淺談水工鋼閘門門葉焊接變形的預防和控制

周 兵

（中國水利水電夾江水工機械有限公司，成都 610000）

在社會經濟高速發展的進程中，水利水電工程建設具有重要作用。它不僅可以為社會生產生活提供寶貴的電力能源，還起到了防洪排澇等生態保護作用。在水利水電工程建設中，鋼閘門的制造與安裝是重要的一環。鋼閘門是應用范圍最廣泛的水工金屬結構，其地位與作用不可或缺。在水工鋼閘門焊接作業中往往會出現變形問題，因此施工過程中需要施工人員采取積極措施預防和控制焊接變形問題，確保水工鋼閘門的質量安全。

1 水工鋼閘門門葉焊接變形的原因

水工鋼閘門門葉的焊接變形問題，不單純是焊接工藝不科學或焊接操作不當引起的，還與單個構件制作質量、門葉拼裝質量存在密切關系。如果單個構件制作質量不過關，可能會導致組裝時間隙過大或過小，容易引起焊接變形問題。如果門葉拼裝誤差偏大，也會增加門葉焊接變形的可能性[1]。

第一，單個構件制作質量不過關。水工鋼閘門由多個構件組成，每個構件的質量合格與否都會對鋼閘門整體質量產生影響，也會對門葉焊接質量造成積極或不利影響[2]。實際工作中，可能因工藝不合理或操作不當導致單個構件尺寸偏差過大。組裝時，構件之間間隙偏差超標或是構件坡口形狀不合適，都會對門葉安裝質量造成影響，從而引發門葉焊接變形問題。

第二，門葉拼裝質量不過關。鋼閘門門葉拼裝環節較為復雜，很容易出現差錯。如果施工人員未嚴格按照設計圖紙和相關規范進行門葉拼裝或是門葉拼裝檢查驗收存在失誤，都可能使門葉拼裝存在較大誤差，增加了門葉焊接變形的概率和程度[3]。

第三，門葉焊接質量不過關。門葉焊接變形最直接的原因在于焊接質量偏低。如果施工人員操作不規范，監管人員疏于職守，那么可能導致焊接工藝選用不當、焊接順序不合理、焊接檢測不規范等問題，使門葉整體焊接質量達不到要求[4]。

2 水工鋼閘門門葉焊接變形的預防措施

2.1 科學制定工藝方案

為了保證水工鋼閘門制作質量，應以減少焊接變形為準則，分析閘門門葉和其他部件設計圖紙，結合鋼閘門制作成熟工藝編制流程圖，制定涵蓋下料、刨邊、構件焊接、門葉拼裝等環節的工藝方案[5]。要將單個構件和整體拼裝的焊接作業作為關鍵工序，依據現有生產條件和相關標準規范科學設計各個工序，確保工藝方案科學、合理、可行。

焊接變形的控制方法主要有振動焊接法、預應力法以及退火法等。在制定工藝方案時，應綜合考慮各種焊接變形控制方法的適用性，在鋼閘門制作過程中采用預防和控制門葉焊接變形的技術措施。其中：振動焊接法以振動時效理論為基礎，可以對門葉焊接的橫向收縮變形等起到良好的改善作用；預應力法通過施加外力或加熱方式，降低門葉焊接的變形程度；退火法采用專門的夾具固定構件，在焊接完成后放入退火爐加熱保溫，在溫度逐漸降低過程中消除殘余應力，具有良好的控制焊接變形的能力。

以國家標準、行業標準為依據，遵守法定規定原則，完善水工鋼閘門焊接通用工藝，做好焊接施工圖紙管理，保障焊接控制管理體系得以有效完善。制定明確的焊接質量控制制度，要求相關人員按照制度要求焊接，為焊接質量控制提供實際的制度保障，提升焊接質量管控水平。

2.2 單個構件制作質量控制措施

為保障水工鋼閘門焊接質量，焊接材料與設備的選擇尤為關鍵，對工程建設起到了至關重要的作用。因此，應做好焊接材料與設備的管理工作，確保焊接材料質量、性能等滿足焊接作業要求，且設備性能穩定。水工鋼閘門制作需要采購質量上佳的各種原材料，確保材質報告單與實物對應，型材等材料尺寸滿足單個構件下料要求。在單個構件制作過程中，應根據門葉加工、組裝、焊接等作業特點，考慮單個構件之間裝配關系以及裝配對焊接變形的影響，合理確定單個構件的工藝尺寸。此外，在下料時預留一定的加工余量和收縮余量，保證適當的裝配間隙[6]。因此，應考慮不同材料特性和焊縫強度要求來確定預留量。比如，一二類焊縫以外的焊縫可以預留千分之一的收縮量，而對于一二類焊縫應結合具體部位要求區別對待，適當增加預留收縮量。

明確焊接順序控制要點。先構件，后部件，再整體，是水工鋼閘門制作的主要順序。通常，組對焊接順序是先工字梁，后梁系及面板，再止水座板等附件。在進行焊接時，按照焊接順序明確質量控制要點。工字梁的組對焊接要點在于腹板與翼緣板兩側的直通角焊縫，秉承“焊接一段、暫停一會”的原則，一般由梁長度的中間至兩端分段。焊接時保證電弧指向準確一致同樣關鍵，以構件長度方向為參考，保持工字梁的焊縫角度變形與其一致[7]。梁系及面板的組對焊接要點在于整個閘門結構的對稱軸線對稱作業，先完成縱梁腹板、翼緣板和橫梁腹板、翼緣板的對接，再對稱實施橫梁與邊梁的對接組焊，最后是工字梁和面板組合時對稱軸線對稱施焊。止水座板等附件的組裝焊接要點在于按規范對稱焊接，按圖紙要求校對、修整門葉后，完成加工組裝。

鋼閘門門葉焊接變形與焊縫數量、長度存在直接關系。焊縫數量越少，長度越小，焊接過程中的熱作用就越小，產生的焊接變形也越小。各構件按照制定好的工藝料單進行切割下料，保證梁腹板等構件下料尺寸完整。通過整塊下料來減少對接焊縫數量，以達到降低焊接變形的目的[7]。在構件邊及坡口加工時，應根據焊接工藝特點調整焊縫。比如，將單邊坡口改為對稱雙面坡口，通過校正和修邊來改變焊縫形狀，減少焊縫面積，使焊縫兩側母材更加平均，從而降低焊接作業時產生的彎曲和扭曲變形。在單個構件拼裝和焊接時，需要嚴格控制裝配尺寸，保證主次梁等部件焊縫錯開一定距離，并采用分層分道和分段跳焊等方式控制能量輸入，減少單個構件產生的焊接變形。焊接后，根據幾何尺寸和焊縫情況采用機械或火焰調校方式，保證構件制作尺寸和質量，從而為預防門葉焊接變形創造良好條件。

2.3 門葉整體拼裝質量控制措施

門葉拼裝階段需要采取措施控制裝配間隙，減少后續焊接作業產生的變形量。由于門葉拼裝后多數焊縫位于面板一側，門葉焊接后存在整體向面板一側凹進趨勢。因此，可以綜合考慮閘門尺寸、主梁剛度、焊縫大小等情況，在門葉拼裝前將主梁、邊梁向面板一側預留一定的拱度，使焊接變形與預留拱度相互抵消，起到控制焊接變形的作用[8]。

門葉拼裝可以采用整扇門葉或單節門葉拼裝方案。整扇門葉拼裝對場地要求高、焊接周期長，但整體性好，易保證門葉拼裝形位尺寸；單節門葉拼裝對場地要求低、焊接周期短，但難以控制形位尺寸，相鄰節間易出現焊接變形產生的尺寸偏差。因此，在條件允許的前提下，建議選用整扇門葉拼裝方案，在剛性平臺上完成門葉整體拼裝，調平面板并與平臺剛性固定，使用經緯儀放樣基準線，合理控制主梁、隔板等間距尺寸，確保拼裝間隙滿足焊接變形需要。

在焊接作業前，認真測量和檢查門葉外形尺寸、長度、距離等尺寸和預留余量數據，合理控制裝配間隙等情況，確保門葉整體拼裝質量，為門葉焊接變形的有效控制做好鋪墊。門葉拼裝中間隙不能過大也不能過小，過大會增加敷熔金屬量使變形變大，過小可能無法熔透影響焊接質量。

3 水工鋼閘門門葉焊接變形的控制措施

水工鋼閘門門葉焊接變形發生前，需要采取必要的質量控制措施，將焊接變形等控制在合理范圍內。在發生焊接變形后，應及時采取合理、有效的控制措施，矯正焊接變形等情況，以保證門葉焊接質量。

3.1 門葉焊接質量控制措施

由于焊接變形十分復雜，焊接工藝要結合焊接變形的具體情況隨時進行調整。在焊接工藝的調整過程中，要考慮焊接工藝與實際情況的適配性，綜合考慮拼裝尺寸、收縮余量、坡口形式等情況，合理確定焊接方法、焊接材料、焊接順序和焊工數量等工藝方案，確保焊接工藝的合理性與可靠性。

閘門門葉焊接方法的選用，要考慮焊縫形狀、母材材質等因素，可采用手工電弧焊、二氧化碳氣體保護焊和埋弧自動焊等方式施焊。焊接作業中的熱量輸入越大，變形也越大。通常，自動焊比手工焊加熱集中，產生的焊接變形較小，焊接變形與焊接電流、電壓正相關，而與焊接速度負相關。因此，一般采用低電壓、大電流、高速的自動焊方式來控制門葉焊接變形[9]。

合理選擇焊接順序可以降低焊接引起的變形程度，通常以門葉中心線為界，從中心向外側分段逆向施焊，先焊接隔板與梁系角焊縫、平角縫，再焊接主梁與邊梁組合焊縫。同時，在門葉焊接前可以制作剛性夾具或采用臨時加焊、點焊固定等方式，增加門葉部件結構剛性，提高構件抵抗焊接變形的能力。施焊后，待全部冷卻后再拆除剛性夾具和臨時支撐。

3.2 門葉焊接變形的矯正措施

在門葉焊接作業過程中，應觀察和及時了解焊接變形情況，并確定引起焊接變形的因素。在焊接作業過程中，環境溫度、焊接速度以及電流變化等都可能引起焊接變形。在觀察發現存在焊接變形后，可以及時調整焊接工藝，避免產生較大程度的焊接變形，以降低后期矯正調形成本。

為保證水工鋼閘門制作過程中的焊接質量，焊接后內部積聚的殘余應力處理尤為關鍵。為避免造成閘門變形，在水工鋼閘門制造過程中，除了上述幾點焊接質量控制措施外，做好焊接殘余應力消除工作同樣關鍵。據此分析現場焊接施工要求，按照規范進行焊接作業，有效處理焊接殘余應力，加強焊接質量管控，實際意義重大。在組裝門葉前，嘗試組焊單元件并予以校正，有助于降低整體焊接應力，減小焊接變形的效果同樣顯著。焊接作業后，可采用局部退火的方式，處理因門葉上局部焊接應力集中造成應力過大的問題，加熱局部部位，直至達到退火溫度要求，暫冷后即可有效降低殘余應力的峰值，從而消除部分應力。比如，在閘門工字梁焊接處可使用三角形加熱矯正法，通過加熱工字梁變形部位來改善變形情況，見圖1。

對門葉焊接變形進行測量和檢測，在檢測出焊縫存在質量缺陷后，應采取措施進行返修處理。對于焊接變形，應結合實際情況采取必要的矯正調形措施。比如：對于上彎變形，可以采用加熱方式矯正拱起部位；對于扭曲變形，可以在適當加熱后，借助外力進行矯正。矯正措施多種多樣，重在以消除變形為目標，結合實際變形情況進行靈活調整，保證矯正措施的實效性。考慮到采用退火法等消除焊接產生的應力，耗時較長，可以采用振動時效處理技術消除殘留應力。自然時效可有效降低焊接應力，繼而減小焊接變形。為保持自然時效，一般要求將組焊及矯正后的門葉墊平，同時置于常溫條件下使其保持適當時間，以便滿足相關要求。在調形前增設門葉應力消除工序，切斷變形趨勢，降低焊接變形程度。

4 結語

綜上所述，在水工鋼閘門門葉焊接之前，應認真做好焊接變形的預防工作，保證單個構件制作質量與鋼閘門門葉拼裝質量，避免因其他因素干擾導致焊接變形問題的發生。在門葉焊接過程中，應積極采取焊接作業質量控制和焊接變形矯正兩方面的焊接變形控制措施。前者在于規范管控門葉焊接作業過程，確保焊接作業質量達標的同時，盡量減少門葉焊接變形；后者在于檢測門葉焊接變形，根據門葉焊接變形情況采取相應的矯正措施，盡可能減少或消除焊接變形問題。