浅谈弧形闸门焊接变形控制

陈秋红,马洪静,蒋志刚

（山东水总机械工程有限公司，山东 济南 250100）

1 概 述

江风口分洪闸扩建工程弧形闸门系主横梁式弧形闸门，其外形尺寸为 11960mm×9237mm×1050mm，吊点距为 8000mm,自重 24.15t，主要材料：Q235B,板厚 10～16mm,分上下两节制造。

门叶制造要求按 《水利水电钢闸门制造安装及验收规范》（DL/T5018-2004）和图纸技术要求进行制造验收。

2 变形分析

焊接是一种局部加热的工艺工程，焊件局部加热产生膨胀，受到周边冷金属的约束不能自由伸长，产生了压缩变形，冷却时这部分金属受到周围金属的拉伸不能自由收缩，就会产生残存在构件内部的应力，因而引起结构的形状和尺寸变化。此外焊接变形还与构件的结构形状、焊缝分布、板材厚度、焊缝接头形式、焊件顺序及焊前构件的约束条件等有关。为了更好的控制门叶焊接变形，在制作闸门过程中主要从下料、预制构件、预留收缩量、合理拼装、控制电参数和合理施焊顺序6个方面进行焊接变形控制。

3 过程控制

3.1 下料控制

对板材采用数控切割机和半自动切割机进行下料，面板周边留20mm的裁边余量。为了弥补因整体拼焊引起的闸门曲率半径的收缩，故在门叶曲率半径上放5mm收缩量，边、纵梁腹板在下料时也相应的放收缩量，主、边梁腹板和翼板长度方向按L×0.8‰放收缩量，主梁腹板在迎水面上放5mm预弓度，以弥补因焊接收缩引起的门叶变曲而凸向下游超标。

3.2 预制构件

为了减少整体焊接量，尽可能采用预拼装，将主梁腹板、翼板预制成“工”形梁，主梁腹板坡口形式如图1示，腹板对翼板的中心偏移不大于1.5mm,腹板对翼板垂直度不大于1.0mm，腹板的局部平面度2.0mm，扭曲不大于1.5mm。纵梁、边梁预制成“T”形梁。构件制作完成后用机械或火焰矫正其角变形。

面板对接焊缝坡口形式如图2示。面板对接错位不大于0.5mm，两板对接间隙不大于0.5mm。焊接矫正完成之后，卷板，使其曲率半径与放量后的闸门曲率半径一致，用半自动切割机将面板割为上下两节。

搭建弧台，门叶的整体拼焊需在此弧台上进行。弧台在曲率半径方向上放量与边梁腹板、纵梁腹板的放量一致，水平及高程控制误差为±0.5mm，水平累计误差不超过1.0mm。纵梁与横梁交接处必须有一支点，主梁在两纵梁的中间位置增加一个支撑点，所有支撑牢固可靠；主梁处上部采用槽钢支撑，其余采用角钢支撑。在弧台上面板的分节处点上定位板，将上下节面板吊放在弧台上时面板相对弧台的位置误差不大于1mm，点焊上下节面板处焊缝。

3.3 门叶焊接

3.3.1 焊接准备

焊接时采用变形小、效率高的半自动CO2气体保护焊及埋弧自动焊为主，少量采用手工电弧焊的焊接方案。埋弧焊主要用于主梁腹板与翼板间焊缝、面板间的对接焊缝焊接，手工电弧焊用于半自动CO2气体保护焊难以实现的狭小空间处的焊接。

焊前将坡口两侧20mm范围内清理干净，无油、脂等污物；坡口内的氧化皮、铁锈必须打磨显露出金属光泽。焊条焊前在烘烤箱中烘烤350℃～400℃或按焊条说明书上指定的温度烘烤1～2h，在100℃～150℃温度下保温，随用随取，避免焊条受潮影响到焊接性能或焊接质量。

3.3.2 焊接工艺要求

为控制焊接变形，减少焊接残余应力，焊接时采用已评定焊接工艺参数见表1多层多道焊、分段退步焊、对称施焊的方法，并采取预留反变形措施。焊后采用机械和火焰矫正其角变形。

表1

拼装加固定位焊时，其预热温度比正式焊缝的温度高30℃以上，加固的长度为50mm以上，间距为100～400mm，定位焊处的裂纹、气孔、夹渣等缺陷在焊前必须清理干净。

严禁在非焊接区引弧，施焊时拼点引弧板和熄弧板，焊后割除并将端头打磨光滑。焊接完成后，焊工应仔细检查清理焊缝表面，清除飞溅等，进行焊缝自检。

对于一、二类焊缝，一侧焊后另一侧采用碳弧气刨清根，并将清根侧的定位焊全部清除。清根后，必须用磨光机将气刨渗碳层清除干净。一类焊缝全部焊透，对接焊缝内部质量用超声波100%检查，执行《GB11345-89》标准，合格级别为 BⅠ级；二类焊缝内部质量用超声波50%检查，执行《GB11345-89》标准，合格级别为BⅡ级，组合焊缝、角焊缝执行《DL/T5018-2004》标准。

3.3.3 焊接顺序

先焊横缝再焊立缝，由四人从中心向两侧对称施焊，先段焊后补齐，主要焊接顺序如下：①焊主梁前翼板与面板之间的贴角横焊缝。②焊纵梁腹板、边梁腹板与面板之间的贴角横焊缝。③焊主梁腹板与边梁腹板之间的组合角焊缝。④焊纵梁腹板与主梁腹板之间的角焊缝。⑤焊主梁后翼板、边梁后翼板、纵梁后翼板之间对接焊缝，对接处打坡口。⑥焊其他焊缝。

3.3.4 消应处理

门叶整体焊完后局部变形略有偏差，应火焰矫正后复合图纸要求，焊后进行振动时效消应处理。根据图纸要求进行划线、机加工、防腐等工作。

4 结 语

通过以上质量控制措施，成功地控制了弧形闸门门叶的各项质量指标，外形尺寸均达到规范和图纸技术要求，所有一类焊缝均超声波探伤，一次合格率98%以上，出厂合格率100%。在整个施工过程中建立安全制度，设立安全员，对各种安全设施进行检查，严格执行保质保量安全生产制度。闸门制造、安装一次合格，其制造水平获得业主、监理、设计单位的一致好评。

[1]田锡唐.焊接结构[M].北京：机械工业出版社.

[2]江文琳,张兆杰.特种设备焊工培训教程[M].黄河水利出版社.