水工鋼閘門制造工藝的技術改進

李 健

（中國水利水電夾江水工機械有限公司，樂山 614100）

隨著我國水利水電工程建設規模的不斷增大，水工鋼結構的制造工藝需要不斷優化，降低制造成本，提升制造質量。水工鋼閘門由門體、定輪及水封等部件組成。其中，門體由鋼板和槽鋼等拼裝焊接而成，外形尺寸大，制造工作量大，在下料尺寸精度控制和焊接質量控制等方面面臨較大挑戰。水工鋼閘門采用純粹的機加工來保證門體制造精度，導致制造成本高昂。因此，可重點單獨加工零部件，在總裝時采取措施控制精度，以改進優化制造工藝。

1 水工鋼閘門制造要求

隨著科技的發展，水工鋼閘門制造技術越來越先進，對鋼閘門制造精度的要求也越來越高。因此，鋼閘門制造過程中需要提高對加工制造精度的要求。比如，門葉厚度誤差應控制在設計值5 mm內，單節門葉高度誤差范圍應小于5 mm，門葉寬度誤差控制在15 mm內，門葉整體高度誤差控制在10 mm內，吊距、止水座平面度、支撐座平面度以及底緣直線度等誤差均應控制在2 mm以內。

水工鋼閘門規格、類型多樣，制造工藝和環境條件復雜，對制造工藝的科學性和規范性提出了較高要求。水工鋼閘門應交由具備相關資質的廠家制造。制造的廠家需嚴格按照合同和圖紙要求制定工藝方案，從原材料采購到整體組裝嚴把質量關，校正焊接變形等缺陷，確保鋼閘門外形尺寸等滿足設計要求，從而保證水工鋼閘門的制造質量。

2 水工鋼閘門制造工藝的改進

水工鋼閘門制造需要從原材料采購、下料到單件制造及整體組裝，做好全過程質量控制，確保幾何尺寸和焊接質量等滿足圖紙要求。這需要建立一支高水平的制造團隊，確保各崗位工作人員持有相關資格證書，擁有豐富的工作經驗。此外，需要完善水工鋼閘門制造工藝，制定科學可行的制造方案，嚴格按照制定的工藝流程和技術規范來改進完善以往工藝技術的缺陷和不足，提高鋼閘門制造的技術水平，加大監管力度，從而滿足保質量、低成本及短工期的生產要求。

2.1 材料和設備管理

原材料采購是水工鋼閘門制造的首要環節，是制造活動開展的基礎，即需要采購質量、規格達標且成本較低的材料，從源頭上把控制造質量。第一，需要鋼閘門制造廠家選擇優質的原材料供應商，綜合考慮質量、成本、運輸以及儲存等因素，合理制定原材料采購計劃。在確保原材料質量的基礎上，綜合考慮經濟性、運輸及儲存等方面，盡量避免原材料在工廠內長時間大量存放。第二，需要進場檢驗采購的原材料。檢驗的內容主要包括：檢查材料規格、數量是否與采購書相符、外觀是否有裂紋以及磨損等缺陷；利用鋼直尺、游標卡尺等工具，檢查材料外形尺寸和表面平整度等是否符合要求；利用硬度計測量結構件，確保硬度達標；借助超聲檢測法等，檢測材料的內部缺陷，保證材料內部無質量缺陷。通過嚴格的檢驗措施，確保入廠的原材料質量、性能以及規格等滿足水工鋼閘門制造要求。第三，需要依賴各種制造設備和儀器，根據鋼閘門制造需求采購先進的生產加工設備，并做好現有儀器設備的檢修保養工作。采購設備往往需要投入大量資金，因此購買新設備時不僅要考慮設備的先進性，還要考慮經濟性與實用性，重要的是檢修設備狀態并檢定儀器，及時發現并排除存在的故障隱患，避免因設備故障問題而影響水工鋼閘門制造質量，提高儀器設備的利用率，從而提高水工鋼閘門制造的質量與效率。

2.2 下料

根據鋼閘門零件圖樣尺寸，考慮機械加工余量、焊接收縮量及切割余量等因素，合理確定下料尺寸，再由班組根據任務單下料。梁腹板等使用數控切割機下料，面板可以使用半自動切割機下料，翼緣板可用型鋼切割機下料，并使用數控銑邊機制備對接焊縫的坡口[1]。如果鋼板平整度不達標，可以使用卷板機矯平。為避免鋼閘門主梁腹板、下翼緣板等與接焊縫重疊，可以考慮用整張鋼板下料。根據構建長寬劃線，留一定的切割余量、焊接收縮余量和坡口制備余量。

下料后，需要及時清理殘渣，并使用磨光機磨平下料時產生的熔渣和毛刺等，并有序擺放各材料，標識零件號和材料入庫編號。此外，需要檢驗下料預料的機械加工余量、焊接收縮余量等。檢驗方式為抽檢，利用鋼卷尺和游標卡尺等檢驗器具檢驗同規格下料數量的1/2。

2.3 單個構件加工

單個構件加工可分為坡口加工、拼裝、焊接以及矯正等工序，需要加強各個工序環節的質量把控。首先，坡口加工。需要考慮焊接變形、結構受力以及板材厚度等條件，合理設計坡口加工工藝，采用刨床或火焰切割機加工坡口[2]。其次，單個構件拼裝。由于鋼板和型鋼下料會產生受熱變形，需要采用機械或火焰方式矯正鋼板和型鋼。按照設計圖紙要求拼裝主梁、隔板梁和邊梁補強板等結構件，將尺寸偏差控制在允許值范圍內，再用手工點焊方式進行固結。再次，單個構件焊接。利用焊工采用埋弧焊或二氧化碳氣體保護焊方式焊接拼裝后的結構件。焊接作業后檢查焊縫外觀，要求一類焊縫和二類焊縫采用超聲波或滲透檢測技術保證焊接質量達標[3]。最后，單個構件矯正。焊接質量合格的構件可以采用火焰或液壓翼緣矯正機進行矯正，控制單個構件幾何尺寸在允許的范圍內。

2.4 整體拼裝

整體拼裝是水工鋼閘門制造的重要環節，需要按順序整體拼裝各個構件。以鋼閘門門葉拼裝為例，面板整平后放在工作平臺上進行組對。坡口按照焊接工藝設計，避免產生十字焊縫。可以使用埋弧自動焊機焊接面板，采用碳弧氣刨清除背縫，避免產生較大變形[4]。采用平板機或火焰矯正方式矯正焊接后的面板。矯正后需要二次下料，在高度和寬度方向預留一定余量，然后根據鋼板厚度適當調整。二次下料后，面板寬度方向放樣按照從中心到兩邊的原則分出面板中心線，再向兩邊放樣，預留焊接收縮余量。高度方向放樣遵循由下到上原則，按照設計圖紙進行放樣，并預留加工余量。

按照先中間后兩邊的順序先拼裝中間主梁，再上下小梁、隔板和主梁，然后上下節前小梁、隔板和水封梁，之后拼裝邊梁、筋板和邊梁后翼板等。拼裝作業中，需要調整組裝的構件，控制每個梁的垂直度，使門葉翼板等外形尺寸與放樣尺寸一致，并以手工點焊方式固牢。整體拼裝后需要進行自檢、互檢和專檢，確保外形尺寸和定位尺寸等符合設計要求后再進入焊接工序。

2.5 焊接作業

焊接作業在水工鋼閘門制造中具有重要作用，對鋼閘門制造質量具有直接影響。焊接工藝是否科學合理，對焊接作業質量具有直接影響。焊接作業前，需要高度重視焊接工藝設計工作，結合水工鋼閘門制造要求，依據設計文件和技術規范制定焊接工藝方案，以控制焊接變形為基本原則。如果采用新材料、新工藝，需要進行評定[5]。技術人員應充分考慮水工鋼閘門的使用環境等因素，擬定焊接工藝方案，評定焊接工藝的合理性與可行性，開展焊接試驗來確定最佳的焊材和焊接工藝，從而合理確定工藝參數，認真編寫鋼閘門焊接作業指導書。

焊接作業過程中需要嚴格實施制定的焊接工藝，以焊接作業指導書指導焊接作業。焊接人員持有專業資格證書，熟悉焊接工藝要求，做到規范操作。以鋼閘門門葉的焊接作業為例，可按照先后翼板朝上焊接再面板朝上焊接的順序進行焊接作業。對于一類焊縫和二類焊縫應爭取一次成型，以防重復處理導致焊接變形超標。根據焊接環境的不同，實際焊接作業時往往需要適當調整工藝方案。在制定工藝方案時，需全面考慮各方面的因素和可能性，制定可行的應對措施。比如，水工鋼閘門拼裝過程中的焊接作業可能面臨鋼閘門構件變形和焊縫尺寸過大等問題，需要及時采取相應的處理措施，保證焊接作業質量。

焊接作業后需要清理飛濺痕跡，并適當處理焊縫外觀。完成一個焊接工序后，需要進行外觀檢測和無損探傷檢測，并處理焊縫質量缺陷[6]。焊縫外觀檢測主要用肉眼或放大鏡觀察焊縫表面狀況，確保焊縫表面質量合格。一類焊縫和二類焊縫需要進行無損探傷檢測，通常采用超聲波（見圖1）或滲透檢測法。根據施工條件，可以采用衍射波時差法等檢測技術。不同檢測方法各有優勢和適用范圍，而合理選擇檢測方法可以提高焊縫探傷檢測的準確度[7]。如果檢測結果不合格，需要采取必要的返工處理措施。焊縫質量檢測合格后，需要進行矯正門葉等操作。一般采用火焰矯正法矯正控制面板、翼板平面度和邊梁、吊耳垂直度等。

圖1 水工鋼閘門焊縫超聲波檢測示意圖

2.6 預組裝

預組裝前，需要做好收尾工作。以鋼閘門門葉為例，需要采用火焰切割機修割面板寬度、主輪孔以及鎖定槽等部位。例如：面板或翼板朝上放樣和組對、焊接擋板、水封座板、反向滑塊座板、鉆水封孔以及反向滑塊孔[8]；使用數控鏜銑床銑門葉節間面、底面、水封底板、鏜節間連接孔以及鉆邊梁腹板的側輪孔等。

預組裝時，需要根據鋼閘門結構形式選擇適合的預組裝方式。以門葉預組裝為例，可以根據不同的結構形式選擇面板朝上、翼板朝上或兩次預組裝的方式，確保主輪和反向滑塊等附件全部安裝完成。預組裝后應廠內驗收，合格后上報業主單位，由監理、安裝及設計等單位聯合驗收，確保水工鋼閘門預組裝質量符合設計要求。驗收合格后需拆解鋼閘門，并分類保管所有構件和附件，同時需做好標注。

2.7 防腐作業

防腐作業關系水工鋼閘門的運行穩定性和使用壽命。質量驗收前應對水工鋼閘門進行防腐處理，保證鋼閘門的防腐涂層質量與厚度。鋼閘門防腐處理前需要檢查和處理門體表面的焊渣、凹坑及油污等，清除水工鋼閘門表層可能存在的油污、鐵銹及油漆等雜物，保證鋼閘門表層有一定的光澤和適度的粗糙度。實際施工中可以采用噴砂除銹方法進行表面預處理，使表面清潔度與粗糙度達標[9]。涂裝底層可以使用環氧富鋅漆，中間層建議使用環氧云鐵漆，面層使用環氧面漆，各層均分兩道涂刷，確保涂刷均勻一致、無針孔和皺皮等缺陷。涂裝施工后檢驗防腐涂層厚度和附著力等，著重檢測主梁腹板和翼緣板、吊耳板腹板等構件，確保厚度與附著力達標，提升水工鋼閘門的防腐性能。

3 結語

水工鋼閘門因外形尺寸和自重較大，需要在工廠制造閘門單體構件和附件，并完成拼裝和預組裝。鋼閘門制造過程中需要堅持精心操作、嚴格控制的原則，著重控制外形尺寸、定位尺寸和焊接變形，認真做好下料、構件加工、整體組裝、焊接以及防腐等工作，嚴格把關每道工序，不斷改進和優化鋼閘門制造工藝，降低鋼閘門制造成本，提升鋼閘門制造質量和效率，延長水工鋼閘門的使用壽命。