大型弧形鋼閘門質(zhì)量控制難點工藝淺析

張艷霞

摘? ? 要：本文主要基于筆者對相關(guān)文獻研究以及自身多年工作實踐情況下分析大型弧形鋼閘門生產(chǎn)制造過程中的質(zhì)量控制要點和難點，總結(jié)出了一套大型弧形鋼閘門質(zhì)量控制難點的技術(shù)工藝措施和具體施工方法，為同類型水工金屬結(jié)構(gòu)的加工制造提供參考。

關(guān)鍵詞：水利工程;大型弧形閘門;質(zhì)量控制

1? 引言

某水利工程規(guī)模為大I型，其中水工金屬結(jié)構(gòu)分部工程主要由12孔20.0m×9.5m大型弧形鋼閘門和12臺套2×800kN固定卷揚式閉式啟閉機組成，通過閘門調(diào)控，一次蓄水量可達5200萬m3，可供6.07萬hm2農(nóng)田灌溉。弧形鋼閘門主要包括底軌、側(cè)軌、閘門門葉、支臂、支鉸和止水結(jié)構(gòu)等。各構(gòu)件尺寸較大，單構(gòu)件形位公差要求較嚴格，裝配難度較大，止水技術(shù)要求較高，焊接變形量難以控制，需要針對各個環(huán)節(jié)制定具體工藝措施，保證產(chǎn)品使用功能。

2? 質(zhì)量控制難點分析

2.1? 面板尺寸大，曲率半徑難以控制

水利工程中閘門面板尺寸為20.0m×9.5m，曲率半徑為20.0m，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(xù)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(zhì)量。

2.2? 主梁收縮量計算誤差大

工程主梁尺寸為20.0m×1950.0mm，板厚為20.0mm，根據(jù)傳統(tǒng)經(jīng)驗總結(jié)，主梁收縮量一般為8/1000，考慮到主梁長寬比與以往主梁構(gòu)件不同，經(jīng)查閱相關(guān)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。

2.3? 側(cè)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(wěn)定，閘門漏水是一個比較普遍的現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(shù)問題。

2.4? 焊后應(yīng)力變形

受大型弧形鋼閘門尺寸大所影響，這就導致其出現(xiàn)不少的焊接縫，并且加之板材厚度大，如此一來很容易產(chǎn)生焊后應(yīng)力變形情況。而焊后應(yīng)力變形會對大型弧形鋼閘門強度與質(zhì)量構(gòu)成嚴重影響。所以這就要求我們必須做好大型弧形鋼閘門焊后應(yīng)力變形控制。

3? 質(zhì)量控制難點工藝方法

3.1? 改變弧臺搭設(shè)方案，保證弧門曲率半徑

弧門制作焊接過程中，其不但會出現(xiàn)縱橫兩向收縮變形，并且沿徑方向也出現(xiàn)有，這樣一來便會導致大型弧形鋼閘門拼接焊接后出現(xiàn)曲率變小情況。為此，應(yīng)先確定制造曲率半徑，在搭設(shè)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(diào)節(jié)弧臺的基礎(chǔ)上進行了技術(shù)改進，由于閘門寬度達到20.0m，為保證產(chǎn)品整體性和最小變形量，在原有弧臺基礎(chǔ)上加裝支撐立柱，原弧臺立柱間距為1.5m，改為0.75m，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1.5m的立柱上，每排設(shè)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。

3.2? 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20m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1950mm，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(guān)板材在不同板厚下的對接焊焊接工藝過程進行數(shù)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(xiàn)焊接過程中變形量的精度計算等提供了條件。經(jīng)計算，主梁縱向收縮量采用6/1000，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(shù)據(jù)和方案的準確性，為后續(xù)產(chǎn)品加工提供了理論支持。

3.3? 側(cè)止水座板施工工藝

由于閘門制造過程中分為上下兩節(jié)，側(cè)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(cè)止水座板點焊在圖紙設(shè)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(cè)止水座板。方案二將側(cè)止水座板在閘門下弧臺前整體安裝，鉆側(cè)止水孔，校核完成后將側(cè)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(shè)計圖紙，易于廠內(nèi)施工，但在現(xiàn)場安裝時難度加大，工地現(xiàn)場條件有限，焊接量過大，變形后不能及時采取應(yīng)對措施，易造成座板不平整，出現(xiàn)滲水或漏水現(xiàn)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(diào)整至設(shè)計尺寸后再進行鉆孔，工地安裝時只要保證兩節(jié)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(cè)止水的水封效果，故選用方案二。

3.4? 控制焊接后應(yīng)力變形

我們首先要在焊接途中要盡量減少焊縫的數(shù)量，縮小焊縫的尺寸。焊縫的大小會直接影響焊接變形的幾率。因此，焊接過程中必須要安排好焊縫的位置，還有尺寸的把握。如果遇到受力大的接頭（丁字和十字），可以使用開坡口的方式。因為此方式更有利于減少變形的可能。使用適當?shù)暮附臃椒ǎ?guī)范焊接方式。其次，優(yōu)化焊接工藝法和工裝模具法。這都是控制大型構(gòu)建焊接變形的方法。這些方法在控制焊接變形的方法中是最常用的。也是減少焊接應(yīng)力的常用方法。在大構(gòu)件焊接過程中，要注意工藝設(shè)計和參數(shù)備選兩方面。最好使用熱輸入量偏小的方法，比如像多層焊這類護焊方法。采用正確的焊接順序，最好不要使用先外后內(nèi)、兩頭到中間、先長再短的方法。最好讓工件的受熱情況均勻，不一樣的材料在焊接的時候要使用不一樣的焊接方法，去消除焊接應(yīng)力。減小熱輸入量還得使用跳焊和分段焊的方法。在大構(gòu)件焊接時必不可少的設(shè)備就是工裝模具。工裝模具有對工裝和焊接變位機兩種。使用這個設(shè)備一能提高生產(chǎn)效率，二能減少工人在勞動過程中的強度。

4? 結(jié)論

從閘門尺寸和蓄水能力上講，水利工程大型弧形鋼閘門為近些年國內(nèi)較為少見的工程案例，通過對本水利工程的成功實施，可為今后類似產(chǎn)品的制造提供一定的參考借鑒價值。

參考文獻：

[1] 劉延輝.水工鋼閘門制造與安裝的焊接質(zhì)量控制[J].河南水利與南水北調(diào)， 2016（12）：86～87.

[2] 楊應(yīng)軍.淺析平板鋼閘門制造安裝中的質(zhì)量控制[J].湖南水利水電， 2017（5）：82～83.

[3] 劉媛媛，萬泉.大型弧形鋼閘門更換施工技術(shù)探討[J].水利建設(shè)與管理， 2017（6）：15～18.

[4] 趙勇，鄭圣義，俞人杰，等.水工弧形鋼閘門未焊透缺陷的有限元分析[J].水電能源科學， 2016（10）：69～73.

[5] 楊漢騫，楊光明，景攀德，等.考慮裂紋缺陷的弧形鋼閘門有限元分析[J].水電能源科學， 2016（11）：182～186.

[6] 劉延輝.水工鋼閘門制造與安裝的焊接質(zhì)量控制[J].河南水利與南水北調(diào)， 2016（12）：86～87.