水工鋼閘門制作過程焊接質量控制

潘光清

（中國水利水電夾江水工機械有限公司，樂山 614100）

水工鋼閘門通常以焊接結構為主，但影響焊接效果的因素較多，必須采取相應的措施保證焊接質量。焊接鋼閘門時，因焊接應力過大造成構件開裂的情況時有發生，需要有效控制焊接變形情況，做好焊接質量管控工作，最大限度避免鋼閘門出現變形過大的問題，從而切實保障焊接質量[1]。因此，在水工鋼閘門制作過程中，相關人員需要明確焊接是鋼閘門制造和安裝中的關鍵環節，重視焊接質量，采取有效措施進行質量管控，進而為水利工程建設奠定堅實基礎。

1 工程案例介紹

以四川省楊房溝工程1#導流洞封堵門的部分門葉結構焊接作業為例。該部分門葉結構包括吊耳（2、3、4、5）、邊梁（1、7、8）、隔板Ⅰ（13、34）、隔板Ⅱ（16、33）、隔板Ⅲ（18、31）以及隔板Ⅳ（24、28），結構形式見 圖1。

圖1 1#導流洞封堵門門葉結構生產用圖

焊接采用手工電弧焊、二氧化碳焊和埋弧焊。關于焊材，手工電弧焊選用E5015，二氧化碳焊選用ER50-6，埋弧焊選用H08MnA，焊劑為431。采用偶數焊工對稱交替分段退步焊和小的焊接線能量焊接，拼焊順序按構件工藝執行。焊縫分段的原則為焊縫長度 1 m以上均分段（立焊時，先上段后下段）。組合焊縫翼緣側的焊腳為1/4腹板厚度，最大不超過10 mm。

吊耳組件中，加強板件3與吊耳板件4連接角焊縫，焊腳為12 mm（先焊塞焊孔，焊后磨平）；吊耳板件4與前后翼板件2、5連接坡口組合封底焊縫，封底焊腳為8 mm，二類，100%超聲波檢測（Ultrasonic Testing，UT）；邊梁組件中，腹板件7與翼板件1、8連接坡口組合焊縫（埋弧焊），二類，50%UT，長度為33 m；隔板Ⅰ組件中，隔板件34與翼板件13連接角焊縫，焊腳為12 mm。隔板Ⅱ組件中，隔板件33與翼板件16連接角焊縫，焊腳為12 mm；隔板Ⅲ組件中，隔板件31與翼板件18連接角焊縫，焊腳為12 mm；隔板Ⅳ組件中，隔板件28與翼板件24連接角焊縫，焊腳為12 mm。

2 焊接工藝要點

2.1 手工電弧焊焊接工藝要點

工件盡可能置于平焊位置進行焊接；單道角焊縫和多層焊縫根部焊道的最小尺寸可以防止裂紋的產生；坡口焊縫打底焊道允許最大厚度為6 mm；單道角焊縫和多層角焊縫根部焊道的最大焊腳為平焊 8 mm，橫、仰焊6 mm，立焊10 mm；坡口焊縫和角焊縫根部后續各層焊縫的最大厚度應為平焊3 mm，立、橫、仰焊4 mm；焊接極性選用反接。

2.2 二氧化碳氣體保護焊工藝要點

工件盡可能置于平焊位置進行焊接；焊絲直徑為Φ1.2 mm，二氧化碳氣體純度不小于99.5%；焊絲伸出長度為10～20 mm，氣流量度為15～20 L·min-1，電流為180～300 A，電壓為25～32 V，速度依據焊件厚度而定；平角焊單道最大尺寸為10 mm；除根部和蓋面外，坡口焊縫焊層厚度不超過6 mm，焊縫寬度不超過12 mm；當焊縫寬度超過12 mm時，應采取多層多道焊。

2.3 埋弧自動焊焊接工藝要點

工件盡可能置于船形焊或平焊位置。焊絲直徑為Φ4 mm，HJ431，焊絲伸出長度為30～40 mm，電流為450～600 A，電壓為30～35 V，速度為40～55 cm·min-1。

3 焊接質量控制措施

3.1 焊前準備措施

在水工鋼閘門制作過程中，焊接作業前應詳細掌握相關要求，科學制定工藝方案，并做好焊接材料和設備等準備工作，加強焊接人員培訓。根據焊接作業要求，應合理設計焊接工藝，綜合分析閘門結構和使用要求等，科學選擇焊接方式和工藝參數，制定詳細、可行的焊接工藝方案，編制焊接作業指導書。在此基礎上，對焊接材料做好采購和驗收等工作，保證焊接材料質量，并檢查維護焊接設備，確保焊接材料的性能和質量達標，使得焊接設備狀態穩定可靠。

施工焊接前，車間應對有關人員做好焊接工藝的技術培訓工作，確保焊接人員熟練掌握焊接工藝，了解焊接作業管理制度，能在實際工作中嚴格按照焊接作業指導書規范作業。所用鋼板拼接時，兩平行焊縫間的距離應不小于500 mm，構件組裝的任何兩平行焊縫間的距離應大于3倍板厚，且不小于100 mm[2]。 所有一類焊縫和二類焊縫的坡口應采取機械加工方法制備。對于機械加工難以實現的部位，手工切割后必須修磨平整，以滿足焊縫要求。焊件組裝前，坡口面和坡口兩側20 mm范圍的毛邊、鐵銹、氧化皮及掛渣必須清除干凈[3]。無坡口的部件連接必須密貼，以保證有效焊喉和減少變形，注意一般需保留部位間隙為2 mm。對不符合上述要求的組裝構件，應及時向車間反映，待采取相應的有效措施后再施焊。對一類焊縫和二類焊縫施焊后，必須在焊縫附近打上焊工代號。

3.2 焊接作業質量控制措施

為減少水工鋼閘門焊接變形的情況，單構件制作建議使用閘門的主梁與縱梁，并與面板分開進行焊接?？紤]焊接可能出現的收縮量問題，預留材料切割量尤為關鍵，對焊接質量的影響較為顯著。依據相關規定要求，單構件的拼焊盡量采用埋弧自動焊方式，嚴格控制翼緣板的傾斜度。焊后的矯正推薦運用型鋼矯正機，以降低焊接變形概率。在合格的鋼平臺上拼接面板，焊接焊縫以磨平焊接時產生的大型焊縫，在保證面板平整性的同時，降低單構件的拼裝難度。鋼閘門拼裝順序以先點焊固定主梁、再拼裝縱梁、后拼裝小次梁為主。焊接工藝的順序以先立焊、再平焊、后仰焊為主。按此要求進行拼裝，待拼裝后檢查其中出現的誤差，保證相關尺寸合格后即可進行其他施工，并采取措施預防焊接變形失控，以便更好地保證焊接質量。

在水工鋼閘門制作過程中，按照相關規定規范確定控制目標，嚴格要求落實組焊過程的控制措施。凡從事一類焊縫和二類焊縫焊接的焊工，必須持有相應的考試合格證書，并與持證科目相符。施工過程必須嚴格執行焊接工藝，注意設備和人身安全，做到安全文明生產。焊接完畢后，焊工需進行自檢。一類焊縫和二類焊縫自檢合格后，必須在焊縫附近用鋼印打上焊工代號，并做好記錄。車間必須記錄施工信息，重要焊縫應具有可追溯性[4]。

定位焊工藝和對焊工的要求與正式焊縫相同。定位焊焊縫長度應在50 mm以上，間距依據工件厚度，在100～400 mm選用。厚度不宜超出正式焊縫的1/2，且最厚不超出8 mm。此外，嚴禁在母材其他部位亂引弧，同時嚴禁填充異物。

使用焊條前需要嚴格按說明規定進行烘干，且必須清除焊絲表面的油污和銹斑。施焊時應將烘干后的焊條放入100～150 ℃保溫筒內，以便隨用隨取。所有的設備必須具有參數穩定、調節靈活及安全可靠的特點，并能滿足焊接規范要求。

多層多道焊縫應將每道熔渣和飛濺物清理干凈，注意層間接頭應錯開30 mm，坡口焊縫和角焊縫后續各層焊縫的允許最大厚度應控制為平焊3 mm、立焊4 mm、仰焊4 mm和橫焊4 mm。鋼板的厚度達到規范規定或設計要求的預熱、后熱及消除殘余應力的厚度時，必須遵照要求執行相關操作。在雨天露天施焊，施焊現場風速大于5級，相對濕度大于90%時，應采取有效防護措施，否則不可施焊。

3.3 焊接質量檢測

焊縫的分類、無損檢測方法、檢測范圍、質量要求以及合格等級應符合合同技術條款、設計文件圖樣和產品相關標準的規定。若無規定，這些應符合《水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規范》（NB/T 35045—2014）要求，如要求單條焊縫探傷長度不小于300 mm，不足時按實際焊縫長度檢測[5]。無坡口的一類焊縫和二類焊縫采取磁粉探傷（Magnetic particle Test，MT）或滲透檢測（Penetrant Testing，PT）探傷。局部探傷部分應包括全部丁字焊縫和每位焊工所焊焊縫的一部分。

一類焊縫和二類焊縫經無損檢測后，若發現存在焊接裂紋和未熔合，應檢測整條焊縫。若發現存在其他不符合質量要求的問題，應在其延伸方向或可疑部位檢測補充，補充檢測長度應不小于200 mm。如果補充檢測不合格，應檢測整條焊縫。

3.4 焊縫返修措施

對于焊縫表面存在的質量問題，如焊腳尺寸不足或過高、咬邊過量、溢流以及焊偏等，可在檢驗員的監督下返修，直至合格。焊縫內部存在不允許的缺陷時，應分析缺陷產生的原因，制定返修工藝后返修處理。同一部位超過兩次返修時，應經技術負責人批準[6]。

4 焊接質量控制管理經驗

水工鋼閘門制造是一項復雜的系統工程。為了提高制作過程中的焊接質量，需要結合國家相關規定，在水工鋼閘門制作過程中建立健全焊接質量管理體系并嚴格落實到位，從而為保障焊接質量提供有力支持。

4.1 加強焊接工藝管理

在焊接工藝管理中，首先要深入分析焊接母材的性質，做好焊接工藝審查工作，檢查焊接坡口是否規范，判斷焊接方法選擇是否正確，審核焊接作業順序是否合理。其次，依據工程的實際情況和相關規定調查施工環境，擬定行之有效的焊接工藝處理方案，并標注焊接質量控制工序。待方案擬定完成后，落實焊接工藝評定工作，確保方案有效落實[7]。最后，開展焊接工作時，相關依據以焊接工藝評定和焊接工藝指導書為主，細化焊接條件、結構特點以及設備能力等指標，確保焊接質量符合標準。

4.2 加強材料和設備管理

采購焊接材料時，推薦首選大型企業產品，要求實物與合格證、材質報告單對應。待選好材料后，若有疑問，則可復查，直至確認合格無疑后方可投入使用。例如：采購母材時所選材料需要具有質量保證書和出廠合格證書等證明；驗收材料需要遵守規章要求。在保障焊接設備使用安全的基礎上，需定期檢查焊接設備，觀察電流參數和電壓參數是否正常，以便有效保證焊接設備穩定運行。

4.3 落實焊接變形控制措施

按照工藝料單，對照預留焊接收縮余量要求，各構件采用數控或等離子切割下料，保證各構件下料尺寸準確。例如，翼緣板和工字梁腹板等應盡量減少相關構件的對接焊縫，從而減少零部件焊接產生的角變形和波浪變形[8]。大量的焊接殘余應力是降低水工鋼閘門使用壽命和疲勞強度的重要因素，可依據坡口形式和結構特點，選擇合理的焊接順序焊接構件和門葉，從而減少焊接應力。同時，可采用局部退火方式解決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，待冷卻后即可有效降低殘余應力的峰值，從而消除部分應力。另外，可以利用錘擊法冷、熱錘擊焊縫，一般以小錘和裝有圓頭的風槍工具為主。為避免產生錘擊裂紋，溫度處于100～500 ℃時不宜錘擊焊縫，應使應力分布平緩，達到減小焊接應力的目的。當上述措施無法滿足質量控制要求時，可采用振動時效來消除焊接殘余應力。對質量控制要求高的鋼閘門，必須先消除焊接應力后才能進行機加工。

5 結語

在水工鋼閘門制作過程中，焊接質量控制意義重大，尤其是對整個水利工程具有顯著影響。實際工作中需要規范開展焊接作業，積極采取管理措施切實保障焊接質量，以便獲得優良的焊接效果，保證水工鋼閘門的制造質量。