衡 杰

（中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610000）

隨著我國水利水電事業(yè)的蓬勃發(fā)展,在大型水利樞紐工程中弧形閘門已得到廣泛應用。由于弧門和支臂都是已金屬結(jié)構焊接而成，因此，在制造閘門的過程中，如何有效的防止構件的變形,保證制造精度,減少誤差是制造弧形閘門的關鍵問題。

1.弧門制造工藝流程圖

弧形閘門制造工藝流程見圖1。

圖1 弧門制造工藝流程圖

2.弧門制造的準備工作

弧門加工制造的準備工作:搭設弧形工作臺（胎模）、確定門葉的分節(jié)分塊、門葉結(jié)構尺寸放樣等?；⌒喂ぷ髋_（胎模）是弧門分節(jié)拼裝時使用的。要求該工作臺牢固、可靠,弧度符合門葉的面板弧度;常采用型鋼（角鋼、工字鋼或槽鋼）搭設立柱式弧形工作臺（見圖2）。為控制其弧度精度,搭設時應始終用水準儀監(jiān)控,支臂另外搭設平臺進行組裝。

圖2 弧門工作臺示意圖

弧門的門葉焊縫全部集中上游側(cè),焊縫焊接后產(chǎn)生變形必然是使閘門收縮,曲率半徑R變小。為使焊接后曲率半徑R符合技術圖紙要求,除焊接時采用防止焊接變形的措施外,首先在閘門門葉備料時,考慮適當加大曲率半徑R。門葉曲率半徑R放大后,必須進行1:1放大樣（如圖3）,實際備料曲率半徑R'可按照公式R'=（C2+4h2）/8h計算,式中C為加焊接收縮量后實測弦長,h為加焊接收縮量后實測矢高;面板圓弧兩端放大值按經(jīng)驗一般取4～6mm。面板弧度、隔板弧度均按照放大后曲率半徑R'加工制造。

3.弧門制造[1]

圖3 弧門放樣示意圖

3.1.門葉制造

門葉制造包括面板對接、主梁制造、隔板制造、門葉拼裝等工序。

板由許多塊鋼板對接而成,各塊板的尺寸需正確。焊縫V型坡口必須在卷板之前刨好,每塊鋼板四角要成90°的直角。由于面板焊縫較多,其長度和寬度均要放焊縫收縮和切割余量。在上胎模前,每塊面板須上卷板機卷制,其弧度用弧度樣板控制,卷制時要注意上輥筒與鋼板側(cè)邊的垂直度,以防卷歪。每塊面板吊上胎模后,面板必須與胎模有良好的接觸。面板對接定位焊時,要控制好對接錯位,即利用對接焊縫的反變形,對接焊縫位置適當墊高,以抵消焊接角變形;用CO2保護焊打底,免除清渣的麻煩;主梁、水平次梁拼裝位置的面板對接縫要用砂輪機磨平。確定門葉拼裝線,在面板焊縫結(jié)束后,檢查面板弧度與胎模弧度的符合情況,然后確定各部件的拼裝位置。

主橫梁為閘門主要的受力構件,用鋼板拼成箱形梁結(jié)構,其前翼緣板即是面板。主梁制造時要注意：①主梁腹板和翼板焊接接頭必須避開中心位置,因該處受彎矩最大;②腹板對接接頭位置與翼板對接接頭位置必須相互錯開,錯開尺寸大于500mm;③同一扇閘門的兩根主梁,其焊縫接頭不能在同一個截面上;④主梁須向上游面微拱起,目的是提高閘門主梁的承載能力[2]。

主橫梁下料劃線時要充分考慮焊接收縮量和切割余量,并檢查劃線的對角線相對差,使其值不大于2mm。在主梁拼裝前要對各個部件進行檢查、校正,在翼板上彈線明確腹板的拼裝位置,并嚴格控制腹板與翼板的垂直度。焊接主梁腹板和翼板的各自對接縫,拼裝后的角焊縫都由埋弧焊焊接,但焊劑必須按規(guī)定要求烘焙。主梁檢測合格后,所有主梁切割成一樣長度,同時適當考慮門葉焊接引起主梁的收縮量。

小橫梁用普通型鋼（如槽鋼、工字鋼）制造,在拼裝前須將每根橫梁的彎曲變形矯正合格。

隔板是門葉上比較重要的一種部件,隔板尺寸的準確與否直接影響到門葉面板的弧度和曲率半徑。下料用坐標放樣,每種隔板做一塊精確的樣板,所有隔板用樣板劃線,用切割機切割,并要控制其弦長。先進行后翼板、筋板的拼裝;在與后翼板拼裝時,要控制隔板與后翼板垂直度。然后焊接,為避免在胎模上焊仰角焊,隔板拼裝焊接在上胎模前,全部以平角焊縫方式焊完。

門葉拼裝在弧形工作臺上進行。拼組前要仔細檢查弧形工作臺上的各支撐點位置是否都符合門葉面板的圓弧面。首先將兩根主梁拼裝到位,再拼裝中隔板,主梁、隔板須與面板頂緊（即無間隙）,才能保證面板的弧度和橫向平直度。主梁、中隔板的拼裝是門葉拼裝的關鍵,其拼裝質(zhì)量的好壞,直接影響整個拼裝的質(zhì)量,需對其進行檢測、控制,尤其是要控制主梁之間尺寸、扭曲和聯(lián)接點對角線相對差。緊接著拼裝上、下隔板和水平次梁等,都必須控制好部件與面板之間無間隙等。最后進行拼裝質(zhì)檢并作好檢測記錄,發(fā)現(xiàn)問題,及時作好處理。

3.2.門葉焊接及變形預防措施

門葉拼裝質(zhì)檢合格后,才能進行焊接?；￠T各部件在進行手工電弧焊和CO2保護焊時,一般都會產(chǎn)生焊接變形和焊接應力。其變形主要為縱向和橫向的收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形、扭曲變形等。變形預防措施常用:反變形法、散熱法、剛性固定法、利用裝配和焊接順序來控制變形等方法。

焊接人員合理分工,準備3班作業(yè),中間不允許中斷,一直到門葉焊完,每班2人或4人（成雙數(shù)）按規(guī)定的次序和方向同時施焊,減少門葉的變形和扭曲。確定焊接方向,先從閘門中央部位開始,向四周擴展,在同一條長焊縫上施焊時,由2人或4人從焊縫長度中點處分別向兩端焊接?？刂坪附哟涡?先焊隔板后翼板和主梁后翼板的對接縫;第二步焊接水平次梁與隔板（邊柱）的筋板的角焊縫;第三步焊接隔板與主梁腹板的立焊,前三步焊接量小,變形也小,但提高了整個門葉的剛度,從而也提高了抵御焊接變形的能力;第四步焊接隔板、小梁、主梁和面板相接的平角焊縫。在同一門葉上焊接的焊工,注意要盡量采用相同的焊接電流、焊接速度、焊接次序和焊角高度;對長度大于1m焊縫,采用分段焊接,分段長度大于100mm。焊接采用分段、分層進行跳焊，如圖4。

3.3.支臂制造

圖4 跳焊順序示意圖

支臂是閘門主要受力部件,因此在支臂制造中對支臂的平直度、彎曲度和扭曲度等要嚴格控制。支臂的結(jié)構形式常見的為箱形支臂。箱形支臂內(nèi)為封閉區(qū),不得漏水。

根據(jù)設計圖紙先放出支臂1:1的大樣,然后按放大樣實測尺寸（加上焊接、矯正的收縮余量）備料。注意在長度方向還須留有余量,以保證支臂總拼時有調(diào)整余地。然后組裝、焊接,為解決箱形支臂的焊接變形,將下翼板、隔板和兩腹板在平臺上拼裝,兩腹板與翼板須互相垂直并點焊牢固;用手工電弧焊焊接箱體內(nèi)各條焊縫,焊接順序為先對稱焊接腹板與隔板立焊,再焊隔板與翼板角焊縫,最后分段跳焊腹板與翼板角焊縫。檢測合格后安裝上翼板,把上翼板與腹板點焊牢固,再把箱體翻轉(zhuǎn)180°,使上翼板朝下緊貼平臺,然后焊接箱體外各條焊縫。

由于受到運輸條件的限制,注意在廠內(nèi)制造時不能將上下支臂主桿的連接桿焊死,須采用臨時螺栓聯(lián)接,在現(xiàn)場安裝時才能焊接。支臂扭角采用加工的斜鐵來控制。

3.4.廠內(nèi)總拼裝

閘門在出廠前應進行整體組裝,以檢查弧門幾何尺寸是否符合質(zhì)量要求。目前多采用臥式拼裝,其拼裝步驟如下:

（1）門葉的總拼裝。門葉放在弧形工作臺上連成整體,根據(jù)設計圖紙及有關規(guī)范要求檢查其總體加工尺寸。主要檢查項目有整個面板的弧度、面板的平直度、兩主梁中心線距離及門葉的扭曲等。在門葉各項尺寸測量時,同時將門葉面板四周邊線劃出,用經(jīng)緯儀找出門葉中心線及水封螺孔中心線,以此為基準劃出門葉寬度線,將余量切割,鉆止水螺栓孔和主梁后翼聯(lián)接螺孔等。

（2）門葉和支臂的拼裝。首先組裝支臂,按設計圖紙要求開口角度拼裝同一側(cè)的上下兩支臂主桿并連成整體,后將其吊放在支墩上。接著校正支臂位置,將支臂前端緩慢靠上門葉并用臨時螺栓把門葉及支臂連接牢固;檢查門葉的扭曲度及門葉面板的曲率半徑應符合要求。經(jīng)測量門葉尺寸無誤后,確定支臂連接板的定位尺寸,將支臂前后端連接板分別與門葉主梁、支鉸焊接。連接板與支臂焊接完畢,須檢查連接板接觸面積應平整密合,否則應校正、修整。弧門總拼檢查合格后,在各部件連接處打上標記或焊上定位板。

結(jié)語。在弧門制造過程中,只有科學管理,重視質(zhì)量,采取有效措施防止構件的焊接變形,嚴格控制各部件各項加工尺寸,保證制造精度,才能生產(chǎn)出一流水平的產(chǎn)品。

[1]DL/T5018-94水利水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規(guī)范［S］.北京：水利電力出版社，1995.6.

[2]黃文哲.焊工手冊（手工焊接與切割）(修訂版)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1999.3.