陳爭(zhēng)軍

(陜西省涇惠渠灌溉管理局， 陜西 咸陽(yáng) 713800)

1 工程概況、設(shè)計(jì)要求

1.1 工程概況

延安圣地河谷·金延安項(xiàng)目位于延安市城區(qū)北，河莊坪鎮(zhèn)南面，延河左岸邊的井家灣村，是商業(yè)和旅游觀光的大型集匯園區(qū)，整個(gè)園區(qū)用8 m高的鋼筋混凝土防洪墻蜿蜒圍繞，長(zhǎng)約2.1 km的防洪墻從北向南共分三個(gè)區(qū)段設(shè)置4孔鋼制防洪閘門，整個(gè)園區(qū)通過(guò)兩座鋼筋混凝土拱橋跨延河和S206連通。

該項(xiàng)目4孔防洪閘門分別是北側(cè)區(qū)域鋼制防洪閘門1孔，3.3 m×3.55 m(寬×高)，重量約9 700 kg；中間區(qū)域鋼制防洪門1孔，3 m×4.1 m(寬×高),重量約16 800 kg；南側(cè)區(qū)域鋼制防洪閘門2孔，2.1 m×3.65 m(寬×高)，合計(jì)重量約17 262.6 kg，共計(jì)重量43 762.6 kg。4孔鋼制防洪閘門的制造、安裝作為一個(gè)獨(dú)立單元工程和整個(gè)防洪堤施工配合進(jìn)行。

1.2 設(shè)計(jì)要求(參數(shù)以北側(cè)3.3 m×3.55 m為例)

4孔防洪閘門分別布設(shè)金延安園區(qū)北側(cè)、中間和南側(cè)，是園區(qū)遭受延河百年一遇洪水時(shí)的防洪屏障，同時(shí)連通園區(qū)城墻內(nèi)外是園區(qū)景觀通道大門，具有景觀、防洪雙重作用。

1.2.1 埋件設(shè)計(jì)要求

(1)左右側(cè)軌:外形尺寸為580×3605×225(寬×長(zhǎng)×厚，單位mm)，由8 mm厚不銹鋼板和20 mm厚Q235鋼板及[20組焊而成，成活后要求工作面(580×3605)直線度不大于1mm,扭曲不大于1mm, 側(cè)面(225×3605)彎曲不大于1.5 mm。

(2)底檻：外形尺寸650×2100×295,由25 mm厚不銹鋼板和20 mm厚Q235鋼板及I25組焊而成，成活后要求工作面(650×2100)扭曲不大于1 mm, 局部平面度不大于1 mm/m2,,且不超過(guò)兩處。

(3)頂部水封錨板：外形尺寸650×2460×445，由25 mm厚不銹鋼板和20 mm厚Q235鋼板及￠20錨筋組焊而成，成活后要求工作面(650×2460)直線度不大于2mm, 平面度不大于1 mm/m2,,且不超過(guò)兩處。

1.2.2 門葉設(shè)計(jì)要求

左右門葉外形尺寸為1 595×3 500×372(寬×長(zhǎng)×厚,單位mm)，由12 mm厚面板(Q235 )和12 mm、16 mm厚鋼板(Q235)組焊成的“工”字鋼梁組焊而成，成活后要求工作面(1 595×3 500)扭曲不大于2 mm,對(duì)角線相對(duì)差不大于2 mm, 1 595及3 500方向直線度不大于1 mm，平面度不大于1 mm。

閘門的所有埋件均具有止水要求，門葉和埋件的制安除圖紙明確標(biāo)注要求外，依據(jù)《水利水電工程鋼閘門制造、安裝及驗(yàn)收規(guī)范》 (GB/T14173-2008)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2 施工方案分析

經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行分析[1]：埋件的所有焊縫未標(biāo)明設(shè)計(jì)要求均為Ⅲ類焊縫，門葉的Ⅰ、Ⅱ類焊縫均有標(biāo)注要求；埋件和門葉的形位公差設(shè)計(jì)均高于GB/T14173-2008的標(biāo)準(zhǔn)要求；且單件外形尺寸超出公司龍門銑床的加工能力(1 200×3 000)，這就要求所有構(gòu)件焊接后直接達(dá)到和滿足圖紙的設(shè)計(jì)要求。根據(jù)我公司多年水工金屬結(jié)構(gòu)制作的經(jīng)驗(yàn)，埋件和門葉制作時(shí)的焊接工序既要保證焊縫質(zhì)量，又要保證尺寸精度將是該項(xiàng)目質(zhì)量控制的關(guān)鍵，在閘門制作過(guò)程中，如何有效預(yù)防和控制各部構(gòu)件及閘門的焊接變形是整個(gè)閘門制作工藝編制的核心。

3 該項(xiàng)目鋼閘門制作過(guò)程預(yù)防和控制焊接變形采取措施

為了保證該項(xiàng)目的質(zhì)量和工期，我們對(duì)閘門及各部件設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行仔細(xì)分析，在已往平面鋼閘門制作成熟工藝基礎(chǔ)上編制了制作流程圖：材料采購(gòu)進(jìn)廠→零部件切割下料→清鏟整形→刨邊及坡口→構(gòu)件組焊→無(wú)損檢測(cè)→整體拼裝組焊→檢測(cè)修整，其中構(gòu)件組焊和整體拼裝組焊是整個(gè)制作過(guò)程關(guān)鍵工序。

公司依據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)條件，以確保質(zhì)量和工期、減少焊接變形為準(zhǔn)則，對(duì)各主要工序編制了詳細(xì)的施工方案。

3.1 原材料采購(gòu)和下料

所有材料(及焊材)采購(gòu)時(shí)首選首鋼、寶鋼、鞍鋼等大型企業(yè)產(chǎn)品，必須材質(zhì)報(bào)告單、合格證等與實(shí)物一一對(duì)應(yīng)；板幅和型材長(zhǎng)必須保證單個(gè)構(gòu)件下料尺寸。

(1)埋件：20 mm鋼板選用2 200×4 000×20,下料時(shí)分別保證左右側(cè)軌580×3 605及底檻650×2 100和頂部止水錨板650×2 460；[20和I25型材選用6米定尺長(zhǎng)，下料直接保證3 605和2 100；8 mm及25 mm不銹鋼板(1Cr18Ni9Ti)由于用量少，在鋼材市場(chǎng)等離子切割到工藝尺寸。

(2)門葉：12 mm和16 mm厚板分別選用1 600×4 000×12和1 600×4 000×16，下料保證面板1 595×3 500及工字梁腹板、翼板長(zhǎng)度。

各構(gòu)件分別按工藝料單(預(yù)留焊接收縮余量)采用等離子切割下料；按板(材)幅排料保證面板、各工字梁腹板、翼緣板等構(gòu)件下料尺寸完整，整塊下料省去所有梁系腹板、翼緣板的對(duì)接焊縫(Ⅰ類焊縫)及面板的對(duì)接焊縫(Ⅱ類焊縫)和埋件各構(gòu)件的對(duì)接焊縫(Ⅲ類焊縫)，從減少焊縫數(shù)量方面減少零部件的對(duì)(焊)接而產(chǎn)生的角變形、縱橫向收縮變形及波浪變形，下料完后歸類編號(hào)。

3.2 邊及坡口的加工[2]

所有的零部件在組焊前需校正和修邊，并根據(jù)工藝要求機(jī)加工焊接坡口。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙對(duì)Ⅰ、Ⅱ類焊縫都有明確的標(biāo)注要求，在保證焊接接頭強(qiáng)度的前提下，我公司采用 CO2氣體保護(hù)焊接，對(duì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)焊縫進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，把單邊坡口改成對(duì)稱雙面坡口，把不打坡口的角焊縫改為兩側(cè)對(duì)稱的雙面坡口角焊縫(見(jiàn)表1)。

該項(xiàng)目根據(jù)所用板材(Q245)焊接特性并結(jié)合CO2保護(hù)焊施焊規(guī)范，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和改變焊縫和坡口形狀，通過(guò)減少焊縫截面積、調(diào)整焊縫兩邊母材分布盡量均等，防止焊縫兩邊熱擴(kuò)散不對(duì)稱來(lái)達(dá)到預(yù)防和減少梁系焊接時(shí)的彎曲變形和扭曲變形。

3.3 焊接設(shè)備及工裝

3.3.1 焊接設(shè)備的選擇[2,3,5]

焊接過(guò)程就是熱量輸入過(guò)程，線熱量輸入越大，焊接變形就越大。一般情況下，自動(dòng)焊接比手工焊接加熱集中，變形較??；氣體保護(hù)焊焊絲細(xì)，電流密度大，加熱相對(duì)集中，熱變形?。煌环N施焊方式焊接變形隨焊接電流、電弧電壓的增大而增大，隨焊接速度增大而減小，在焊接電流、焊速、電弧電壓3個(gè)參數(shù)中，電弧電壓對(duì)焊接變形的作用相對(duì)明顯，在生產(chǎn)條件許可的情況下多采用低電壓高速大電流的自動(dòng)焊接來(lái)減少焊接變形[5]。

在焊接方式和設(shè)備的選擇時(shí)，該項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)焊縫全部采用CO2氣體保護(hù)半自動(dòng)焊接，并根據(jù)所用板材(Q245)焊接特性結(jié)合CO2保護(hù)焊接經(jīng)驗(yàn)對(duì)該項(xiàng)目施焊時(shí)給出作業(yè)指導(dǎo)參數(shù)(見(jiàn)表2)

表1 金延安項(xiàng)目防洪門焊縫調(diào)整對(duì)照表

表2 金延安項(xiàng)目防洪門CO2保護(hù)焊施焊規(guī)范參照表

3.3.2 制作剛性?shī)A具等工裝固定結(jié)構(gòu)體預(yù)防焊后變形

該項(xiàng)目4孔閘門的所有梁系均為“工”字形結(jié)構(gòu)，在施焊前，采用剛性?shī)A具間隔(300～500 mm)把翼緣板固定在焊接平臺(tái)上，腹板和翼緣板組合時(shí)在校對(duì)好的腹板和翼緣板之間、腹板兩側(cè)間隔(300～500 mm)加焊臨時(shí)加強(qiáng)板支撐；面板和梁系組焊時(shí)同樣采用剛性?shī)A具間隔(300～500 mm)把面板固定在焊接平臺(tái)上，工字梁翼緣板根據(jù)面板上的劃線位置校對(duì)好后，間隔300 mm～500 mm兩側(cè)對(duì)稱點(diǎn)焊固定；埋件的鋼板和Ⅰ25、[20型材組焊和門葉面板和梁系組焊工藝相同，這些胎具和臨時(shí)支撐在整個(gè)結(jié)構(gòu)件施焊完且全部冷卻后拆卸。

合理的采用剛性胎具和臨時(shí)加焊加強(qiáng)筋板支撐、點(diǎn)焊固定等辦法以增加部件結(jié)構(gòu)的整體剛性，加強(qiáng)構(gòu)件自身阻礙和抵抗焊接熱變形的能力來(lái)減少鋼結(jié)構(gòu)制作過(guò)程的焊接變形。

3.4 組焊過(guò)程控制措施[4]

鋼閘門在制作過(guò)程嚴(yán)格按照《水利水電工程鋼閘門制造、安裝及驗(yàn)收規(guī)范》(GB/T14173-2008)執(zhí)行，根據(jù)規(guī)范制定各關(guān)鍵點(diǎn)的作業(yè)規(guī)范和控制目標(biāo)。

3.4.1 焊材、焊接設(shè)備和焊接環(huán)境控制[2-3]

根據(jù)焊接工藝評(píng)定確定該項(xiàng)目CO2氣體保護(hù)焊采用ER49-1 H08Mn2SiA品牌焊絲，焊絲要求完好無(wú)損傷，CO2氣體純度≥99.5%，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施焊情況不定期對(duì)鋼氣瓶進(jìn)行排水，室內(nèi)作業(yè)，保證自然通風(fēng)，點(diǎn)固焊采用手工電弧焊時(shí)，焊條按要求進(jìn)行烘培。

3.4.2 結(jié)構(gòu)件組對(duì)拼裝控制點(diǎn)[5]

(1)梁系制作時(shí)合理采用構(gòu)件尺寸預(yù)留來(lái)補(bǔ)償焊縫縱向收縮變形，工字梁的上下翼緣板和腹板、下翼緣板和面板的角焊縫變形使整個(gè)構(gòu)件長(zhǎng)度方向會(huì)產(chǎn)生增量，一般每米焊縫長(zhǎng)度增加0.5～0.7 mm,母材越厚變形增量越小。該項(xiàng)目翼緣板和腹板為16 mm,經(jīng)驗(yàn)選用0.5 mm/m,當(dāng)橫梁封堵縱梁時(shí)，縱梁長(zhǎng)度應(yīng)比圖紙尺寸??；邊梁封堵橫梁時(shí)，橫梁長(zhǎng)度應(yīng)比圖紙尺寸?。豁斄悍舛逻吜簳r(shí)，邊梁長(zhǎng)度應(yīng)比圖紙尺寸?。槐环舛铝旱母拱宕罱佣肆?0 mm×20 mm×45°缺口，以補(bǔ)償腹板與上下翼緣板及腹板搭接時(shí)組合焊縫變形(各梁構(gòu)件長(zhǎng)度尺寸在下料時(shí)結(jié)合焊接變形補(bǔ)償，根據(jù)工藝要求有明確的工藝尺寸)。

(2)工字梁腹板與上下翼緣板、橫梁與邊梁、梁與面板等各部位組合面的局部間隙均不大于1 mm,并設(shè)?？攸c(diǎn)嚴(yán)格控制：杜絕強(qiáng)行組裝和加塞組裝；各胎具和臨時(shí)支撐(間距300 mm～500 mm)位置正確，牢固可靠。

3.4.3 焊接順序控制要點(diǎn)[5]

鋼閘門的制作順序是先構(gòu)件后部件再整體，該項(xiàng)目的組對(duì)焊接順序?yàn)椋?1)工字梁的組對(duì)焊接；(2)梁系和面板組對(duì)焊接；(3)止水座板等附件組對(duì)焊接。

(1)工字梁的組對(duì)焊接：①腹板和翼緣板兩側(cè)的直通角焊縫從梁長(zhǎng)度的中間向兩端分段(大約300 mm)對(duì)稱施焊，即焊一段，停一會(huì)，到對(duì)面焊含一段，停一會(huì)。②根據(jù)焊腳高度分3層，每層焊時(shí)需清基且對(duì)稱施焊。③焊接過(guò)程中(焊工)要保證電弧對(duì)中或指向準(zhǔn)確一致，使工字梁的焊縫角度變形和翼緣板及腹板縱向變形值與構(gòu)件長(zhǎng)度方向一致。

(2)梁系和面板組對(duì)焊接：所有經(jīng)檢查合格后的工字梁在固定好的面板上按劃線及工藝要求組對(duì)，施焊時(shí)偶數(shù)(4名)合格工位焊工按整個(gè)閘門結(jié)構(gòu)的對(duì)稱軸線對(duì)稱作業(yè)：①先由對(duì)稱中心(十字)向外側(cè)依次對(duì)稱完成縱梁和橫梁(縱梁腹板和橫梁腹板、縱梁腹板和橫梁翼緣板、縱梁翼緣板和橫梁翼緣板)對(duì)接，在空間位置先仰焊后立焊再平焊，對(duì)同一焊縫也必須分層對(duì)稱施焊。②縱橫梁對(duì)接組焊完成后，再對(duì)稱實(shí)施橫梁和邊梁、門柱對(duì)接組焊(橫梁腹板和縱梁腹板、橫梁腹板和縱梁翼緣板、橫梁翼緣板和縱梁翼緣板)③對(duì)接組焊好的梁系和面板組焊，工字梁和面板組合時(shí)，下翼緣板兩側(cè)角焊縫由偶數(shù)(4名)合格工位焊工按整個(gè)閘門結(jié)構(gòu)的(十字)對(duì)稱軸線由里向外對(duì)稱施焊，同一工字梁下翼緣板兩側(cè)的角焊縫也必須分3層對(duì)稱施焊。

(3)止水座板等附件組對(duì)焊接：整個(gè)門葉按圖紙要求校對(duì)、修整合格后再加裝止水座板和其他附件，剩余焊縫均為Ⅲ類焊縫，為確保該閘門的整體質(zhì)量，Ⅲ類焊縫焊接同樣按規(guī)范對(duì)稱施焊，按工藝保證焊接變形和焊縫質(zhì)量。

閘門的埋件和門葉作為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的整體同步進(jìn)行作業(yè)，埋件焊縫全部為Ⅲ類焊縫，20 mm鋼板和Ⅰ25、[20型材及不銹鋼止水板組焊接時(shí)依照門葉的梁系和面板、止水座板附件組焊接工藝執(zhí)行。

4 該項(xiàng)目質(zhì)量評(píng)定[1-2]

4.1 構(gòu)(部)件質(zhì)量檢測(cè)

該項(xiàng)目的所有構(gòu)(部)件制作完后按照?qǐng)D紙及GB/T14173-2008規(guī)范要求進(jìn)行自檢，經(jīng)檢測(cè)(自檢存檔)：埋件(左右側(cè)軌、底檻、頂部水封錨板)外形尺寸及形位公差都符合要求，焊縫(Ⅲ類焊縫)外觀全部合格，可以進(jìn)行工地預(yù)埋；工字梁尺寸及形位公差(經(jīng)檢測(cè)變形可忽略)符合工藝標(biāo)準(zhǔn)，焊縫(超聲波檢測(cè)Ⅰ類焊縫抽檢70%、Ⅱ類焊縫抽檢50%)全部符合設(shè)計(jì)和GB/T14173-2008規(guī)范要求，可以進(jìn)行下道拼組作業(yè)。

4.2 門葉成形檢測(cè)

門葉組拼完成后經(jīng)公司自檢外形尺寸及形位公差符合設(shè)計(jì)圖紙要求，焊縫(超聲波檢測(cè)Ⅰ類焊縫抽檢70%、Ⅱ類焊縫抽檢50%)全符合設(shè)計(jì)和GB/T14173-2008規(guī)范要求，可以進(jìn)行下道作業(yè)。

4.3 該項(xiàng)目的竣工驗(yàn)收

該項(xiàng)目4孔防洪閘門按合同要求分兩期于2015年9月28日全部安裝完工，并投入使用運(yùn)行，2016年1月經(jīng)(第三方)陜西省泵(電)站檢測(cè)調(diào)試中心(水工金屬結(jié)構(gòu)組)全面檢測(cè)，4孔鋼制防洪閘門全部符合設(shè)計(jì)圖紙及GB/T14173-2008規(guī)范相關(guān)要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)金延安項(xiàng)目鋼閘門制作工藝過(guò)程分析可以看出，鋼閘門在制作時(shí)合理的減少焊縫數(shù)量、改變坡口形狀減少焊縫截面積、采用科學(xué)的焊接施工工藝等措施可以有效的控制和預(yù)防(減少)焊接變形，提高鋼閘門的制作質(zhì)量。