閘門曲率半徑，在第一孔閘門制作完成后進行了測量，驗證了本組數據和方案的準確性，為后續產品加工提供了理論支持。

2.3 側止水座板施工工藝

由于閘門制造過程中分為上下兩節，側止水座板安裝精度將直接影響閘門止水效果，主要有兩種安裝方案：方案一將側止水座板點焊在圖紙設計位置，閘門下弧臺前止水鉆孔，座板不分段，工地安裝閘門是整體安裝焊接側止水座板。方案二將側止水座板在閘門下弧臺前整體安裝，鉆側止水孔，校核完成后將側止水座板分成兩段，工地安裝時兩段對接，再次校核。

方案比較：方案一制作難度較小，只需要保證止水座板的尺寸符合設計圖紙，易于廠內施工，但在現場安裝時難度加大，工地現場條件有限，焊接量過大，變形后不能及時采取應對措施，易造成座板不平整，出現滲水或漏水現象。方案二將座板焊接在閘門面板上，需要通過反變形法將座板和面板的變形量調整至設計尺寸后再進行鉆孔，工地安裝時只要保證兩節閘門對接尺寸誤差最小，既能保證止水座板的平整度，此方案更有利于保證閘門整體側止水的水封效果，故選用方案二。

2.4 合理控制焊接變形

焊接變形的產生多數是由于焊接產生的熱量不對稱，導致的膨脹不一而發生的。為了最大限度地減小焊接變形，合理的拼裝工序和焊接順序至關重要。通過本工程的加工制造，總結出了一個合理的減小焊接變形的焊接方法和順序。即：雙面均可焊接操作時，要采用雙面對稱坡口，并在多層焊時采用與構件中和軸對稱的焊接順序；T形接頭板厚較大時采用開坡口角對接焊縫；對于長構件的扭曲。主要靠提高板材平整度和構件組裝精度，使坡口角度和間隙準確。電弧的指向或對中準確，以使焊縫角度變形和翼板及腹板縱向變形值與構件長度方向一致。

閘門焊接采取先大后小、從整體到局部的次序進行焊接，并保證對稱施焊；依次焊接順序為：主梁后翼緣板與邊梁后翼緣對接平縫，主梁后翼緣板與豎向隔板后翼緣對接平縫，豎向隔板腹板與主梁及次梁腹板立面角焊縫，主梁、次梁及隔板腹板與面板平角焊縫，主梁后翼緣板與隔板后翼緣板對接仰縫，筋板焊縫。多段對稱的焊接，即焊一段，停一會，到對面焊，停一會，停頓時間間隔保持一致。

3 結論

從閘門尺寸和蓄水能力上講，臨沂市袁家口子水源工程大型弧形鋼閘門為近些年國內較為少見的工程案例，本工程的成功實施，可為今后類似產品的制造提供一定的參考借鑒價值。

[1] 水工閘門控制焊接變形技術的措施研究[J].普寶章.冶金叢刊.2016(04).